定子鐵心脈沖焊接程控系統
劉岳臣（掛林通信機械廠）
1引言
美國德立臺阿姆柯公司的TL型縫紉機電動機，其定子鐵心的緊固系采用非溶化極焊接方法。我們承制的TE型電機定子鐵心，曾采用鎢極半自動氬孤焊方法，它具有設備簡單，容易掌握等特點。隨著生產的不斷發展，由于產品批量大．規格增多，鐵心尺寸相應縮小，對焊接質量提出了更高的要求。加之鐵心材料可焊性偏差．即因焊縫金屬的高含硅量而對鐵索體有強化作用．降低其塑性和韌性，且易形成柱狀晶，增加品粒長大傾向和回火脆性。為適應實際所需，確保焊接質量，我們從改進焊接工藝及設備入手，采用了混合氣體保護脈沖焊方法，同時對焊接電流，焊接速度和電弧長度進行了實時閉環的程序控制，使這一新工藝更臻完善。本文主要介紹利用微機對焊接電流、焊速和弧長的程控系統。
2系統結構
系統由焊接主回路中脈沖電流，焊接速度和電弧長度三個參數的閉環控制電路、微機主機以及主控制柜；轉動裝置和機械夾具等組成（圖1）。
2．1 焊接主回路由Ax／l-300-l型直流弧焊機、可控硅直流斷續器、艦一d型高頻引弧器，方波發生器和水冷焊槍組成。
2.2焊接逮度控制系統由焊槍行走導軌、S569直流伺服電機、減速器、測速發電機和與之配套的晶體管調速電源、接口板、擴展電路等組成。
2.3焊接電流控制系統由電流檢測傳感器、接口、擴展電路和大功率晶體管調流電路組成。
2.4 電弧長度調節系統由電弧電壓檢測傳感器、接口、擴展電路、步進機電源、環形分配器．步進機等高精度機械傳動系統組成。
2.5 微機部分的基本裝置，其主機由TP -801單板機、8086CPU、時鐘主頻2MH、PROM三片鍵盤、六位數碼顯示、接口板、擴展接口板、打印機等組成。參數控制系統硬件框圖如圖2所示。
2.6抗干擾方波發生器由大規模集成時鐘電路、脈沖觸發電路組成；中斷請求發生器；系統的硬件程序控制為MC-3型控制拒；系統的機械夾具為可實現自動焊接直線往復運動機組和旋轉運動機組；參數控制系統的軟件系統主程序框圖如圖3所示。
微機控制，如圖d所示。圖中表明，焊接電流經電流的傳感器采樣．將信號送入有源帶阻濾波器，參數系統調整電路．通過模數轉換后進入微波器，參數系統調整電路，通過模數轉換后進入微機，再經數學濾波處理后與標準給定值進行比較。由PID數／模轉換電路將控制量送入運算放大、功率放大電路，最終控制調流電路中大功率三極管，實現對焊接電流的控制。
3控制原理
3.1 焊接電流的控制
對于本系統使用的Axd一300-I型直流弧焊機而言．焊接電流的控制依靠它激磁通進行調節。為此設計了一套大功率晶體管激磁回路和相應的微機采樣反饋電路．以取代手工調節的瓷盤電阻．實現了焊接電流的數字濾波IO.規范EPROM l1，譯碼器l2. D/A。
3.1.1 初始給定值的設置。為保證系統在控制量為零時，焊接主回路有一初始電流供引弧的需要．系統設置初始電流為50.4．此時參數調整電路的輸出電壓信號為零。
3．1．2焊接電流的含義。本電路控制的焊接電流是指脈柏電流，基值電流，用作“弧長控制系統”弧壓采樣信號源。
3.2焊接速度控制系統
在生產中焊接速度不穩定的顧因除了網壓波動外．機械傳動系統的各種傳動力矩的變化以及摩擦阻力的變化也是重要的因素，這些不利因素用穩壓的辦法是無法解決的。本系統除了設計一套對網壓變化補償特快的晶體管穩壓調速電路外，還特別設計了一套積分調壓電路，以提高負載力矩對速度的影響，本系統用測速發電機作為速度反饋的采樣傳感器。速度系統控制原理見圖5。
3.2．1 本系統不用微機控制仍然是一個閉環的速度控制系統。因為當焊接速度的初始給定值運行時．速度反饋的積分調節電路已能把電壓；吱動或傳動力矩變化引起的速度變化量，輸入塌體管調速度電路，并進行調整。加入微機控制后．可起到進一步提高焊速穩定精度的怍用，且能實現變速焊接之目的。
3.2.2為保證系統穩定．讓電動機在負載較大的情況下工作在轉速較高的狀態是必要的。
3.2.3 由二極管D、三極管T和電阻R組成的電路．其作用是當電機轉速高于標準值時，D管壓降增大，導致T管導通．使電樞電壓急速降低．其轉速趨于平穩。
3.2.4 實驗證明．為保證焊速在網壓38017波動的條件下。焊速的變化量標準值．對于測逑機激磁電壓的穩定性是不可忽視的。因為當網壓波動時，測速機激磁電壓的波動是必然的。此時電樞電壓的變化已在網壓不穩．力矩變化的基礎上又增加了測速機轉速不穩和變化因素．這一影響因素要設法排除。
