第3章电阻焊设备

材料成形设备及其自动化第三章电阻焊设备2023/2/62/155内容提纲0前言1电阻焊机主电源2电阻焊机的机械结构和装置3电阻焊机的控制及质量监控2023/2/63/155内容提纲0前言1电阻焊机主电源2电阻焊机的机械结构和装置3电阻焊机的控制及质量监控

2023/2/64/1550前言电阻焊设备是对在加压条件下，利用电流通过焊件及接触面时，其自身电阻产生的热量，对焊接区域局部加热焊接的一类设备统称。按照电阻焊工艺方法不同，主要分为点焊机、凸焊机、缝焊机及对焊机4种。点（凸）焊机缝焊机对焊机2023/2/65/1550前言电阻焊设备通常由三个主要部分组成（1）焊接主电源（2）机械装置（3）控制装置

1—加压机构2—焊接回路

3—阻焊变压器4—机身

5—功率调节机构

6—主电力开关

7—控制设备8—冷却系统

9—传动机构10—送进机构11—活动座板12—固定座板123456789点（凸）焊机缝焊机对焊机

2023/2/66/1550前言（1）焊接主电源

包括阻焊变压器、功率调节机构、主电力开关和焊接回路等；（2）机械装置包括机架、加压（夹紧）机构、送进机构（对焊机）、传动机构（缝焊机）等。

（3）控制装置能同步地控制通电和加压，控制焊接程序中各段时间及调节焊接电流，有些还兼有焊接质量监控功能。2023/2/67/1550前言电阻焊设备的主要特点是：①焊接生产率高，易实现机械化、自动化；②根据焊接用途不同，各种焊机主电源容量跨度大，从0.5kV·A～500kV·A，甚至达几千仟伏安；③焊接主电源的供电形式多样；④输出电流大(通常千安级以上)、电压低；⑤焊机机架刚性要求高，加压机构随动性要求较高；2023/2/68/155内容提纲0前言1电阻焊机主电源1.1单相工频交流焊机1.2二次整流焊机1.3三相低频焊机1.4电容储能焊机1.5逆变焊机1.6几种电阻焊机主电源焊接性能比较2电阻焊机的机械结构和装置3电阻焊机的控制及质量监控

2023/2/69/1551电阻焊机主电源根据电阻焊的基本原理及工艺要求，电阻焊机主电源一般具有以下特点：输出大电流、低电压。

电源功率大，且可调节。一般无空载运行，负载持续率低。可采取多种供电方式。电阻焊机主电源可以采用单相工频交流、三相低频、二次整流、电容储能和逆变等方式供电，由于这几种供电方法的电阻焊机主电源的工作原理、特点及用途各不相同，通常根据被焊材料的性质和厚度、被焊工件的焊接工艺要求、设备投资费用以及用户的电网情况等因素选择其中一种供电方式的焊机。1.1单相工频交流焊机1.工作原理、特点及用途

——原理

电阻焊设备中，单相工频交流焊机是应用最为广泛的一种。一般由单相交流380V电网供电，流经主电力开关及功率调节器输入到焊接变压器的一次绕组，再经过焊接变压器降压从其二次绕组输出一个与电网相同频率的交流大电流用于焊接工件。2023/2/610/155单相工频交流电阻焊机电气框图及焊机电流波形1.1单相工频交流焊机1.工作原理、特点及用途

——特点

单相工频交流电阻焊机通用性强，控制简单，调整方便，设备投资及维修费用较低。但这种电源有两个主要缺点：一是由于使用单相380V电网，且焊接通过时间短，瞬时功率大，特别是在供电电网功率不足的情况下，单相工频交流电阻焊机的使用会对电网产生很大的冲击，同时使电网品质发生恶化以至影响其它用电设备的正常工作。二是由于工频交流焊机焊接回路的电抗较大，功率因数低（通常约为0.4～0.5），能耗大。2023/2/611/1551.1单相工频交流焊机1.工作原理、特点及用途

——用途

单相工频交流电源既可用于点焊机、凸焊机及缝焊机，也可用于对焊机。单相工频交流点、缝焊机功率一般不超过300～400kV·A，凸、对焊机功率不超过1000kV·A。单相工频交流焊机一般用于焊接电阻率较大的材料，如：碳钢、不锈钢、耐热钢等，但不能要求焊机有很大的焊接回路，且焊接回路内应尽量避免伸入磁性物质，因为这些都会使焊接回路阻抗增加，焊接电流减小。对于某一工厂，在同一电力变压器下如果同时使用多台单相工频交流焊机，可以将它们错开分别接到供电电网的三相上，这样既可降低焊机对电网功率的需求量，又可使供电电网三相尽可能均衡。2023/2/612/1551.1单相工频交流焊机2.阻焊变压器——特点

（1）

阻焊变压器是电阻焊电源的核心，其工作原理与普通电力变压器基本相同，但其结构和性能指标上有其特点。阻焊变压器的性能指标通常有：额定容量（Sn）、额定焊接电流（I2n）、额定负载持续率（×%）、一次电压（U1n）、二次空载电压（U20）等。前面提及的电阻焊机主电源的几个特点也集中地反映在阻焊变压器上。2023/2/613/1551.1单相工频交流焊机2.阻焊变压器——特点

（2）

阻焊变压器的输出电流大（通常为1～100kA），输出电压低（固定式交流电阻焊机变压器的空载电压通常在12V以内，移动式焊机因焊接回路长，范围宽，空载电压可达24V左右），二次绕组匝数很少，通常只有一匝。阻焊变压器的功率一般很大，通常为几十至几百kV·A，特殊要求的可达几千kV·A。2023/2/614/1551.1单相工频交流焊机2.阻焊变压器——特点

（3）

为满足焊接工艺的上述要求，可以通过改变阻焊变压器一次绕组匝数的方法来分级调节输出空载电压和焊接功率。阻焊变压器是一种周期工作的变压器，工作周期是指焊接通电时间（负载持续时间）与断电时间（空载时间）之和，焊接通电时间与全周期时间的比值称为焊机的负载持续率。虽然阻焊变压器的负载持续率比弧焊变压器低，按现行的国标规定，通用电阻焊机主电源的额定值都是按负载持续率为50%设计的。2023/2/615/1551.1单相工频交流焊机2.阻焊变压器——结构

（1）

阻焊变压器可以采用芯型、壳型和环型等结构形式：2023/2/616/155芯型变压器

壳型变压器

环型变压器1—铁心2—一次绕组

3—二次绕组4—焊件1.1单相工频交流焊机2.阻焊变压器——结构

（2）

芯型变压器构造简单、制造方便，但漏抗大，电气性能差，目前仅用于5kV·A以下的小功率电阻焊机上。环型变压器漏抗最小，电气性能优良，但制造复杂，维修困难，目前很少使用。在电阻焊机上用得最多的是壳型变压器，这种变压器的突出优点是：电气性能良好，冷却效果好，便于维修，且这种变压器结构紧凑，比相同功率的芯型变压器体积小。尤其是环氧树脂真空浇铸的壳型变压器近年来发展很快，具有体积小、机械强度高和使用寿命长等优点，广泛用于新型电阻焊机和点焊机器人上。2023/2/617/1551.1单相工频交流焊机2.阻焊变压器——结构

（3）

壳型阻焊变压器三个主要部件为：变压器铁心、一次绕组和二次绕组。变压器铁心为双口型，用条料、П形料叠制，也可用四个卷制的c形铁心叠块组成。一次绕组采用扁铜线绕成盘形。二次绕组一般为一或两匝，以降低变压器漏抗，并采用多块边缘焊有冷却水管的铜板或铜管组件并联，铜管本身兼作冷却水管道。一次、二次绕组的布置为：每一块二次绕组的两侧各紧贴一盘一次绕组，绕组的数量根据变压器功率及结构要求设计，这种绕组布置方案既有利于一次绕组的冷却，又可减小变压器的漏抗。2023/2/618/1551.1单相工频交流焊机2.阻焊变压器——输出功率调节

