摘 要：介紹了微型零件常用點(diǎn)焊電源輸出的調(diào)節(jié)原理及特點(diǎn)，試驗(yàn)測(cè)試了單相逆變點(diǎn)焊電源和不同頻率的三相逆變點(diǎn)焊電源輸出的電流波形，探討了精密電阻點(diǎn)焊的關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向。試驗(yàn)結(jié)果表明三相逆變點(diǎn)焊電源比單相穩(wěn)定，采用較高逆變頻率的逆變電阻點(diǎn)焊電源的控制精度高、電流穩(wěn)定性好。

　　在電子器件醫(yī)療器械傳感器等產(chǎn)品的制造中，涉及大量小尺寸零件的電阻點(diǎn)焊。尺寸微小使得焊接比較困難，主要問(wèn)題包括焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、容易導(dǎo)致零件熔毀、難以形成正常熔合，焊接成品率低，有的零件甚至難以用一般的電阻點(diǎn)焊焊接。

　　為解決微型零件的電阻點(diǎn)焊問(wèn)題，電阻點(diǎn)焊技術(shù)需向更加精密的方向發(fā)展。電阻焊的精密性包括電源的精細(xì)調(diào)節(jié)、參數(shù)的精確控制和加壓機(jī)構(gòu)的精密穩(wěn)定等多個(gè)方面，多技術(shù)集成構(gòu)成精密電阻焊系統(tǒng)。本文側(cè)重電阻焊電源精細(xì)調(diào)節(jié)技術(shù)的探討。

　　電阻點(diǎn)焊電源提供電阻焊的電阻加熱能量，它的發(fā)展中相繼出現(xiàn)了單相工頻交流點(diǎn)焊電源?直流脈沖點(diǎn)焊電源?三相低頻點(diǎn)焊電源?次級(jí)整流點(diǎn)焊電源和電容儲(chǔ)能式點(diǎn)焊電源,上世紀(jì)80年代又出現(xiàn)了逆變式點(diǎn)焊電源[1][2]。用于微型零件焊接的電源主要有單相交流電源、電容貯能電源和逆變電源[3]。逆變電阻點(diǎn)焊電源的調(diào)節(jié)性顯著提高，相比較是一種較好的電源，但就逆變電阻點(diǎn)焊電源本身而言，相互有一定的差別。為實(shí)現(xiàn)微型零件的精密焊接，逆變電阻點(diǎn)焊電源技術(shù)需得到進(jìn)一步發(fā)展。

　　單相晶閘管點(diǎn)焊電源等效電和電流波形如圖1所示。改變晶閘管的控制角α，便可調(diào)節(jié)焊接變壓器初級(jí)電流，控制次級(jí)焊接回的焊接電流。

　　電容貯能點(diǎn)焊機(jī)還存在其它一些缺點(diǎn)。電容貯能焊機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率要比其它類(lèi)型焊機(jī)低，貯能電容器及焊接變壓器體積龐大，電力回部分復(fù)雜，焊機(jī)成本高，容量越大越高；貯能電容器經(jīng)常處于快速充放電過(guò)程中，介質(zhì)損耗大，壽命短等。

　　與一般單相工頻交流電阻點(diǎn)焊電源、電容貯能點(diǎn)焊電源比較，逆變直流電阻點(diǎn)焊電源具有以下優(yōu)點(diǎn)：焊接變壓器小型輕量化；高速精密控制、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好；輸出低脈動(dòng)率的直流焊接電流；三相平衡負(fù)載、功率因數(shù)高、節(jié)能經(jīng)濟(jì)性好等。逆變直流

　　點(diǎn)焊電源雖然具有這么多優(yōu)點(diǎn)，但是目前其制造成本比較高，電相對(duì)復(fù)雜。對(duì)于微型件的點(diǎn)焊，由于其可控性好，是比較理想的電源，功率電子器件的發(fā)展和逆變技術(shù)的成熟，這類(lèi)電源逐步獲得了應(yīng)用?？紤]微型件點(diǎn)焊精密調(diào)節(jié)輸出能量和快速響應(yīng)速度的需要，電阻焊逆變電源技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展。

　　本文針對(duì)不同逆變直流電阻點(diǎn)焊電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲取了實(shí)際的焊接電流波形。實(shí)驗(yàn)條件：DBZ300和DBZ-300A逆變點(diǎn)焊機(jī)（單相和三相），額定電流3000A，逆變頻率4kHz；DBZ400逆變點(diǎn)焊機(jī)，三相，額定電流4000A，逆變頻率1kHz；日本MIYACHI公司生產(chǎn)的MM－315AC焊接大電流測(cè)試儀測(cè)量電流；泰克公司生產(chǎn)的TDS2012型數(shù)字示波器測(cè)量波形；5mm厚的不銹鋼板作為實(shí)驗(yàn)負(fù)載；用來(lái)測(cè)量焊接大電流的羅氏線(xiàn)圈。為便于分析，電源工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，不采用電流反饋，電流設(shè)定轉(zhuǎn)換為脈寬控制。圖4為用羅氏線(xiàn)電源的次級(jí)電流信號(hào)（曲線(xiàn)）和經(jīng)過(guò)積分電還原的焊接電流信號(hào)（曲線(xiàn)）波形圖，電解電源脈寬設(shè)