3.2．5本系統在控制量為零時，直縫焊接的
初始給定轉速為70r／min．此時經系數調整電路，進入A/D轉換電路的電壓值為零。當增加控制量使電樞轉速為325r／min時，進入AlD轉換電路的電壓值為+5v。這樣，微機可以在70～325r／min的范圍內任意調節速度．其優越性在于可以不加改造地使用8位AlD和D/A接口轉換電路板。
3.3電弧長度控制系統
對于脈沖TIC焊接而言，電弧長度是影響焊縫質量的一個重要因素。實現弧長怛定的傳統方法是以測量弧壓的變化去控制弧長。在脈沖TIG焊接條件下，由于脈沖電流im和基值電流ij在交替工作．所以弧壓U孤也在不斷地變化，而弧長卻沒有發生變化。在此情況下，若欲用弧壓信號作為弧長的調節依據，即必須對弧壓的高低兩個信號進行同步處理。弧長控制系統原理見圖6。弧長調節原理是基值電流產生的低電平弧壓信號，經同步采樣處理后．與標準規范值進行比較并判定方向。接著將正或負的控制量輸入脈沖觸發器，同時置入CTC計數器。脈沖信號經環形分配器和功率放大后進入步進機．步進機每一步都有cTc計數。當步進機轉動的步數與CTC置入步數相符時．CTC減到零并自動發出正脈沖To使能發脈沖指令寄存器清零，步進機停止工作。在此系統中應注意的是，電極端面直經和端部夾角大小對弧壓穩定也甚重要；工件裝配間隙和裝卡的一致性對熔池深度影響很大，否則會造成弧長不應有的變化。
3.4采樣同步信號發生器
焊接電流Im和弧壓U弧是同頻率同相位的脈沖信號。由于正常周時，脈沖電流Im對熔化工件伯用大，所以確定正半周時Im進行采樣。對弧壓來說，由于負半周l較小，熔深淺，弧壓相對穩定，所以確定在負半周對弧壓U孤進行采樣。為了準確地對方波電流浪形進行正負半周采樣，而需要有一個與電流波形嚴格對齊的方波信號，供微機識別正負半周之用。采樣同步信號發生器原理見圖7。方波同步信號產生的過程是將整形后的電流
波形放大再通過射極跟隨器、微分電路和單穩電路產生與電流方波上升沿和下降沿分別對應的窄脈沖。將這些脈沖信號分別引到JK觸發器5和6的觸發端．接著通過邏輯式：FB-Q．Q6+Q．Q6所表示的邏輯電路產生有波同步信號，將此信號送入Pl0的PAM端供微機識別正負半周，同時也控制中斷請求發生器。是嚴格控制各參數在正負半周上的采樣程序。它的工作原理是：方波的上升沿和下降沿一到，CTCi便開始計時。每隔一定時間產生一次中斷HR務程序。對軟件程序所指定的信號采樣并作數字處理后．控制相應的參數調節系統。采樣間隔的安排見圖8。中斷服務程序見圖9。值得指出的是，參數采樣區間要盡量避開上升沿和下降沿，將電流采樣時間安排在波形比較平緩的區段；無論是參數I。還是U斑和V采樣點不宜過多，輸出控制頻率不能過快；參數采樣過程不許跨入下半周。
3.5中斷請求發生器
如何避免高頻高壓(300kH，3kV)的引弧該發生器在微機控制下工作。它的作用是解決抗高頻干擾過程對微機硬件程序的破壞和干擾.
4 徽機應用于脈沖TIG焊接高頻引弧過程和實時參數控制的技術難題。為此采取了如下措施；將引弧器置入專線接地金屬盒內，讓引弧線路遠離微機；用硬件保證高頻引弧期間所有采樣及控制線路暫時脫離焊接主回路，以避免損壞微機硬件；用電容電路在干擾源進入控制電路的關鍵部位吸收干擾；時間差避開干擾；邏輯封鎖干擾；干擾過后自動啟動程序；設計抗高頻干擾的集成電路脈中斷續觸發器。
5結語
微機控制的單臺脈沖TIG焊機，或微機控制的多臺脈沖TIG焊機高頻引弧時，微機實時參數不受干擾，微機工作穩定可靠。在網壓380V士百分之10～15波動條件下各參數控制精度：脈沖電流I。調節范圍50～305A，控制精度；孤長L調節范圍1—2．5mm，控制精度（孤壓的反應靈敏度為0. 0019V，機械傳動精度為土0.Olmm．包括裝配間隙和工件裝夾誤差）
參考文獻
I劉岳臣．微電機．1 984；4
2劉岳臣．電工技術雜志．1988.8
3張洪鉞譯，自動控制理論，機械工業出版社。1979
4揚潤生等編．微型計算機及應用。機械工藝出版社．1983
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