（1）

根据变压器理论可列出关系式式中：K，

变压比；U1，

一次电压（V）；U20，

二次空载电压（V）；n1，

一次绕组匝数；n2，

二次绕组匝数。通常n2=1，焊接电流

（Z是焊接回路阻抗）上式表明：当电网电压U1及焊接回路阻抗Z不变时，改变阻焊变压器一次绕组的匝数，即可改变二次空载电压，从而改变焊接电流大小，达到功率调节的目的。变压器一次绕组匝数越少，其输出功率越大。2023/2/619/1551.1单相工频交流焊机2.阻焊变压器——输出功率调节

（2）

阻焊变压器输出功率的调节方法有两种：自耦变压器调压法（抽头式），缺点是绕组利用率低、安全性差，一般只能用于小功率焊机上；采用分段串、并联法（串并联式）改变一次绕组匝数，这种方法的绕组利用率高，目前广泛用于中、大功率的阻焊变压器上，根据功率大小，可分别采用4级、8级或16级。2023/2/620/155

(a)阻焊变压器输出功率调节原理图(a)抽头式

(b)串并联式(b)1.1单相工频交流焊机3.焊接回路在电阻焊机中，从变压器二次开始经过导电回路、焊件等回到变压器二次绕组所形成的环路，亦即焊接电流流经的回路称作为焊接回路。下图是点（凸）焊机焊接回路的组成和等值电路图，缝焊机、对焊机的焊接回路与点（凸）焊机类似，只是具体构件组成有所不同，其等值电路图相同。2023/2/621/1551—变压器二次绕组

2—硬连接铜排

3—软连接铜皮（或电缆）4—电极平板5—电极臂

6—电极握杆7—电极

8—焊件RT、XT——折算至变压器二次侧的等值电阻、等值感抗RL、XL——回路构件的等值电阻、等值感抗（包括各构件连接处的接触电阻）RW、XW——焊件等值电阻和等值感抗3.焊接回路——结构特征以点（凸）焊机焊接回路为例，它一般是由阻焊变压器的二次绕组、硬导体、软导体（由多层薄纯铜皮叠成或多组多芯铜电缆组成）、电极平板（凸焊机）、电极臂、电极握杆、电极及焊件等组成。从机械结构上考虑，由于焊接回路要传递焊接大电流及较大的机械力，应满足强度、刚度和发热要求，焊接回路各部分构件要有足够大的截面尺寸、良好的导电、导热性，各构件之间的接触电阻应尽可能小，并采用通水冷却方式。1.1单相工频交流焊机2023/2/622/1553.焊接回路——电气特点（1）根据点（凸）焊机焊接回路的等值电路图，焊接回路的总阻抗包括电阻和感抗两部分，可由下式表示Z——折算至焊接回路的总阻抗R——折算至焊接回路电阻，R=RT+RL+RWX——折算至焊接回路感抗，X=XT+XL+XW

焊接回路短路时，短路电阻RCC=RT+RL，短路电感XCC=XT+XL，其短路阻抗为：1.1单相工频交流焊机2023/2/623/1553.焊接回路——电气特点（2）通常，工频交流电阻焊机焊接回路的短路阻抗约为150～400μΩ，其中短路电阻RCC约为60～150μΩ，短路感抗XCC约为120～400μΩ。1.1单相工频交流焊机2023/2/624/155焊接回路短路电阻RCC除了与变压器一次或二次绕组参数及焊接回路各构件的材料、尺寸等因数有关外，还受回路各构件连接处的接触电阻大小的影响，每一连接处的接触电阻数值一般约为2～20μΩ。焊接回路的短路感抗XCC由阻焊变压器的漏抗及回路构件的感抗组成。回路感抗与焊接回路所包围的面积之间的关系如左图所示，并随磁性物质的伸入而增加。3.焊接回路——电气特点（3）电阻焊机的功率因数cosф反映了电流和电压的相位关系，对选配控制设备、调整控制角、稳定焊接电流、避免电网承受冲击载荷以及使网路负担合理、充分利用电网能量等都有关系。电阻焊机的功率因数可以用下式表示：短路时的功率因数为1.1单相工频交流焊机2023/2/625/155上式看出：电阻焊机短路时的功率因数随着焊接回路短路感抗的增加而减小。对于某一特定的焊机，cosфCC不随焊机输出功率变化而变化。单相工频交流电阻焊机的功率因数很低，通常只有0.3～0.5。在焊接负载条件下，随着被焊材料不同，材料厚度不同，即焊件有效电阻不同，cosф也不同。当焊件电阻RW减小时，cosф也减小，短路时cosф=cosфCC

为最小。3.焊接回路——电气特点（4）衡量电阻焊机焊接回路性能有两个关键的指标，即焊接回路的短路阻抗和焊机的功率因数。为了尽可能地减小能量损耗以及减小对电网品质的影响，在设计制造焊机时，可通过采取降低变压器漏抗，减小焊接回路所包围的面积、降低各构件连接处的接触电阻等措施来减小焊接回路的短路阻抗，并采取上述前两条措施来提高焊机的功率因数。1.1单相工频交流焊机2023/2/626/1551.2二次整流焊机1.工作原理（1）所谓二次整流电阻焊机，就是在阻焊变压器的二次绕组输出端接入大功率整流管，将阻焊变压器输出的交流电整流成直流用于焊接，其电气框图及焊接电流波形如下图所示。2023/2/627/155二次整流电阻焊机电气框图及焊接电流波形(a)电气框图(b)焊接电流波形（感性负载）

(a)(b)1.2二次整流焊机2023/2/628/1551.工作原理（2）二次整流电阻焊机主电路有三种基本形式：单相全波整流、三相半波整流和三相全波整流，其电气原理如下图所示。单相全波整流焊机采用二次绕组有中心抽头的单相变压器加上全波整流器（图a）。三相半波整流焊机可采用单个三柱式三相变压器，三个二次绕组与三个整流管相连后接成星形（图b）。三相全波整流焊机可以采用三只相同的单相变压器，二次绕组按单相全波整流方法与六组整流管相连，该系统相当于三个简单的单相系统组合而成（图c）；三相全波也可以采用单独的一个三相变压器，使两组二次绕组反星形联结。(a)单相全波整流

(b)三相半波整流

(c)三相全波整流

(a)(c)(b)1.2二次整流焊机2.特点（1）（1）由于二次输出为直流，且电流不过零，热效率高，获得同样焊接电流所需的二次空载电压和功率比交流焊机低得多，功率因数也大大提高，达到0.8～0.9。据统计，在保证相同焊接效果的条件下，这种焊机所需的视在功率只有交流焊机的1/3～1/5，节能效果好。（2）三相负载均衡（对于三相半波或全波二次整流焊机而言），这一特点对于供电电网十分有利，而且在相当于交流焊机1/3～1/5的线电流情况下，就能得到相同的焊接效果，对供电电网的利用率高，冲击小。2023/2/629/1551.2二次整流焊机2.特点（2）（3）由于二次整流焊机二次输出直流，故焊接回路的感抗几乎为零，焊接电流的大小仅和回路电阻成正比，不受焊机臂包围面积变化及焊接回路内伸入磁性物质等影响回路感抗的因素的影响。（4）焊接时在电极臂之间不会产生交变电磁力，故电极压力稳定。在焊钳与阻焊变压器分开的悬挂式点焊机上也不需要采用粗大的低感抗电缆，故可提高电缆的使用寿命，并减轻劳动强度。（5）直流缝焊能大大提高焊接速度，不受交流频率的限制。（6）闪光对焊时，闪光稳定，可减少闪光所需电压，从而可减少焊机功率。2023/2/630/1551.2二次整流焊机2.特点（3）此类焊机的缺点是：需采用大功率整流管，整流管价格高、体积大，且焊接变压器的利用系数低、尺寸较大，设备的一次投资费用将是交流焊机的一倍左右；同时，由于变压器二次输出的是大电流、低电压，整流器的正向压降也损耗相当一部分功率。2023/2/631/1551.2二次整流焊机3.应用二次整流电阻焊机通用性很强，可用于点焊、凸焊、缝焊和对焊各种电阻焊方法上，并可用于焊接各类金属材料，它能获得比工频交流焊机更好的焊接效果，而且能够满足一些特殊的焊接工艺要求，其主要应用为：

