鋁釬焊感應(yīng)加熱溫度控制技術(shù)

1、鋁釬焊中的感應(yīng)加熱溫度控制技術(shù)鋁釬焊中的感應(yīng)加熱溫度控制技術(shù)曹金臺曹金臺（上海橋立電氣有限公司）摘要摘要：介紹了感應(yīng)加熱釬焊鋁合金中影響溫度控制的要素，論述了影響精度控制及溫度分布等問題的原因及相應(yīng)的解決方案。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：感應(yīng)釬焊溫度控制1.引言在感應(yīng)釬焊中，溫度控制是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，感應(yīng)釬焊的工作原理是利用感應(yīng)器產(chǎn)生的交變磁場在工件中感應(yīng)電流從而產(chǎn)生熱能，由于在加熱過程中，線圈電流、工件內(nèi)地渦流、磁場、工件溫度及其分布、

2、工件阻抗特性等多個(gè)物理參數(shù)都是變化的，且相互影響，再加上測量環(huán)節(jié)及電源功率調(diào)節(jié)等因素帶來的影響，使得感應(yīng)加熱的溫控系統(tǒng)具有滯后性、時(shí)變性及非線性等特征。對于鋁合金的硬釬焊，經(jīng)常會(huì)遇到釬焊料及助焊劑等工作溫度非常接近母材的情況，對溫度控制提出了更高的要求。跟其它加熱方式相比較而言，感應(yīng)加熱溫控系統(tǒng)受影響因素較多，因而也為其應(yīng)用提供了更多的可變因素，控制方法及手段更多樣化，其中不但包括溫度變化曲線的控制、加熱溫度精確度的控制，也包括溫度在工

3、件上的分布的控制等內(nèi)容。2.溫度變化的控制2.1升溫的控制由于感應(yīng)加熱的集膚效應(yīng)，局部加熱功率密度可以很高，比功率密度的提高也就意味著升溫速度的提高，快速局部加熱是感應(yīng)加熱的優(yōu)點(diǎn)之一。充分利用這一特點(diǎn)，對釬焊區(qū)域進(jìn)行快速加熱，可以有效地提高釬焊效率及能源利用率。對于鋁合金釬焊來說，一般是其他因素限制了升溫速度，如1）過快的升溫速度會(huì)在工件造成較大的溫差從而引起工件變形，2）對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件局部升溫過快引起的超溫，3）由于感應(yīng)加熱時(shí)工件

4、及感應(yīng)器內(nèi)的電流都非常大，因此彼此間的電磁力會(huì)是一個(gè)需要考慮到因素，有時(shí)使用過大的功率會(huì)導(dǎo)致過大的電磁力，電磁力多大甚至可以引起工件變形；4）工藝上的要求，如母材、釬料或釬劑對升溫速度有要求2.2保溫的控制對于感應(yīng)加熱電源來說，保溫相對比較容易，在保溫過程中，由于溫度在工件上的分布一般是要繼續(xù)變化的，工件的散熱也是發(fā)生相應(yīng)的變化，所以如果需要非常精確度溫度穩(wěn)定性，也需要采用閉環(huán)溫度控制。2.3降溫的控制由于電源功率可調(diào)，所以可以準(zhǔn)確地控

5、制工件降溫速度，但是當(dāng)冷卻速度要求高于自然冷卻速度時(shí)，只能采取外部強(qiáng)制冷卻，如空氣冷卻甚至水冷等。3.溫度精度的控制由于感應(yīng)加熱系統(tǒng)的復(fù)雜性，溫度精度的控制相當(dāng)比較復(fù)雜，為了保證溫控精度，一般需采用閉環(huán)控制系統(tǒng)如下圖所示，其控制精度受到測溫方法（反饋單元），感應(yīng)加熱電源（受控單元），控制方式（控制單元）等各環(huán)節(jié)的影響感應(yīng)加熱系統(tǒng)使用時(shí)很容易造成超調(diào)及振蕩。為了避免在升溫及保溫段容易出現(xiàn)的超調(diào)現(xiàn)象，一般將該段改為多段控制。3.2.4其他新

6、型的控制模式針對感應(yīng)加熱系統(tǒng)的特點(diǎn)，近年來模糊控制及FuzzyPID混合控制方式開始逐漸應(yīng)用于感應(yīng)加熱，為解決升溫拐點(diǎn)處容易超調(diào)及振蕩提供了新的解決方法。3.3感應(yīng)加熱電源（受控單元）傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱電源一般采用并聯(lián)諧振，功率調(diào)節(jié)在整流部分實(shí)現(xiàn)，其最小調(diào)節(jié)步長限制于整流觸發(fā)脈沖的頻率，再加上整流部分的大電抗器對電流變化的限制，使得其反應(yīng)時(shí)間相對比較緩慢，不論是其起停加熱還是升降功率都有一定的時(shí)滯性，這必然會(huì)給整個(gè)加熱系統(tǒng)的控制增加了圖2傳

7、統(tǒng)并聯(lián)感應(yīng)加熱電源工作原理圖上海橋立電氣有限公司生產(chǎn)的JouleMax系列電源，是一種串聯(lián)型逆變電源，整流部分為不可控整流，調(diào)功在逆變部分實(shí)現(xiàn)，由于逆變頻率一般選擇在超音頻段，使得其最小調(diào)節(jié)步長僅有0.1ms左右，因而起停加熱及功率調(diào)節(jié)速度要快得多。圖3JouleMax感應(yīng)加熱電源工作原理4.溫度分布的控制感應(yīng)加熱本身就是一種局部加熱方法，所以同溫度曲線的控制相比，溫度分布的控制更為重要，既要避免局部超溫過燒，也要避免釬焊區(qū)域溫度不足，