微型件的電阻焊連接在微連接技術(shù)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(diǎn)、縫焊方法。因為微型件幾何尺寸小，加熱過(guò)程中析熱少而散熱強烈，焊接區溫度場(chǎng)的分布特點(diǎn)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(wèn)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(shù)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(shù)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(kāi)關(guān)輸出直流電流到電容器組進(jìn)行貯能，充電電壓可以根據要求選擇。貯存在電容器的能量的釋放由放電晶閘管開(kāi)關(guān)控制。放電晶閘管的開(kāi)通時(shí)刻則由單片機控制，一旦放電晶閘管開(kāi)通，則貯存在電容器組中的電場(chǎng)能作為電源，通過(guò)開(kāi)關(guān)和級數換接器等迅速向阻焊變壓器放電繞組放電，并在次級側的焊接回路中流過(guò)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(kāi)關(guān)，電容貯存的電場(chǎng)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(gè)周波作為貯能能源，晶閘管觸發(fā)角移相范圍為90°～135°，即調節寬度為45°，當充電晶閘管觸發(fā)角為90°時(shí)，正值充電電壓波形的峰點(diǎn)，所以充電電壓*，此時(shí)在其它條件不變時(shí)，焊接能量為*。當晶閘管觸發(fā)角為135°時(shí)，充電電壓最小，焊接能量也為最小。根據焊接產(chǎn)品的不同，調節相應的充電電壓值，可以獲取滿(mǎn)足不同工藝要求的焊接規范。
　　控制充電電壓的調節由單片機實(shí)現，根據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計數器進(jìn)行定時(shí)，設定時(shí)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(shí)間及斷電時(shí)間，現在所通用的小功率電容貯能縫焊機如QZ-170型縫焊機，采用了四級分檔調節脈沖頻率方法，由于技術(shù)上及制造工藝上的原因，要進(jìn)一步細化精密控制通斷電時(shí)間比不太容易。在微機控制系統中，控制通斷時(shí)間比較易實(shí)現。本控制中通斷電時(shí)間比由人機界面輸入設定，調節范圍為1：1至1：49等49級，大大提高了原有焊機的技術(shù)性能。

2　控制系統結構

　　控制系統由單片微機為主控單元，用晶閘管為主電力電路開(kāi)關(guān)元件，采用單相充、放電晶閘管，焊機的控制系統結構如圖1所示。

圖1　控制系統結構框圖

2.1　A/D轉換器
　　設置A/D轉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(gè)重要工藝參數。另一是采樣電網(wǎng)電壓，根據電網(wǎng)波動(dòng)可以相應改變充電晶閘管移相角，保證焊接過(guò)程中充電電壓的穩定。A/D轉換器采用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，作用是傳遞數據信息。如人機界面的信息傳送，輸入設定信息量，顯示測量的參數值等。另外微機本身的輸入/輸出口也被用來(lái)作為控制系統的I/O口，傳送數據開(kāi)關(guān)量的信息、報警信息等。

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

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

3　軟件流程

　　控制系統的軟件流程如圖2所示。軟件編制采用模塊化結構，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(diǎn)

4.1　焊接過(guò)程參數電流峰值I_M、電流波形陡度t_M及放電時(shí)間T都可存貯并顯示，對控制焊接質(zhì)量、制定工藝規范極有意義。
4.2　采用計算機控制充電電壓并根據網(wǎng)壓波動(dòng)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控制。
4.3　對縫焊過(guò)程用計算機計量同步脈沖的方法控制縫焊通電的通斷時(shí)間比，擴大了現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(shí)，能很好地滿(mǎn)足微型件縫焊的工藝需要?？刂破鬈浖宰鞲膭?dòng)，即可配用電容貯能點(diǎn)焊機。

5　結　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(shí)間比，大大提高了焊機的技術(shù)性能。
5.3　控制器具有焊接電流、通電時(shí)間等參數顯示，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(jìn)制造技術(shù)在焊接中的成功應用。