根據焊接過程中焊接能量產生的基本特征,將各種焊接方法概括為五大類,即電弧焊接、電阻焊接、特種焊接、氣焊和釬焊。對不同類型的焊接設備有不同的檢測方法和檢測設備,對焊接電源的機械、電氣性能測試項目和側重點也有差別。電弧焊和電阻焊是目前應用得最廣泛的焊接方法。電弧焊和電阻焊焊接電源的檢測設備也是最常用的兩大類電源檢測設備。 

1、電阻焊電源檢測設備

傳統的電阻焊電源檢測設備主要是大電流測試儀,一般只檢測焊接電流的大小和通電時間的長短,檢測的焊接電流也只分為交流電流和次級整流的直流電流兩種形式。隨著電子和計算機技術的日益發展,新型逆變式直流、交流、方波脈沖、電容儲能等形式的電阻焊電源層出不窮,這類電源的焊接電流具有非正弦、非周期性,同時除對焊機的電氣性能參數進行檢測外還需對焊機的機械性能中電極壓力大小、焊接過程中電極位移量大小(反映焊接質量的參數)、冷卻水流量等參數進行測試,并對測試結果形成報告,傳統的檢測設備已經無法滿足這些測試要求。 

 近幾年來,日本、德國等發達國家已經推出了可以與工業控制計算機連接的信息化、集焊接質量控制和檢測為一體的多功能電阻焊檢測設備。如日本MIYACHI的MM-360A型電阻焊測試儀可在焊接過程中同時測量焊接壓力和電流,并顯示兩者波形,還可與電腦聯機處理所測量的數據;MM-730A型電阻焊測試儀通過抗磁干擾的變位傳感器,對焊接時電極的位移量進行監測,進而實現間接控制焊接熔核的生成情況。德國Boschrexroth逆變電阻焊及其精密控制技術已經大量用于工業生產系統。

Boschrexroth可以說是世界最大的中頻電阻焊接系統制造商,其“多功能中頻焊接控制器PSI63S”(電阻焊恒功率控制技術和超聲波控制技術),已經不是傳統意義的中頻控制器,而是集成了普通中頻控制器、焊接監測控制器(恒功率控制技術和超聲波控制技術)和伺服運動控制器(氣動元件或電子馬達)的全能控制器,它可以對焊接電流、焊接時間、焊接功率、焊接熔核大小、焊接的位置、焊接的位移、焊接的壓力等參數進行全閉環控制。對全部焊接參數進行實時控制并同時進行檢測的焊接控制器,是電阻焊接控制監測系統的發展方向。 

2、弧焊電源檢測設備

與電阻焊檢測設備的發展一樣,電弧焊電源檢測設備也經歷了不同的發展階段。以其技術含量和特點,分為四個發展階段。在我國的弧焊檢測設備中,最具代表性的電弧焊電源檢測設備是以成都電焊機研究所、國家電焊機檢測中心(成都電氣檢驗所)、成都三方電氣有限公司為主開發的測試臺。

a) 第一代檢測設備以成都電焊機研究所生產的HHC系列弧焊電源測試臺為代表,用傳統的互感器、分流器為電流傳感原件,并配以指針式電流、電壓、功率臺表,對焊接電源的電流、電壓、功率進行測量,用接觸器切換和改變無感電阻負載的大小來模擬電弧。目前,這種檢測設備在一部分焊接電源生產廠仍然使用,它具有精度高、可靠性穩定性好的特點,但體積龐大,使用維護復雜,功能單一,自動化程度底,很難滿足現代化高效率的生產測試。

b) 第二代檢測設備以成都電氣檢驗所、成都三方電氣有限公司研究生產的數字TDC系列電源測試臺為代表,用數字化儀表取代了指針式臺表,霍爾電流傳感器取代互感器和分流器,在功能和測試精度方面與第一代設備一致,但體積大幅度減小,使用和維護性有了很大的提高,讀數直觀,操作方便,被全國大多數的焊接電源生產企業廣泛使用,但它仍然帶有第一代設備的缺點。

c) 現代制造技術和焊接生產的發展,對焊接設備檢測在測試內容、實時性和測試精度各方面的要求不斷提高,使得傳統檢測儀器在結構和功能上的局限性日益突顯,難以適應和滿足高效率、大信息化的現代檢測工作需要。第三代檢測設備是由成都三方電氣有限公司在其參與研制的國家科技部專項資金項目“智能交/直流電源測試系統”樣機基礎上,進行第二次開發設計后推出的新一代PTE系列信息化檢測系統為典型代表。它以虛擬儀器技術為實施平臺,具有信息量大,檢測速度快,人機界面優異,測試精度高,靈活性強等優點,還實現了對弧焊電源諧波電流分析、功率因數和效率等重要參數的實時測量。

該檢測系統在結構上具有以下特點:

(1)采用虛擬儀器技術作為實施平臺。主機選用NI PXI-8174嵌入式控制器,數據采集選用PXI接口的PXI-6071E多功能卡,負載控制采用PLC作為主要控制單元。主機端的程序是事件驅動型。