工频交流焊机难于焊接的导电、导热性好的有色金属点焊、缝焊。大型构件、厚板的点焊，以及多层薄板点焊。焊接耐热钢板，不易产生裂纹。较薄板材的高速连续缝焊以及大型截面焊件的对焊。焊件结构要求焊机臂伸长较长或有铁磁性物质伸入焊接回路的情况，以及用于要求焊接回路面积较大的悬挂式点焊钳上，在不需要增加焊机功率的情况下保证焊接质量。

2023/2/632/1551.3三相低频焊机1.工作原理（1）所谓三相低频焊机，即采用三相电网供电，而输出焊接电流的频率低于工频50Hz（一般为15～20Hz或更低）。此类焊机的电气原理图和焊接电流波形如下图所示。从图中可以看出：在主电路结构上，它采用一个特殊的焊接变压器，此变压器带有三个相同的一次绕组和一个二次绕组，安装在同一铁心柱上，且变压器的铁心截面较大；另一方面，变压器的一次绕组与一组可控的三相开关兼整流管连成三角形电路。

2023/2/6焊接电流波形主电路电气原理图33/1551.3三相低频焊机1.工作原理（2）

三相低频电阻焊机的工作过程是：当焊机不工作时，VT1～VT6六个晶闸管全部关断；焊接时，先轮流触发晶闸管VT1、VT3、VT5，使它们顺次导通，在一次绕组a、b、c中顺次通以正向电流，变压器二次绕组也获得相应的正向焊接电流。三相低频焊机与工频交流及二次整流焊机不同，它不一定是在每一周波中轮流触发正反向晶闸管，而是可以连续多个周波依次循环触发正向的晶闸管（其顺序为：VT1→VT2→VT3→）得到多个周波的连续正向焊接电流，电流大小随时间而渐增。2023/2/634/1551.3三相低频焊机1.工作原理（3）

随着焊接电流的增加，铁心磁通也随之增加，在铁心磁通达到饱和之前必须切断正向电流，由此可见，连续通以单方面电流的时间受到铁心截面的限制。一般不超过0.2s，如果某些焊接工艺要求较长时间通电，应对电流进行换向，即连续依次触发反向晶闸管VT2、VT4、VT6，产生反向的焊接电流。2023/2/635/1551.3三相低频焊机2.特点

（1）采用三相电网供电，使电网负荷均匀。（2）由于焊接回路通过低频电流，回路感抗减小，既可将焊机的功率因数提高至0.85以上，又可降低焊接过程中的功率损耗。（3）三相低频焊机输出缓升缓降波形的焊接电流，此种波形电流的焊接工艺性好，易于调节。此种焊机存在的缺点是：由于频率低，且单方向通电时间较长，焊接变压器铁心容易饱和，故所需的阻焊变压器的尺寸比工频交流焊机的大得多；同时由于低频焊接，焊接生产率较低。2023/2/636/1551.3三相低频焊机3.应用

三相低频电阻焊机可用于焊接碳钢、不锈钢、有色金属、耐热合金等多种材料，并且通常用于焊接质量要求较高的航空、航天结构件，也可用于大厚度钢件的点焊及缝焊以及大截面尺寸零件的闪光对焊。2023/2/637/1551.4电容储能焊机1.工作原理（1）电容储能焊的原理是利用从电网缓慢地储积于电容器中的能量，在很短的时间内，通过阻焊变压器向被焊工件放电进行焊接，其电气原理如下图所示。2023/2/6电气原理图等值放电电路图电容储能焊机的放电回路可以等值为图b所示的电容器C对等值电阻R及等值电感L的放电电路，此电路方程为：38/1551.4电容储能焊机1.工作原理（2）将代入得：2023/2/6令其特征方程为：解得：从方程的根可以看出，焊接回路电参数不同，决定了α1和α2是实数还是虚数，从而决定电容储能的焊接电流有以下两种类型：39/1551.4电容储能焊机1.工作原理（3）当，即时，α1和α2为两个共轭复数根，此时焊接电流波形是衰减振荡型的（如图a中曲线1所示），此种电流波形的特点是通电时间较短，电流峰值较大；当，即时，α1和α2是两个不等的实根，相应的焊接电流波形是非振荡性的（如图b中曲线2所示），此种电流波形的特点是通电时间较长，电流峰值较小。

2023/2/6焊接电流波形电流波形调节1—衰减振荡波形2—非振荡波形(a)(b)40/1551.4电容储能焊机1.工作原理（4）通过对电容储能焊机放电电路分析可知：当焊机焊接回路一定时，影响放电电流波形的主要参数是充电电压U0