　　頻率提高不僅可以減小鐵心截面積從而減小變壓器的體積和重量，而且可以提高控制精度，縮短控制周期。例如工頻交流焊機(jī)的調(diào)節(jié)周期較長(zhǎng)，對(duì)50Hz的電網(wǎng)，焊接時(shí)間調(diào)節(jié)分辨率為20ms。逆變直流點(diǎn)焊機(jī)時(shí)間調(diào)節(jié)分辨率可達(dá)0.25ms（4kHz逆變頻率），控制精度高。

　　微型件的點(diǎn)焊比較困難，為了提高點(diǎn)焊成品率與點(diǎn)焊質(zhì)量，擴(kuò)大電阻點(diǎn)焊技術(shù)在微型零件制造中的應(yīng)用，需要進(jìn)一步發(fā)展精密電阻點(diǎn)焊技術(shù)。

　?。?）提高電源輸出調(diào)節(jié)分辨率和響應(yīng)速度。由于電阻點(diǎn)焊電流大，受回的，電阻點(diǎn)焊逆變電源采用的逆變頻率比弧焊或其它電源的逆變頻率低得多，通常采用1kHz左右，其調(diào)節(jié)分辨率和控制響應(yīng)速度相應(yīng)較低。近年來(lái)，相繼有2kHz、4kz和5kHz的產(chǎn)品面市，也有25kHz技術(shù)的報(bào)道。對(duì)精密點(diǎn)焊，提高逆變頻率是必然趨勢(shì)。逆變頻率的提高需要在變壓器設(shè)計(jì)、減小回?fù)p耗上下功夫，它們直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)。對(duì)微小零件的焊接，焊接電源的容量較小，提高逆變頻率較容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)大功率的電源則難度增大。微型件的精密點(diǎn)焊也可以采用模擬式晶體管電源，這類(lèi)電源能量損耗較大，逆變電源的改善有望代替這類(lèi)電源。

　　（2）改善焊接電流波形，提高焊接參數(shù)的工藝適應(yīng)性。普通的電源設(shè)計(jì)為單次加熱、兩次加熱，復(fù)雜一些的電源有三次加熱或帶電流緩升緩降控制。由于精密點(diǎn)焊涉及的結(jié)構(gòu)和材料復(fù)雜，這些波形不能滿(mǎn)足最佳焊接要求，如有的材料點(diǎn)焊采用去除氧化膜與調(diào)節(jié)起始焊接條件，可以提高焊接的一致性。對(duì)精密點(diǎn)焊，要求波形精心設(shè)計(jì)，甚至包括波形的調(diào)控，使之與材料的加熱冷卻過(guò)程相適應(yīng)。

　　（3）發(fā)展精密點(diǎn)焊的實(shí)時(shí)質(zhì)量控制技術(shù)。點(diǎn)焊過(guò)程實(shí)時(shí)控制是排除過(guò)程中各種干擾，提高生產(chǎn)成品率的重要手段。控制方法包括工藝參數(shù)的穩(wěn)定控制和質(zhì)量的反饋控制。點(diǎn)焊質(zhì)量實(shí)時(shí)控制是一項(xiàng)重要的但長(zhǎng)期沒(méi)有解決好的難題，采用多參數(shù)的智能控制的研究，有較好的前景。

　　（4）研制精密加壓系統(tǒng)。焊接壓力對(duì)點(diǎn)焊相當(dāng)重要，微型件的焊接需要精密的加壓，包括小壓力穩(wěn)定性、機(jī)械系統(tǒng)的隨動(dòng)性（與焊接變形相適應(yīng)的快速反應(yīng)）、的適應(yīng)性與準(zhǔn)確的控制等。傳統(tǒng)的氣動(dòng)加壓很難適應(yīng)精密點(diǎn)焊的要求，采用彈簧壓縮量觸發(fā)焊接通電的方式也難準(zhǔn)確控制壓力。其它的加壓方式，包括采用壓力傳感器反饋控制，需要進(jìn)一步的探討。

　?。?）提升計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平。利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)建立精密點(diǎn)焊的輔助系統(tǒng)，對(duì)相當(dāng)復(fù)雜的微型件的精密點(diǎn)焊應(yīng)用將會(huì)有良好的幫助。焊接數(shù)據(jù)的采集與記錄，產(chǎn)品的可追溯性，對(duì)醫(yī)療器械等重要零件的焊接是十分重要的。具有聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精密點(diǎn)焊機(jī)的開(kāi)發(fā)，為數(shù)據(jù)的記錄與更新提供方便，可方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程與控制。

　?。?）與工頻交流、電容貯能焊接電源比較，脈沖電源，精密逆變點(diǎn)焊電源可控性好，對(duì)微型件的點(diǎn)焊有較好的工藝適應(yīng)性。

　?。?）精密逆變點(diǎn)焊電源的逆變頻率提高，有利于提高控制分辨率、電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電流穩(wěn)定性。對(duì)微型件的精密點(diǎn)焊電源，需要進(jìn)一步提高逆變頻率和改善電源設(shè)計(jì)。