一种基于液压比例阀闪光对焊电控系统的制作方法

一种基于液压比例阀闪光对焊电控系统
1.技术领域：本发明涉及各种金属材质链条闪光对焊的焊接领域，应用于φ26
‑‑
φ34mm中等规格高强度矿用链条焊接设备的电控系统设计上。
2.

背景技术：
工业上经常使用的对焊包括电阻对焊与闪光对焊，闪光对焊属于压力焊的范畴，它是主要的焊接方式之一，当下应用最多的闪光对焊有连续闪光对焊与预热闪光对焊。闪光对焊由于热效率高、焊接质量好、可焊接的金属与合金的范围极广，不但可以焊接紧凑截面材料，而且可以焊接展开截面的焊接材料，所以被广泛应用于军工、铁路、船舶、汽车、矿山机械、各种工业、航空等领域。
3.闪光对焊在我国正处在一个发展和日益完善的阶段，因此对闪光对焊的应用研究，以及对闪光对焊设备的研制尤为重要。闪光对焊设备主要由机械部分、液压部分、电控系统、执行机构等部分组成。每一部分，特别是电控系统与动夹具执行机构的设计关系到焊接技术的合理用运，能否得到较高的焊接质量。
4.

技术实现要素：
本发明的目的在于：为了提高（φ26
‑‑
φ34mm）链环的焊接质量，增强其焊接力学性能，加大焊接设备使用稳定性，本发明提供了一种基于液压比例阀闪光对焊电控系统设计。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：本发明电控系统由工控机hmi、plc、焊接控制组件、动力组件、电压与电流采样装置、焊接变压器、限位及开关、比例阀放大板、液压比例阀及其他配套电器元件组成。
6.本发明是基于液压比例阀的基础之上，以预热闪光对焊为原理的电气控制系统设计，实现高质量对高强度矿用圆环链（φ26-φ34mm）的焊接。
7.本发明焊接过程中除了环背预热是恒流模式外，闪光对焊过程中焊接电压是一个稳定值，这个稳定值由plc进行对焊接电压进行pid调节，预热与连续闪光都是以焊接电流为基础进行控制，尤其是后期的连续闪光是以瞬时烧化电流为基础做一个指数函数计算，进行对液压比例阀放大板电信号的给定，从而实现自适应智能连续闪光动夹具送进控制，不但提高了设备的稳定性，而且也提高了链环的焊接质量，同时也增强了焊接链环的力学性能。
8.本发明的有益效果在于链环焊接连续闪光工艺过程的控制中，主要表现在两个方面：第一焊接质量优于硬特性曲线，如传统的凸轮曲线或由液压换向阀控制一个特定动夹具送进曲线，由于连续闪光工艺过程不受瞬时烧化电流控制，焊接质量较低；第二对于中等规格的链环焊接，使用液压比例阀比使用液压伺服阀设备制作费用至少低20%，既能够保证链环焊接质量，又能节省费用。
9.附图说明：构成本发明的附图用于提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明电控系统组成。
10.图2为本发明动夹具油缸液压系统局部示意图，图中1为动夹具液压油缸，2为液压比例阀，3液压换向阀。
11.图3为本发明运用到的预热闪光对焊原理示意图，图中a为静夹具，b为动夹具，c为焊接变压器，d为焊件，ff为夹紧力，fu为动夹具顶锻力，vs为动夹具送进速度。
12.具体实施方案：预热闪光对焊原理(如图3)，焊件d被装配成对接接头形式，焊件d由静夹具a和动夹具b夹紧，焊接变压器c通电，通电后对焊件进行1-3s的环背预热，数次往复预热，然后移动动夹具b，使焊件d的端面接头逐渐接近达到局部接触并有接触点，利用电阻热加热这些接触点，形成液体过梁，液态过梁爆破产生闪光，使端面部位金属熔化并加热端面，直至端面在一定深度范围内达到需要温度时，动夹具b突然加速，以很大的压力使焊件d端面互相挤压，0.5-1s后切断电压，进行0.5-2s时间的保压，使焊接区域发生强烈塑性变形，接合面交互结晶，形成牢固接头。
13.预热闪光对焊主要由环背预热、预热、连续闪光、顶锻、保压、去刺等焊接工艺过程组成。预热、连续闪光、顶锻是预热闪光对焊的关键步骤，闪光对焊的焊接质量如何完全取决于对以上三个步骤的控制，特别是连续闪光时动夹具的送进速度是否能够匹配焊接链环的烧化速度至关重要。为了达到送进速度与烧化速度自适应智能控制，这一目的通过一下具体方案实现：动夹具油缸1由一个液压比例阀2和一个普通液压换向阀3驱动。预热和连续闪光时由液压比例阀驱动动夹具运动，顶锻时由液压比例阀与液压换向阀共同驱动动夹具。
14.预热时，根据链环的环背测定电流为基准，设定动夹具送进和返回速度，动夹具送进时接触时间，动夹具返回电流与时间。当动夹具送进接触时间和返回电流同时达到，动夹具就返回，当动夹具返回时间达到时，当动夹具就再次送进，以此反复，当链环焊口温度达到进入连续闪光要求时，立即进入连续闪光。动夹具的送进与返回次数根据不同规格链环能够达到进入连续闪光前的温度要求进行设定。
15.连续闪光时，以预热动夹具最后一次返回时的采样电流为基准，与连续闪光过程中的瞬时采样电流作比较，进行绝对值、对数、指数等计算，最后以一个指数函数得到控制液压比例阀放大板的电压信号，实现动夹具送进速度跟踪链环的烧化速度自适应的智能控制，指数函数公式如下。
16.公式中：ibꢀ‑‑‑‑ꢀ
闪光（烧化）起始时刻的电流iaꢀ‑‑‑‑ꢀ
闪光（烧化）过程中瞬时电流β
ꢀ‑‑‑‑ꢀ
闪光（烧化）电流密度m
ꢀ‑‑‑‑ꢀ
0v至
±
10v电压转换因子n
ꢀ‑‑‑‑ꢀ
死区因子顶锻时，为了达到高速与高压顶锻，液压换向阀同时打开，即由液压比例阀与换向阀共同控制动夹具的送进，以很大的压力使链环焊接端面互相挤压，与此同时进行0.5-2s
的保压，实现焊接区域发生强烈塑性变形，接合面交互结晶，形成牢固接头。
17.去刺是为了修整焊接后链环上留下的毛边，使链环表面光滑整洁。
18.其它辅助控制有：焊接变压器与晶闸管温度保护、链条运送、静夹具与动夹具夹紧松开、电极夹紧松开、液压系统压力及油温等控制。
19.控制方式有：手动、点动、自动。自动又分有无带电流控制方式。
20.工控机hmi程序主要由以下方面组成：专家参数界面、焊接工艺参数界面与故障界面等组成。
21.专家参数界面包括焊接稳压与恒流的pid调节参数，焊接变压器调级设置，以及稳压恒流的测试。
22.焊接工艺参数界面包括链条焊接工艺参数，需要实时显示的参数。
23.故障界面包括出现故障时故障信息提示。