、储能电容容量C及焊接变压器的电压比K，其影响如图b、c及d所示。2023/2/6(b)(c)(d)1—衰减振荡波形2—非振荡波形41/1551.4电容储能焊机1.工作原理（5）因此，可以利用这些变化规律来调节电容储能焊机的焊接参数。提高充电电压，从而提高焊接电流峰值，并使焊接总能量增加。减小变压比，能使焊接电流峰值提高，但通电时间相应缩短，焊接总能量基本不变。增加电容容量，焊接通电时间显著增加，焊接电流峰值有少量增加，焊接总能量增加。2023/2/642/1551.4电容储能焊机2.特点（1）要求电网容量小，焊接同样的材料和结构，所需的电网容量仅为交流点焊机的1/10左右，对电网的冲击也小，能有效地利用电力，达到省电的目的。（2）电容储能焊是大电流，短时间焊接，加热集中，接头外型好、变形小。（3）采用现代电子技术，半导体充放电回路，很容易做到电容器每次焊接供给电能的一致性，并不受网压波动的影响，因而焊接热量极为稳定，接头强度波动小，重复性极好。缺点：电流波形难于调节；电容器体积大、价格贵，且有一定的使用寿命，焊机成本及维修费用相对较高。2023/2/643/1551.4电容储能焊机3.应用由于储能电阻焊质量稳定，可用于对焊接热能要求严格的场合，例如精密仪器仪表零件、电真空器件、金属细丝以及异种金属工件的焊接；利用其加热集中的特点，可用于导电、导热性好的铝、铜板焊接，以及大凸缘工件一次凸焊。大容量储能电阻焊机，在某些场合可替代价格更昂贵的低频焊机。2023/2/644/1551.5逆变焊机逆变式电阻焊机是在20世纪80年代开始发展起来的一种新型产品。在日本、美国、欧洲现已有较多的应用。而在国内尚处于研制完善阶段。2023/2/645/1551.5逆变焊机1.工作原理逆变式电阻焊机的基本原理是：从电网输入的三相交流电经桥式整流和滤波后得到较平稳的直流电，经逆变器逆变产生中频交流电（f=600～2000Hz），再向阻焊变压器馈电，阻焊变压器二次输出的低电压交流电经单相全波整流后产生脉动很小的直流电用于焊接。逆变式电阻焊机通常是用脉宽调制（PWM）方法调节焊接直流的，逆变式焊机的电气框图及原理图如下图所示。2023/2/646/1551.5逆变焊机2.特点（1）（1）三相负载平衡，功率因数高，节能效果明显。（2）响应速度快，控制精度高。由于采用较高的逆变频率(600~2000Hz)，时间调节和反馈控制周期在1ms(1000Hz)以内，大大提高了焊接电流控制精度。（3）焊接变压器体积小，重量轻。由于采用中频的工作频率，在相同的功率输出时焊接变压器体积和重量明显减小，据报道，采用逆变式的一体式焊钳其重量可减轻50%。（4）工艺优势明显。焊接电流为脉动直流（且波纹度小），无交流过零不加热工件的缺点，热量集中能焊接各种材料。同时，电极寿命获得延长。2023/2/647/1551.5逆变焊机2.特点（2）逆变式电阻焊机目前存在的主要问题是：由于大功率开关元件和大功率整流管的制造技术及价格因素，此类焊机的输出功率受到一定的限制，销售价格也较高。2023/2/648/1551.5逆变焊机3.应用逆变式电阻焊机的阻焊变压器重量显著减小，特别适用于内装变压器式点焊钳，此种点焊钳用于点焊机器人系统中有更大的优越性，美、日等国汽车行业逐步建立了以逆变点焊机器人2023/2/649/1551.6几种电阻焊机主电源焊接性能比较因为焊接电流是电阻焊中最主要的参数，焊接接头的形成很大程度上取决于焊接电流波形。下图是几种常用的电阻焊机主电源的输出电流波形比较。2023/2/61—工频交流2—电容储能3—三相低频4—次级整流5－逆变50/1551.6几种电阻焊机主电源焊接性能比较对于某些导电、导热性极好的工件材料，需要快速加热，最大限度地减少散热，有效地加热焊点，电容储能焊电源的电流波形最适合于焊接此类材料，但由于加热快，存在焊接飞溅较严重的缺点；工频交流焊接电源输出电流峰值有限，电流波动大，对工件加热较慢，仅适用于焊接厚度不大的钢板；二次整流焊接电源输出电流波动小，焊接热效率较高，可以焊接有色金属、耐热合金等材料；逆变焊机能精确地控制焊接电流及电流上升速度，更适合于焊接要求很高的精密点焊，或容易产生焊接飞溅的高强度钢板。2023/2/651/1551.6几种电阻焊机主电源焊接性能比较典型的电阻焊主电源焊接性能比较2023/2/6主电源类型焊接高导电导热材料焊接高强钢板或厚板焊接生产率热效率焊接变形焊接能量稳定性单向工频交流▲●●▲▲▲二次整流★★★★●★三相低频★★▲●●★电容储能★▲▲★★★逆变★★★★★★注：★——极好，●——好，▲——差52/1552023/2/6内容提纲0前言1电阻焊机主电源2电阻焊机的机械结构和装置

2.1点焊机和凸焊机2.2缝焊机2.3对焊机3电阻焊机的控制及质量监控

53/1552.1点焊机和凸焊机1.机械结构

按照焊机的机械结构，可以将点（凸）焊机分为：通用固定式焊机移动式焊机多点焊机2023/2/654/1552.1点焊机和凸焊机1.机械结构——通用固定式焊机下图是3种通用固定式点焊机和凸焊机。圆弧运动式点焊机垂直运动式点焊机垂直运动式凸焊机2023/2/655/1552.1点焊机和凸焊机1.机械结构——通用固定式焊机圆弧运动式点焊机是最简单的固定式焊机，俗称摇臂式点焊机。这种点焊机是利用杠杆原理，通过上电极臂施加电极压力。上、下电极臂为伸长的圆柱形构件，既传递电极压力，也传递焊接电流。加压方式有：①气动；②脚踏；③电动机-凸轮3种。

其优点是：结构简单，生产及维修成本较低；适用于多用途的电极变化，即电极臂间距、臂伸长及下电极臂的方位均可按工件形状及焊点位置作灵活调整；合理的杠杆加压和配力结构运作灵活，但缺点是焊接电流和电极压力会随臂伸度的变化而变化；同时，由于上电极的运动轨迹是圆弧形的，不适宜作凸焊。2023/2/656/1552.1点焊机和凸焊机1.机械结构——通用固定式焊机垂直运动式焊机，亦称直压式焊机，适用于要求较高点焊及凸焊。这类焊机的上电极在有导向构件的控制下作直线运动。电极压力由气缸或液压缸直接作用。加压方式有：①气动；②液压；③伺服电机。这类焊机的特点是：采用直压式加压机构，焊接速度快；可分别通过调压阀和节流阀无级调节电极压力和加压速度；直压式加压，焊接压力稳定，有利于保证焊点表面及内在质量，尤其是凸焊，对焊接压力稳定性、均匀性和随动性要求高，必须采用垂直加压式。2023/2/657/1552.1点焊机和凸焊机1.机械结构——移动式焊机下图是3种典型的移动式点焊机。移动式焊机分为两类：①悬挂式焊机；②便携式焊机。悬挂式（变压器与焊钳分离型）

悬挂式（一体型）

便携式2023/2/658/1552.1点焊机和凸焊机左图是阻焊变压器与焊钳型分离的悬挂式焊机，要通过水冷电缆传递焊接电流。由于阻焊变压器与焊钳之间的电缆增加了焊接回路的阻抗，所以这种悬挂式焊机阻焊变压右图是阻焊变压器与焊钳一体的悬挂式焊机，故与固定式焊机性能相似。器的二次空载电压较固定式焊机高2~4倍。1.机械结构——移动式焊机2023/2/659/1552.1点焊机和凸焊机1.机械结构——移动式焊机下图是便携式焊机，主要用于维修工作，为达到简便、轻巧的使用目的，阻焊变压器采用空气自然冷却形式，这样额定功率很小（2.5kVA），负载持续率非常低（仅能每分钟使用1次），但瞬时焊接电流仍可达7000~10000A。2023/2/660/1552.1点焊机和凸焊机1.机械结构——移动式焊机移动式焊机重量较轻、移动灵活、操作方便，可实现全位置、全方位焊接，悬挂式点焊机是汽车白车身焊装线上用的最广泛的焊接设备。在全自动生产线上，通常是将移动式焊机的焊钳安装在机械手上，通过计算机控制，使机械手按指令进行点焊操作，并可将多台机械手安装在生产线上同时对工件不同部位施焊，从而显著提高生产效率。2023/2/661/1552.1点焊机和凸焊机1.机械结构——多点焊机多点焊机是大批量生产中的专用设备，例如汽车生产线上针对具体冲压焊接件而专门设计制造多点焊机。多点焊机一般采用多个阻焊变压器及多把焊枪根据工件形状分布。电极压力通过安装在焊枪上的气缸或液压缸直接作用在电极上，为了达到较小的焊点间距，焊枪外形和尺寸受到限制，有时需要采用液压缸才能满足要求。2023/2/662/1552.1点焊机和凸焊机1.机械结构——多点焊机20世纪70年代的多点焊机大多采用单面双点焊方式，有些大型的可焊数百点，但为了适应加速更新车型的需要，20世纪80年代起已逐步发展成每个工位只完成10~30余点的多点焊机。同时为了保证焊点质量和控制或检测焊接电流，已从单面双点改用双面单点方式，有时也采用推挽式双面双点，还出现了机头固定，工作台将工件移动到所需焊接部位的柔性多点焊机。2023/2/663/1552.1点焊机和凸焊机2.机械装置点焊机及凸焊机的机械装置中的关键部分为加压机构，它直接影响到焊接质量，装置应满足下列要求：刚度好，在工作中不易产生挠曲变形，不失稳，保证上下电极不发生错位。加压、消压动作灵活、迅速、无冲击，电极压力随动性好，特别对于凸焊机，其电极压力随动性要求更高。能提供适合焊接工艺要求的各种电极压力变化曲线（例如：恒定压力、阶梯形压力及马鞍形压力等）。焊接过程中电极压力要稳定。

