探究多模式电阻焊机控制器及其控制系统

卿 华

（上汽通用五菱汽车股份有限公司 重庆分公司，重庆 401135）

焊接，也被称作“熔接”或“镕接”，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接是传统制造业的基础，发展十分迅猛，为现代工业经济发展做出巨大的贡献。历经短短几十年的历程，焊接工艺已经广泛应用在造船业、航空业、汽车业、桥梁制造业和电子信息产品制造业和建筑业等众多行业。细微到电子，大到航空母舰，无处不见其身影。焊接工艺直接影响电子制造业，决定各大产品的生产质量、生产效率和成本多少。焊接工艺水平的高低直接影响一个国家整体工业水平的提高和经济的持续发展。

1 电阻焊的现状

1.1 电阻焊研究的背景

早在1886年，人类便开始尝试使用电阻焊连接的方法。相比较其他焊接方式，其操作程序十分简单，产品质量过硬。电阻焊具有较高的生产效率，大大促进了该工艺在焊接领域的推广和普及。随着工业的发展进步，人们对于技术的要求越来越高，对于技术产品的需求量迅速增长。电阻焊作为焊接领域的重要技术，在其他分支学科和各种新材料的推动下，发展更加明显，逐步在各大传统工业中占据不可替代的地位。一直以来，电阻焊的各种问题是世界各国研究的重点。电阻焊慢慢进入高科技领域，对其他领域的影响持续扩大。

1.2 电阻焊的发展现状

21世纪，经济和科技发展迅速，造船业、航空业、汽车业以及各类轻工业迅猛发展，人们对于产品的质量要求越来越高。各类电子产品更新换代速度很快，周期短暂。为了提高工作效率，节省劳动成本，美国、日本等发达国家研究人员投入了巨大的心力，积极完善电阻焊接的控制电路，提高电阻焊接质量，计算电阻焊接数据，利用新型材料进行焊接。

电阻焊接的过程十分便利，但是能够影响其质量的因素有很多，如电阻焊接时间长短、焊接电流大小、材料材质、电极面的形状以及尺寸等。这些因素使得电阻焊接具有不确定性，同时说明电阻焊接是一种十分复杂的工艺。电阻焊机经历了漫长的发展历程，从工频交流、直流脉冲、二次整流逐渐发展到电容储能电焊机等。其间，发达国家发明了逆变式电阻焊机和柔化的电阻焊成套设备，使得电阻焊机进一步发展。国外的电阻焊机控制系统主要以单片机为核心，如squareD公司的TIM4002和日本的微机计时器MW系列。这些产品同时拥有自动化软件编程、自我故障诊断和自动维护等先进功能，但是它们普遍运用单一控制，使得最终效果不是特别理想。

2 电阻焊机控制器的工作原理

由于电流在焊接时会引起电阻热，电阻焊会产生热量。焦耳定律规定：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式为：

式中，Q为热量，J；I为焊接电流，A；R为电阻，Ω；t为时间，s。

式（1）适用于所有电路。

对于纯电阻电路可推导出：

点焊时的电阻为：

式中，电极间电阻为R；工件本身电阻为Rw；两工件间接触电阻为Rc；电极和工作间接接触电阻为Rm。

图1 对焊示意图

由图1和式（5）可知，当工件和电极已定时，工件的电阻取决于它的电阻率。电流对总热量的影响大过电阻和时间。并且，一般电阻焊的电流是很大的，可达到几千安培。因此，在操作电焊接的过程中必须对电流严格把控。

3 电阻焊机控制系统的研究

3.1 多模式电阻焊机控制系统的结构

电阻焊的工序十分简单，所花费的时间很少。但是它涉及的领域十分之广，如电力学、工业机械学和冶金等。其实践过程涉及的变量较多，它们会影响焊接质量。要控制好电阻焊机系统的操作，人们必须关注加热、熔化和凝固等阶段，关注焊接电流、电压量、电极速度和加速度等。人们要及时关注这些物理参数的变量，更好地控制电阻焊机系统，使得其结构完整，效率更高。

电阻焊机系统涵盖外围功能主控模块，包括按键、显示数据采集和焊接过程控制等。焊接过程控制模块包括显示和上位的通信结构等。按键显示模块，包括显示和按键。电源及交流直流同步模块，是一个主要提供电量的模块和控制焊接电路开关的结构。模拟信号调理模，主要负责接收、梳理和分析信息从而再次运用。

3.2 电阻焊机控制系统的运作

电阻焊机的运作容易受到诸多因素的影响，所以运行时需要严格控制好各大变量，使其结果达到最佳。在试验过程中，人们可以通过控制测试电阻焊机的时间自动控制技能，选好合适的部件，对信号接收器收集的数据进行分辨、处理，研究焊接过程中各种参数对焊接结果的影响，从而找出焊接过程控制的最佳变量。

4 结语

一般的多模式电阻焊机控制器系统只要拥有质量可靠的硬件和软件，并且接收的模拟信号准确，就能够完美地分析信息，进行正确输出，保障电阻焊机控制系统的完整性。工业企业应该设计出更先进的系统结构，使得用户体验到更加完美的产品。