微型件的電阻焊連接在微連接技術中占有重要地位，其中一些精密件的焊接往往采用電容貯能電阻點、縫焊方法。因為微型件幾何尺寸小，加熱過程中析熱少而散熱強烈，焊接區(qū)溫度場的分布特點是沿焊件厚度方向溫度梯度很小，在貼合面上難于形成集中加熱的效果，而采用電容貯能電阻焊方法可以很好地解決加熱迅速、集中、焊件變形小、接頭質(zhì)量高等問題。但目前這些焊接方法的控制上還存在一些不足，尤其是控制技術的應用上比較落后，甚至于有些焊機主要還在采用電子管、引燃管為控制器件，嚴重影響焊機的技術性能與工藝性能。本文介紹采用微機及晶閘管為主控器件的電容貯能縫焊機控制器的研制。

1　控制原理

　　因為焊接微型件所需總體功率較小，所以采用單相電源供電。單相電源經(jīng)中間變壓器升壓后，再經(jīng)充電晶閘管開關輸出直流電流到電容器組進行貯能，充電電壓可以根據(jù)要求選擇。貯存在電容器的能量的釋放由放電晶閘管開關控制。放電晶閘管的開通時刻則由單片機控制，一旦放電晶閘管開通，則貯存在電容器組中的電場能作為電源，通過開關和級數(shù)換接器等迅速向阻焊變壓器放電繞組放電，并在次級側(cè)的焊接回路中流過感應出的電容貯能焊接電流。由于放電脈沖較小，可以不考慮在二次回路中加裝極性換向開關，電容貯存的電場能Wc表達為：

　　(1)

式中　C為電容器組容量，影響放電電流脈沖的幅值及寬度；U_c為充電電壓，主要影響放電電流脈沖的幅值。
　　在控制上，只控制充電半個周波作為貯能能源，晶閘管觸發(fā)角移相范圍為90°～135°，即調(diào)節(jié)寬度為45°，當充電晶閘管觸發(fā)角為90°時，正值充電電壓波形的峰點，所以充電電壓*，此時在其它條件不變時，焊接能量為*。當晶閘管觸發(fā)角為135°時，充電電壓最小，焊接能量也為最小。根據(jù)焊接產(chǎn)品的不同，調(diào)節(jié)相應的充電電壓值，可以獲取滿足不同工藝要求的焊接規(guī)范。
　　控制充電電壓的調(diào)節(jié)由單片機實現(xiàn)，根據(jù)人機界面輸入的充電電壓設定值，微機計算出相應的移相角，并由CTC計數(shù)器進行定時，設定時間到即發(fā)出相應的充電晶閘管觸發(fā)脈沖。
　　此外，控制器還要控制通電時間及斷電時間，現(xiàn)在所通用的小功率電容貯能縫焊機如QZ-170型縫焊機，采用了四級分檔調(diào)節(jié)脈沖頻率方法，由于技術上及制造工藝上的原因，要進一步細化精密控制通斷電時間比不太容易。在微機控制系統(tǒng)中，控制通斷時間比較易實現(xiàn)。本控制中通斷電時間比由人機界面輸入設定，調(diào)節(jié)范圍為1：1至1：49等49級，大大提高了原有焊機的技術性能。

2　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)由單片微機為主控單元，用晶閘管為主電力電路開關元件，采用單相充、放電晶閘管，焊機的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1　A/D轉(zhuǎn)換器
　　設置A/D轉(zhuǎn)換器的作用有二：一是采樣放電電流即焊接電流的峰值，這是電容貯能焊中的一個重要工藝參數(shù)。另一是采樣電網(wǎng)電壓，根據(jù)電網(wǎng)波動可以相應改變充電晶閘管移相角，保證焊接過程中充電電壓的穩(wěn)定。A/D轉(zhuǎn)換器采用0809芯片，采樣速度100 μs左右。

2.2　并行接口
　　并行接口選用的是8255芯片，作用是傳遞數(shù)據(jù)信息。如人機界面的信息傳送，輸入設定信息量，顯示測量的參數(shù)值等。另外微機本身的輸入/輸出口也被用來作為控制系統(tǒng)的I/O口，傳送數(shù)據(jù)開關量的信息、報警信息等。

2.3　定時器
　　定時器采用單片機8031本身所帶的CTC定時器，單片機主頻為6 MHz。定時器的作用一是為軟件的功能編制服務；另一是為充、放電晶閘管的移相計時；還有是為計量放電脈沖的峰值角t_M(或稱電流波形陡度)與放電脈沖寬度T(或稱放電時間)服務的，t_M與T是電容貯能焊中的另兩個重要參數(shù)。

2.4　報警電路
　　控制系統(tǒng)對焊接過程進行自診斷，有非正常狀態(tài)時，即預以報警指示，顯示出相應的錯誤信息，停止焊接過程的運行。報警信息有以下幾種：
　　“過壓”——充電電壓超過規(guī)定的*電壓；
　　“失控”——非焊接過程時，充、放電晶閘管已開通，焊接回路有電流；
　　“不通電”——焊接時，充、放電晶閘管不工作，焊接回路無電流。此外，控制系統(tǒng)采用了專門的屏蔽、光隔、掉電保護等措施，使系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性與可靠性。

3　軟件流程

　　控制系統(tǒng)的軟件流程如圖2所示。軟件編制采用模塊化結(jié)構(gòu)，互不干擾、修改容易、層次清楚、可擴展力強。

圖2　主程序流程圖

4　控制器特點

4.1　焊接過程參數(shù)電流峰值I_M、電流波形陡度t_M及放電時間T都可存貯并顯示，對控制焊接質(zhì)量、制定工藝規(guī)范極有意義。
4.2　采用計算機控制充電電壓并根據(jù)網(wǎng)壓波動予以修正補償，大大提高了焊機的控制性能，能做到較精確的加熱參數(shù)控制。
4.3　對縫焊過程用計算機計量同步脈沖的方法控制縫焊通電的通斷時間比，擴大了現(xiàn)行通用焊機的工藝應用范圍，尤其對精密微型件的焊接有作用。
4.4　電容貯能微機控制器配用小容量(500 μF以下)電容器組時，能很好地滿足微型件縫焊的工藝需要?？刂破鬈浖宰鞲膭樱纯膳溆秒娙葙A能點焊機。

5　結(jié)　論

5.1　研制的微型件電容貯能縫焊單片機控制器設計思想正確、合理。
5.2　采用單片機控制充電電壓及縫焊通斷時間比，大大提高了焊機的技術性能。
5.3　控制器具有焊接電流、通電時間等參數(shù)顯示，為焊接質(zhì)量的控制提供了基礎。
5.4　控制器有自診斷、報警等多種功能，可靠性好，有較強的應用背景，是先進制造技術在焊接中的成功應用。