2023/2/664/1552.1点焊机和凸焊机2.机械装置点焊机及凸焊机的加压机构主要由动力部分和导向部分组成,前者产生压力，后者的作用是保证电极和导电部分在加压和焊接过程中按照一定的方向移动。按照加压机构的动力来源不同，一般有脚踏式加压机构，电动凸轮传动加压机构、气压传动加压机构、液压传动加压机构和气-液压复合传动加压机构等，最新开发的是用伺服电机驱动的加压机构。2023/2/665/1552.1点焊机和凸焊机2.机械装置——脚踏和电动凸轮传动加压机构

脚踏和电动凸轮传动的加压机构分别是利用脚踏带动的杠杆或电动机驱动的凸轮将弹簧压缩，弹簧的压紧力通过杠杆扩力后成为电极力。这两种加压机构只能用于圆弧运动式点焊机上，结构简单、操作方便，但由于电极力会随电极磨损及弹簧性能变化而变化，很难保证恒定的焊接质量。所以这两种加压机构一般用于小批量手工操作或压缩空气不易得到的场合。2023/2/666/1552.1点焊机和凸焊机2.机械装置——气压传动加压机构

目前在点焊机和凸焊机中，应用最多是气压传动加压机构，这种加压机构通常是自动控制的，加压和消压动作迅速、灵活，而且电极压力可以根据要求随时调节，可以用于垂直运动式点（凸）焊机、圆弧运动式点焊机或悬挂式点焊机上。气压传动加压机构可以是恒压力的，也可以是变压力的，通用的点（凸）焊机一般采用恒压力系统，对于某些有特殊工艺要求的点（凸）焊机可以采用变压力系统，以实现阶梯形或马鞍形压力曲线。2023/2/667/1552.1点焊机和凸焊机2.机械装置——气压传动加压机构

点（凸）焊机上采用的气压传动系统通常有以下三种：2023/2/6气缸行程固定的恒压力气压传动系统对于一些无特殊要求、且气缸行程不需要经常改变的点（凸）焊机，只需采用恒压力加压。气缸行程可调的恒压力气压传动系统为了适应不同的焊件结构形状要求，一般通用的点（凸）焊机的加压常采用行程可调，且具有辅助行程的三气室气缸。气缸中上下两个活塞将气缸分成上、中、下三个气室，使气缸活塞具有辅助行程和工作行程两个行程。采用双电磁气阀的气压传动系统带有双电磁气阀的气压传动系统其工作行程的调节及辅助行程的使用与气缸行程可调的恒压力气压传动系统相同，利用其气压和电气控制的配合，此系统可以实现：提高电极复位速度、变压力气压传动两种不同的加压功能。68/1552.1点焊机和凸焊机2.机械装置——气压传动加压机构

通常情况下，300kV·A以下的点（凸）焊机都是采用气压传动加压机构的，气压传动加压机构具有随动性好，成本低等优点。当焊机要求很大的电极压力，或者加压气缸的尺寸不得不缩小时，可用液压传动或气液压传动，但气液压或液压传动加压机构的成本高，维修复杂。2023/2/669/1552.1点焊机和凸焊机2.机械装置——用伺服电机驱动的加压机构最新开发的是用伺服电机驱动的加压机构，即电极位移、速度及压力由伺服电机控制。其压紧力可实现无级调节，具有电极压力提升速度快，且保持恒定；加压过程无冲击，工件变形小；实现精确控制，改善焊接稳定性，减少焊接飞溅，焊接质量高；焊接时可减少碰撞变形和噪音。目前国外机器人用焊钳已逐步采用伺服焊钳。2023/2/670/1552.2缝焊机1.机械结构

按照焊机的机械结构，可以分为纵向缝焊机、横向缝焊机、万能缝焊机（可焊纵、横两种焊缝）3种常用的缝焊机。横向缝焊机纵向缝焊机2023/2/671/1552.2缝焊机1.机械结构

横向缝焊机是指在焊接操作时形成的焊缝与焊机的电极臂相垂直的一种焊机，它可用于焊接水平工件的长焊缝以及圆周环形焊缝。纵向缝焊机是指在焊接操作时形成的焊缝与焊机的电极臂相平行的一种焊机，它可用于焊接水平工件的短焊缝以及圆筒形容器的纵向直缝。通用缝焊机是一种纵横两用缝焊机，上电极可作90℃旋转，而下电极臂和下电极有两套，一套用于横向，另一套用于纵向，可根据需要进行互换。2023/2/672/1552.2缝焊机2.机械装置

缝焊机的机械装置除了必须具有与点（凸）焊机相似的加压机构外，还有两个关键的部分：即使焊轮转动的传动机构，以及集传动、加压和导电三项功能为一体的缝焊机机头。前者与点（凸）焊机的基本相似或更为简单，因为缝焊机一般不需要施加预压和锻压力，而且不需要给焊轮两种行程，只要有一种大的工作行程可以放入和取出工件就足够了。所以，对缝焊机的加压机构这里不再作重复介绍，以下主要介绍缝焊机的传动机构和机头。2023/2/673/1552.2缝焊机2.机械装置

——传动结构缝焊机传动机构的主要功能是：保证焊件在焊接过程中按点距所要求的速度可靠、平稳地移动，且可在一定范围内调节此速度。缝焊机的传动机构按焊机的用途及焊接工艺要求不同，可以有连续传动和步进传动两种形式；按带动焊轮转动的部件不同，可以有齿轮传动或修正轮传动；按焊机类型及被焊工件的形状要求不同，可以上焊轮主动，下焊轮主动，或上、下两焊轮均为主动，横向缝焊机通常是以下电极为主动的，而纵向缝焊机通常是以上电极为主动，通用缝焊机都是以上电极为主动的。2023/2/674/1552.2缝焊机2.机械装置

——传动结构（连续传动）连续传动机构一般用于连续缝焊和断续缝焊的缝焊机上。由于焊轮的转速很低，一般不超过每分钟数十转，可传动用的电动机转速高，这就要求使用变速比相当大的减速、变速机构。通常调节转速和减速可以采用交流变频电动机、直流调速电动机、带式带轮的减速器、一齿差减速器等，另再配齿轮减速器等，最后可以是万向轴直接带动焊轮，也可以是万向轴通过修正轮带动焊轮。2023/2/675/1552.2缝焊机2.机械装置

——传动结构（连续传动）2023/2/6典型的带轮调速、减速传动机构1—电动机2—调节手轮3—斜面啮合花盘4—弹簧5—带轮6—蜗轮7—蜗轮8—直齿轮对9—万向轴10—齿轮对11—焊轮焊接汽车油箱的专用缝焊机双轮传动机构1—电动机2—减速器3—可变换齿轮组4—锥齿轮5—万向轴6—修正轮7—焊轮76/1552.2缝焊机2.机械装置

——传动结构（步进传动）步进传动机构通常用于步进式缝焊机上。常用的步进传动机构有：马氏轮传动、棘轮传动等。其动力来源可以是电动机或气动，电动机输出扭矩较小，气动传动虽可获得较大的扭矩。但由于经常放气嘈声严重，马氏轮传动和棘轮传动都不太平稳，故现代步进式缝焊机上也采用磁力离合器式步进传动机构。2023/2/677/1552.2缝焊机2.机械装置