(2)采用分布式(DCS)控制方法,把一個狀態變量較多的大系統分解為若干個獨立模塊,系統的組態和擴展都十分方便,管理集中,分散控制,有效地增強了自動測試系統的靈活性。

(3)在軟件環境方面,采用通用的Windows 2000操作系統,有利于充分利用現有的軟件資源,編程環境是LabVIEW,并分為前面板和源代碼。前面板以所見即所得技術構成程序主界面。

該檢測系統整合了多種計算機與信息新技術優勢,能夠方便快捷地完成焊接電源的各項電參數出廠檢驗,而且能夠直觀地看到每個被測量的波形細節,有助于深入了解和認識各檢測量的物理意義,在功能上具有以下特點:

(1)智能型程序化的負載調整。根據用戶輸入的焊機的類型,當需要調整負載時,主系統會自動發指令到PLC,PLC根據指令決定其輸出接點的狀態,從而控制無感負載電阻控制接觸器的通斷,達到調節負載的目的。整個過程已經無需人工介入,即自動尋找工作點。

(2)電網電壓的自動穩定。為了保證測試條件的一致性,焊接電源的輸入電壓應穩定在一定的誤差范圍內,而電網電壓往往受負載和周圍其他因素的影響,會出現較大的波動。該檢測系統采用微控制器調壓技術對電網進行自動監控。

(3)對諧波電流的檢測與分析。諧波是電力電子設備的重要特征,也是污染電網的一大危害。從諧波抑制的角度,重要的是諧波的大小及測量的實時性。系統中基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測模塊的全部功能由軟件實現,可觀察、記錄檢測過程的所有中間量。

(4)功率因數是衡量設備用電質量的一個重要指標,它反映了設備對電能的利用率,也是評價和開發高效率新型焊接電源的重要依據。電子控制的焊接電源往往引起輸入電流的嚴重畸變,傳統的用功率因素角來描述功率因素的方法已經不適用,本系統采用波形計算法,將被測對象作為一個整體,設計了用于三相電源的功率因素測量模塊,避免了非正弦信號和三相不平衡的影響,解決了在工程中無法準確得到相電壓的問題。為準確評價焊接電源性能提供了一個新的檢測手段。

(5)效率反映了對電源的利用率。該檢測系統實現了對焊接電源的輸入、輸出功率同步測量,減少了波動對測量的影響,能在不同的負載條件下,觀察效率的變動,在提高檢測精度的同時,對研究和開發高效率新型焊接電源以及對電能的利用率的認識有很大的幫助。

(6)網絡化測量和控制是網絡技術的一個重要應用。當前因特網的普遍應用,使得遠程信息共享成為現實。基于現場總線和局域網的超遠程操作方式,可以實現以往需要檢測人員現場操作的工作,如儀器的標定、校準、故障診斷等。該檢測系統已經為這一應用的實現提供了必需的技術支持。

目前這個系列化的檢測系統使焊接電源的檢測不斷地向精量化、高效化、自動化、信息化方向發展,已經在國內的近十家大規模焊接電源生產企業、檢測機構、學校使用,今后需要進一步適應各個用戶具體需求,做出更個性化的設計,以方便用戶。

3、前面所提到的三代檢測設備基本上是對焊接電源的靜態電參數進行檢測,只有第三代產品具有對空載—負載、空載—短路的過渡過程的檢測和分析功能,但由于模擬電弧負載的調節方式都是接觸器控制,在速度上存在局限性,很難客觀地描述和仿真動態電弧。

通常情況下,弧焊過程往往伴隨著短路過渡、弧長變化、電流脈沖以及其他如送絲速度變化等因素對電弧產生影響,焊接電源對這些影響因素的反應能力就是其動態性能,它的好壞與工藝性能及其穩定性有直接的聯系。因此,在綜合評價焊接電源性能及質量時,動態性能是一項重要的檢測內容。歐洲標準EN 729的第二部分中,已經提出了關于“焊接設備綜合質量”的檢測要求,并提出了校準焊接設備的實施周期。為適應這一發展需要,德國汗諾威大學D.Rehfeldt研制了焊接動態模擬機,即第四代弧焊電源檢測設備。

該模擬機由函數發生器輸出動態參數,用一組高速非線性大功率電子開關電路來描述、仿真動態電弧,工控機對焊接電源的輸出響應進行數據采集和處理,與系統配套的焊接分析儀將自動生成統計圖表和檢測結果的數據文件。另外,它可利用局域網或因特網能夠方便地遠程檢測焊接電源。目前成都三方電氣有限公司已經與德國漢諾威大學簽訂了生產、銷售該機的合作協議。

隨著焊接制造技術的發展迅猛,國際焊接標準也日新月異,IEC 60974.10標準有對焊接電源的EMC提出了要求,我國相應的國標不久也將出臺,這對焊接電源的EMC檢測又將提出了新的檢測任務,如何開發研制適用于焊接電源科研、生產、檢測需要的EMC檢測設備是我們急需要解決的課題。


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2017年04月19日 11:26

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