技术特征：
1.一种基于液压比例阀闪光对焊电控系统，其特征在于：由工控机hmi、plc、焊接控制组件、动力组件、电压与电流采样装置、焊接变压器、限位及开关、比例阀放大板、液压比例阀及其他配套电器元件组成。2.根据权利1要求所述一种基于液压比例阀闪光对焊电控系统，其特征在于：由液压比例阀驱动动夹具油缸，从而带动动夹具运动，顶锻时由液压比例与换向阀共同驱动动夹具油缸实现高压和高速顶锻。3.根据权利1要求所述一种基于液压比例阀闪光对焊电控系统，其特征在于：液压比例阀放大板在连续闪光时的电信号由plc给定，是以连续闪光时烧化电流为基础的指数函数进行自适应智能控制的，公式如下：公式中：i
b
ꢀ‑‑‑‑ꢀ
闪光（烧化）起始时刻的电流i
a
ꢀ‑‑‑‑ꢀ
闪光（烧化）过程中瞬时电流β
ꢀ‑‑‑‑ꢀ
闪光（烧化）电流密度m
ꢀ‑‑‑‑ꢀ
0v至
±
10v电压转换因子n
ꢀ‑‑‑‑ꢀ
死区因子。4.根据权利1要求所述一种基于液压比例阀闪光对焊电控系统，其特征在于：动夹具起始位置、顶锻位置、有电顶锻断电位置由接近开关或限位控制。5.根据权利1要求所诉一种基于液压比例阀闪光对焊电控系统，其特征在于：连续闪光前期预热次数是可以根据不同规格链环焊接工艺需要设置的。6.根据权利1要求所诉一种基于液压比例阀闪光对焊电控系统，其特征在于：焊接过程中除了环背预热是恒流模式外，其它焊接工艺过程均为恒压模式。

技术总结
本发明专利目的是提供一种基于液压比例阀闪光对焊的电控系统设计。此电控系统由工控机HMI、PLC、控制组件、动力组件、电压与电流采样装置、焊接变压器、限位及开关、比例阀放大板及其他电器元件组成。工控机HMI完成闪光焊接的工艺参数设定、焊接电压与电流实时跟踪显示、故障报警等功能。PLC完成焊接电压与电流PID调节、自适应智能焊接控制、闪光对焊设备自动控制、与HMI双向数据传送等功能。此电控系统是基于预热闪光对焊的原理进行设计的，闪光时动夹具送进速度是基于烧化电流进行自适应智能控制。应用于Φ26mm-Φ34mm链环闪光对焊，焊接质量较高且稳定，能够满足焊接工艺要求。能够满足焊接工艺要求。能够满足焊接工艺要求。


技术研发人员：冯锦国
受保护的技术使用者：中煤张家口煤矿机械有限责任公司
技术研发日：2021.12.08
技术公布日：2022/3/18