——传动结构（步进传动）具有磁力离合器式步进传动机构的传动系统图2023/2/61—直流电动机2—磁力离合器3—锥齿轮对4—蜗轮蜗杆减速器5—可变换齿轮组6—万向轴7—下焊轮78/1552.3对焊机1.机械结构对焊机一般有电阻对焊机和闪光对焊机两大类，其机械结构基本相同，但它与点焊机和缝焊机的机械结构有很大的区别，即包括机身、夹紧机构、送进机构等关键部分，下图是一例通用型对焊机。2023/2/679/1552.3对焊机1.机械结构按夹紧机构，可以分为杠杆夹紧、螺旋夹紧、偏心夹紧、气压夹紧、气液压夹紧和液压夹紧等对焊机。按送进机构，可分为杠杆传动、弹簧传动、电动凸轮传动、气压传动、气液压传动和液压传动等。按焊接过程自动化程序，可分为非自动（手动传动）焊机、半自动（非自动预热、自动烧化和顶锻）焊机以及自动焊机按用途可分为通用和专用焊机按安装方法可分为固定式和移动式焊机。2023/2/680/1552.3对焊机2.机械装置

——夹紧机构对焊机的夹紧机构完成以下功能：放置焊件，并保证焊件准确定位。夹紧焊件，并在顶锻时阻止焊件打滑。从电源向焊件溃送焊接电流。对焊机的夹紧机构包括静夹具和动夹具两部分，前者是固定的，直接安装在固定台板上，与焊接变压器二次绕组的一端相连，并与机身在电气绝缘；后者是可移动的，安装在活动台板上，它与焊接变压器的另一端相连。2023/2/681/1552.3对焊机2.机械装置

——夹紧机构根据被焊工件的长度及不同的夹紧要求，对焊机的夹紧机构可采用有顶座和无顶座两种形式（如下图所示）。2023/2/6前者的特点是顶锻力主要通过顶座传递给焊件，因此在夹紧力较小的情况下就能承受较大的顶锻力，而后者常用于焊接长的焊件（平板、钢轨、钢管等），其顶锻力须通过钳口与焊件之间产生的摩擦力传递，故需要使用较大的夹紧力。有顶座形式无顶座形式82/1552.3对焊机2.机械装置

——夹紧机构按夹紧机构的加力方向不同，可以分为垂直夹紧或水平夹紧，有时根据特殊需要也可采用其它夹紧方向。绝大部分通用对焊机都采用垂直夹紧机构，少数大型焊件或很长的焊件，则用水平夹紧机构，以便采用吊装形式装卸工件。为了产生夹紧力，有多种不同结构的夹紧机构，以适合各种焊件形状和尺寸以及焊机功率等的要求。在中小功率的对焊机中，常采用手动的夹紧机构和气压夹紧机构；在大功率对焊机上，则须采用气-液压夹紧或液压夹紧机构。手动夹紧机构包括螺旋夹紧和偏心轮夹紧；气压夹紧机构具有加压迅速、压力恒力、生产率高、易实现自动控制等优点，夹紧力一般可达到20～100kN；如果要求更大的夹紧力，则需采用气-液压夹紧式或液压夹紧机构，其夹紧力可达到200～2500kN。2023/2/683/1552.3对焊机2.机械装置

——送进机构

这是对焊机中起决定性作用的关键部分。它的性能直接影响到焊件的焊接质量。送进机构主要完成以下功能：在电阻对焊时，使焊件端面压紧，并在通电加热和顶锻时使焊件产生一定的变形。在闪光对焊时，先使焊件按一定的烧化曲线平稳送进，并在顶锻时提供必要的顶锻力和顶锻速度，使焊机快速压紧和塑性变形。在有预热的对焊过程中，能使动夹具中的焊机作多次往复直线移动。根据焊机的功率大小、使用要求和自动化程度不同，送进机构可以采用多种不同的形式，通常有弹簧加压式、杠杆加压式、凸轮加压式、气体加压式、气-液加压式和液体加压式等。2023/2/684/1552.3对焊机2.机械装置

——送进机构（弹簧加压式和杠杆加压式）弹簧加压式和杠杆加压式送进机构的结构最简单但由于它们的顶锻力分别是由弹簧力和手工加力产生的，存在着送进或顶锻速度、顶锻力不稳定、顶锻速度低等缺点，只能用于要求不高的中小功率对焊机上。2023/2/685/1552.3对焊机2.机械装置

——送进机构（凸轮加压式）

凸轮加压式送进机构目前在中等功率用机械操作（自动）或手工操作（半自动）的对焊机上应用较为广泛。凸轮旋转一周完成一次对焊焊接循环，凸轮的外形及转速决定了闪光和顶锻时的位移曲线。凸轮加压式送进机构具有结构简单、闪光稳定，便于自动控制等优点，其缺点式顶锻速度受到限制为20～25mm/s,凸轮的制造要求高，闪光位移曲线变化困难等。利用凸轮加压式送进机构的优点，焊机可采用凸轮和气压、液压联用的复合送进机构，闪光时靠凸轮传动，而在顶锻时采用气压、液压或气-液传动，以增加顶锻力和顶锻速度，这种复合送进机构的顶锻参数可以独立调节而与闪光曲线无关。2023/2/686/1552.3对焊机2.机械装置

——送进机构（气压加压或气-液加压式）目前对焊机上使用最多的是气压加压或气-液加压式送进机构，这种装置一般是气压传动，带液压阻尼以调节闪光速度。功率较大的对焊机上通常还增加气液式增压顶锻装置，以保证有相当高的顶锻速度和足够大的顶锻力。这种气-液加压式送进机构的优点是烧化速度均匀可调，闪光稳定，顶锻速度高，顶锻力大；缺点是结构比较复杂。此种送进机构常用于较大功率的闪光对焊机上，例如UN7-400型汽车轮圈焊机，UN17-150-1型对焊机。2023/2/687/1552.3对焊机2.机械装置

——送进机构（液压加压式）对于一些特大功率的闪光对焊机，如钢轨对焊机，大功率锚链对焊机，需采用液压加压式送进机构，这种送进机构可以给大截面的焊件施加大的顶锻力，一般采用伺服系统来控制闪光和顶锻时动夹具的运动。2023/2/688/1552023/2/6内容提纲0前言1电阻焊机主电源2电阻焊机的机械结构和装置3电阻焊机的控制及质量监控

3.1控制装置3.2质量监控89/1553.1控制装置电阻焊机控制装置的主要功能是：提供信号控制焊机按设定的焊接程序工作；可靠地接通和切断焊接电流；均匀地调节焊接电流的大小；故障检测和处理；先进的控制装置还能实现焊接质量监控。最简单的电阻焊机控制装置仅由行程开关和电磁接触器组成。80年代以前大部分电阻焊机均采用晶体管式和集成电路式控制装置，从80年代起微处理器式控制装置在电阻焊机中的应用越来越普遍。2023/2/690/1553.1控制装置与晶体管式和集成电路式控制装置，微处理器式控制装置具有控制精度高，响应速度快，便于焊接质量监控，焊接程序及焊接参数可灵活改变、容易与焊接自动生产线联网等优点。同时，微处理器式控制装置通常还有其他功能，如能储存多个焊接程序，能任意编排焊接程序的次序，可储存多组参数并选择，可设置焊接电流上下限，功率因数上下限，能随焊点逐步递增焊接电流，能监视焊接参数的范围，当超出设定的极限时，发出报警或故障信息，能自诊断控制器发生的各种故障等，为了适用于机器人，专用焊机在焊接生产线上与其他自动装置协调工作，可将电阻焊控制装置与可编逻辑程序控制器进行集成。

2023/2/691/1553.1控制装置控制装置一般包括：主电力开关、程序转换定时器、热量控制器。下图是集成电路式控制装置的通用控制原理框图2023/2/692/1553.1控制装置1.主电力开关电阻焊机的主电力开关一般与阻焊变压器一次绕组相串接，用以控制焊接电流的通断。具有两个显著的特点：控制的电流数值大通断频繁主电力开关工作的精确性和可靠性将直接影响焊接接头的质量，因此，选择何种类型的主电力开关以及保证主电力开关的质量是非常重要的。2023/2/693/1553.1控制装置1.主电力开关——主电力开关的类型

根据其工作原理不同，电阻焊机主电力开关可以为非同步开关和同步开关两大类。①非同步开关此种开关的通断在电网电压的任一相位点进行，每次电流通断的相位不同，所经历的电路过渡过程也不同，因此焊接参数不稳定，难以保证稳定的焊接质量。非同步开关通常为机械式或电磁式，它们均为有触点开关，在电流通断瞬间，触点处易形成电弧，造成附加通电时间，影响焊接参数的稳定性，且长期使用会使触点烧损、接触不良。因此，这种开关目前仅用在焊接质量要求不高的少量场合。2023/2/694/1553.1控制装置1.主电力开关——主电力开关的类型

②同步开关这种开关可以控制在电网电压每半周固定相位下接通，而在电流过零时断开，其开关元件通常为晶闸管，属于无触点开关。同步开关具有焊接参数稳定，焊接电流通断迅速，且通断时无电弧出现，可均匀调节焊接电流，开关使用寿命长等优点，所以目前广泛用于各种容量的电阻焊机上。2023/2/695/1553.1控制装置1.主电力开关——晶闸管同步开关电路分析

晶闸管同步开关电路如下图所示，它主要用于控制单相工频交流、二次整流及三相低频电阻焊主电源的通断，它是由两个反向并联的大容量晶闸管VT1、VT2组成一个交流主电力开关，并与焊接变压器串联，从而实现焊接电流的同步通断控制。在单相焊机上仅用一对，三相焊机上则需用三对。2023/2/6主电力开关电路等值电路96/1553.1控制装置1.主电力开关——晶闸管同步开关电路分析

此晶闸管开关电路为一RL感性负载电路，其等值电路如下图所示。由于焊接回路具有相当大的电感，当电阻焊电源接入电网时，变压器一次绕组及焊接回路内的电流不能立刻由零达到稳定值，需有一个过渡过程，过渡过程的电流可以通过分析、求解主电力开关的等值电路微分方程得出：当晶闸管控制角为α时，可列出电路的微分方程为其中Um为一次电压峰值。另设边界条件：2023/2/697/1553.1控制装置1.主电力开关——晶闸管同步开关电路分析

根据以上二式可解得过渡电流：式中Z——回路等效阻抗过渡电流的合成波形如下图所示。2023/2/6分析上式过渡电流表示可知：对于某一特定焊机，回路等值阻抗Z、负载功率因数角φ是基本不变的，过渡电流除了随时间而变化外，还与晶闸管的控制角α有关。98/1553.1控制装置1.主电力开关——晶闸管同步开关电路分析

2023/2/6就不能导通，形成单管工作，这种情况下直流分量会使阻焊变压器铁心严重磁化，一次回路电流大大增加，使网路及晶闸管都有过载的危险。①α<φ在这种情况下，晶闸管导通瞬间的稳态电流i1为负值，自由电流i2为正值，合成的过渡电流i的最大值大于稳态电流i1的最大值，使晶闸管的导通角θ>180°(见下图)。当触发第二个晶闸管的脉冲到来时，第一个晶闸管还未关断，此时第二个晶闸管阴-阳极间处于反向电压作用下不能及时导通。若触发脉冲较宽或是一脉冲列，则会使第二个晶闸管延迟导通，且导通时间减少，造成电路正、负半周电流极不对称，产生较大的直流分量；若触发脉冲是较窄的单脉冲，当第一个晶闸管关断，第二个晶闸管加上正向电压时，已失去触发脉冲，第二个晶闸管99/1553.1控制装置1.主电力开关——晶闸管同步开关电路分析

②α=φ

根据式(16.5），当α=φ时，自由电流i2=0，过渡电流i=i1，电路接通时不存在过渡过程，可立刻建立起稳定的工作状态，晶闸管的导通角θ=180°，形成按正弦规律连续变化的电流波形°(见下图)。2023/2/6100/1553.1控制装置1.主电力开关——晶闸管同步开关电路分析

2023/2/6综上所述，电阻焊焊接电流通断存在一定的过渡过程，为了避免不良的瞬态过程发生，晶闸管开关电路必须合理地选择α的调节范围，保证在α>φ的条件下工作。101/155③α>φ

在这种情况下，晶闸管导通瞬间稳态电流i1已为一定的正值，自由电流i2与i1大小相等、方向相反，合成的过渡电流i的幅值低于稳态电流i1的幅值，θ<180°(见下图)。在触发第二个晶闸管的脉冲到来时，第一个晶闸管已可靠关断，使第二个晶闸管能在与第一半周相同的触发角下导通，且导通角相同。所以，在α>φ时，尽管每半周都存在过渡过程，但由于正、负半周电流波形基本对称，阻焊变压器不会发生直流磁化。此外，在此范围内，随着α的增大，每半周内的电流幅值和导通时间都减小，在实际使用中，通常根据此原理来调节焊接热量。3.1控制装置2.程序转换定时器程序转换定时器用于控制一个完整的电阻焊程序中每段程序的延时，也可用它来控制焊机的其他部分动作，如传动或分度转动。点（凸）焊、缝焊的4个基本程序为：①加压时间；②焊接时间；③维持时间；④休止时间。加压时间为电极开始移向工件进行加压到第一次通焊接电流的时间间隔；焊接时间是单脉冲焊时的焊接电流持续时间；维持时间是当焊接电流切断后电极在工件上保持压力的时间，休止时间是连续重复焊时电极从工件上缩回至下一次加压的时间，在休止时间工件移到下一个焊接位置。2023/2/6102/1553.1控制装置2.程序转换定时器

多脉冲焊接程序器能提供多次焊接电流脉冲，如用于增加预热和后热。每个通电脉冲时间为加热时间，两个电流脉冲之间的时间为冷却时间，加热时间和冷却时间合起来是一个焊接时间间隔，也有在加热和冷却时间分别通焊接大电流和低电流的情况。2023/2/6103/1553.1控制装置2.程序转换定时器

最早的定时线路一般由电阻电容组成，利用RC时间常数来达到定时目的。80年代后的控制装置大多改用计数器以保证延时周数与设定周数完全一致。对于较长时间而又无精度要求的延时，如对焊机的热处理时间，则可采用气动或电动延时器，延时范围从几秒钟到几分钟。2023/2/6104/1553.1控制装置2.程序转换定时器

目前广泛使用的微处理器控制装置则有固定式程序和可以根据实际需要任意编排程序两类。前者与传统的控制装置相同，程序的次序不能改变，对不需用的程序可将延时设置为0。后者则可将在微处理器中的程序进行自由编排，也可以重复选用。2023/2/6105/1553.1控制装置3.热量控制器

热量控制器的作用是细调焊接电流大小，其基本原理是：该控制器发出与网压同步并可按设定值移相的触发脉冲触发主电力开关，通过对其触发角的无级调节实现焊接电流大小的调节，从而实现输出热量控制。触发角的精确控制对焊接热量控制精度及焊接变压器正、反向通电电流的平衡均起到关键的作用。晶体管式和集成电路式控制装置中的热量控制一般由100Hz同步电路、移相电路、网压补偿电路和触发电路几部分组成；而微处理器式控制装置的热量控制一般是以单片机为核心，外加接口电路、网压同步信号和焊接电流检测电路、信号放大电路、触发电路等，移相控制则利用微处理器中延时软硬件配合实现。目前，很多电阻焊热量控制器兼有热量自动控制功能，它包括自动电网电压补偿、自动电流补偿、电流上坡、电流下坡、预热及后热、点焊电流递增器等。2023/2/6106/1553.1控制装置3.热量控制器——自动电网电压补偿（AVC模式）自动电网电压补偿（AVC模式）也称作恒电压控制。能在通电的每个周波里对电网电压及功率因数进行采样，并与设定值对比得出下一个周波晶闸管的触发角度。电网电压补偿范围一般可达到±15%。新的微机控制器还能设定电网电压额定值以达到更合理的补偿范围，如供电电压经常偏低处于360V左右，就可将额定电压设定为360V。这样电网电压补偿就以360V为基准而不是380V。2023/2/6107/1553.1控制装置3.热量控制器——自动电流补偿（ACC模式）自动电流补偿（ACC模式）也称作恒电流控制，用取自焊接变压器一次或二次电流的信号与设定值比较，自动改变触发移相角以达到维持焊接电流恒定的目的。这种方式可以补偿电网电压变化以及焊接回路阻抗的变化。但设定焊接电流时，需要注意焊接变压器调节级数是否恰当，否则控制器将会在补偿时超出极限，无法输出所设定的电流值，目前多数用户都选用这一补偿模式。2023/2/6108/1553.1控制装置3.热量控制器——上坡与下坡控制

上坡控制是使热量从第一个周波的较低值在若干个周波内上升到设定值。下坡则相反。上坡控制能防止或减少工件间发生的飞溅，适合于焊接有镀层钢板和有色金属（特别是铝合金）。下坡控制则能降低焊接区域的冷却速度，减少有淬火倾向的材料出现焊接区脆化或焊接裂纹。2023/2/6109/1553.1控制装置3.热量控制器——预热和后热

预热为在低于规定焊接电流条件下先通几周电流，经几个周波冷却后再接通焊接电流。预热能使电极更好地压紧焊件。后热为在焊接电流切断后，经几个周波的冷却时间再通几个周波低于焊接热量的回火电流，对工件进行回火。2023/2/6110/1553.1控制装置3.热量控制器——电流递增器

在大批量生产线上，点焊机电极端面经一定次数点焊后会发生变形，导致尺寸增大。同时由于沾上工件上的镀层或油污造成焊点强度下降。电流递增器就是在焊接一定点数后，分级按不同斜率增加热量，保持电流密度恒定以保证焊点强度。当焊接到最后一级的最后一点时，控制器发出信号，要求更换电极。这里控制器还需要考虑新电极和修磨后电极对电流递增器起始点和斜率的不同要求。另有一种智能型电流递增器，能使焊接电流自动递增或递减，保持在即将发生飞溅的边缘以保证焊点的强度。其机理为监视焊接电流每个相邻周波的功率因数变化，当变化大于某一限值时即判定为有飞溅。2023/2/6111/1553.1控制装置4.微处理器式控制装置

微处理器式控制装置是目前电阻焊控制装置中使用比例最高的一类。此类控制装置一般都是以单片机为核心（使用的单片机有31、51或96等不同系列），外加接口、信号检测和放大电路，并配以输入、输出器件，在根据控制要求编排的软件的配合下实现电阻焊机控制。2023/2/6112/1553.1控制装置4.微处理器式控制装置——主要功能

微处理器式控制装置不但有通用的控制功能，还能完成其它控制装置难以实现的功能，此类控制系统常有的功能如下：可预先存储多套可供选择的焊接参数。一般具有网压补偿和恒流控制两种可供选择的控制电流模式。具有电流递增功能，可对因电极磨损而引起的焊点电流密度下降进行补偿，且可根据要求设计电流递增曲线。具有故障自诊断、故障显示和报警功能，可诊断的故障有晶闸管短路、不导通、单管导通或过热、电压或电流超过补偿范围、电流递增达到极限、软件错误等。自动功率因数自适应，以适应各种电阻焊机或各种不同形式焊件的焊接。带有群控接口或与机器人本体控制器的通信接口，便于建立群控功能以防止多台焊机同时通电而超出电网负荷或控制电阻焊机器人工作。能动态显示电网电压、焊接电流、功率因数等参数，以利于操作者及时了解焊接情况。2023/2/6113/1553.1控制装置4.微处理器式控制装置——系统构成

2023/2/6微处理控制系统由硬件和软件两大部分组成。下图()为某微机点焊恒焊控制器的系统硬件框图；右图()为相配合的软件主程序流程图。114/1553.1控制装置4.微处理器式控制装置——系统构成（硬件）控制系统硬件一般包括单片机、存储器、输入-输出接口电路、信号检测隔离和放大电路、触发电路、参数输入和参数显示器件等，其中单片机是硬件系统的核心，根据对控制系统的精度、响应速度及控制功能大小的不同，可以选用不同型号的单片机。微处理控制器式电阻焊控制器的最新技术是采用DSP（digitalsignalprocessor）作为控制器硬件系统的核心，DSP是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件，其最大的特点是强大的数据处理能力和高运行速度，非常有利于工作周期短、通电在瞬间完成的电阻焊的控制，目前最突出的应用是基于DSP的中频逆变电阻焊控制器。2023/2/6115/1553.1控制装置4.微处理器式控制装置——系统构成（软件）

控制系统软件是根据电阻焊机控制要求编写的程序，它一般由主程序、中断服务子程序、数学运算子程序及数据处理子程序等组成，这些程序通常预先固化在程序存储器EPROM中，而需输入或更改的焊接参数可放在数据存储器RAM中。2023/2/6116/1553.1控制装置4.微处理器式控制装置——控制模式

微处理器控制装置一般具有网压补偿或恒流控制两种可供选择的控制模式，也可根据需要加上其他的质量监控方式。网压补偿网压补偿控制模式的作用是：在电阻焊机通电焊接情况下，当电网电压发生波动时控制焊接电流有效值基本不变（通常的控制精度为：网压波动±10%～±15%时，焊接电流波动≤±3%～±4%）。网压补偿控制功能通常是以如下方式实现的：在焊接过程中，随时检测电网电压，求出其与额定值之间的偏差，根据此偏差，通过查表或计算出晶闸管控制角所需的修正量，恒流控制它是一种电阻焊质量控制模式，其作用是：在电阻焊机通电焊接情况下，当电网电压或负载阻抗发生波动而引起焊接电流有效值发生变化时，通过对电流有效值的测量并反馈控制，使输出焊接电流有效值基本保持恒定，从而保证所需的焊接质量，其控制原理在后续的质量监控一节再介绍。2023/2/6117/1553.1控制装置4.微处理器式控制装置——抗干扰措施

由于单片机系统通常采用直流5V低电压，而电阻焊机主电路采用交流380V电压，焊接过程中焊接回路的电流很大，对网路信号影响大，且控制器工作环境周围也可能有高频等干扰源存在。因此，微处理器控制装置设计中需要考虑的一个很重要的问题是如何提高它的抗干扰能力，一般可以从硬件和软件两个方面采取措施。2023/2/6118/1553.1控制装置4.微处理器式控制装置——抗干扰措施

具体措施有：控制变压器输入端接低通滤波器，防止高频等干扰信号从线路中窜入。单片机芯片电源端及某些输入端均需加接地小电容，以防止高频场干扰信号窜入。单片机与其它部分间的信号输入输出均需采用光电耦合、变压器或固态继电器隔离。印制板的设计布线需采取必要的去耦措施。单片机系统需用铁壳屏蔽，防止磁场干扰。程序设计上采用必要的软件滤波措施。随着微机的不断发展和推广使用，微处理器式电阻焊控制装置在其性能和功能上也将不断地提高和增加，并得到越来越受到用户的欢迎和接受，在电阻焊控制器中起到主导地位。2023/2/6119/1553.1控制装置5.电阻焊机的群控及网络化控制

由于大部分电阻焊机为单相供电，焊接通电时间仅几个周波，而实际焊接功率往往比额定功率还要大上好几倍。对供电容量有限的中小型企业，由于电