新型焊接應(yīng)力消除的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新型焊接應(yīng)力消除機(jī)，包括電源模塊，電源模塊分別與超聲控制模塊和超聲沖擊模塊相連接；超聲沖擊模塊包括與匹配網(wǎng)絡(luò)電路相連接的超聲換能器，超聲換能器與超聲變幅桿相連接；超聲變幅桿和超聲工具頭相連接。本實(shí)用新型通過(guò)采用鎖相頻率跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)源全橋逆變器的頻率自適應(yīng)跟蹤，且跟蹤效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法，從而使得超聲波應(yīng)力消除機(jī)有效避免了信號(hào)源和超聲換能器因失諧而無(wú)法持續(xù)工作的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】新型焊接應(yīng)力消除機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種金屬焊接應(yīng)力消除機(jī)，尤其涉及一種新型焊接應(yīng)力消除機(jī)，屬于超聲波焊接應(yīng)力消除【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬焊接過(guò)程中，由于不均勻溫度場(chǎng)的存在，導(dǎo)致焊件不均勻膨脹與收縮，從而是的焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接變形并產(chǎn)生焊接應(yīng)力，從而直接影響金屬構(gòu)件的承載能力、降低焊接接頭及整個(gè)金屬構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。在遇到外力時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂或脆性斷裂而引發(fā)事故。為提高構(gòu)件的安全性和使用壽命，必須有效消除或減小構(gòu)件的焊接殘余應(yīng)力。
[0003]目前消除應(yīng)力的方法主要有熱時(shí)效法、自然時(shí)效法、振動(dòng)時(shí)效法、錘擊法、超聲波沖擊法、激光沖擊法等。其中超聲波沖擊是一種理想的新型焊接應(yīng)力消除法，我國(guó)對(duì)超聲波沖擊技術(shù)的研究還處于起步階段。而超聲波設(shè)備在大功率工作時(shí)負(fù)載的變化和超聲換能器的溫升和疲勞都會(huì)造成超聲換能器的固有諧振頻率發(fā)生飄移，導(dǎo)致信號(hào)源和超聲換能器失諧而不能工作。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種消除超聲波設(shè)備因信號(hào)源和超聲換能器失諧而無(wú)法持續(xù)工作的技術(shù)難題的新型焊接應(yīng)力消除機(jī)。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0006]一種新型焊接應(yīng)力消除機(jī)，包括電源模塊、超聲控制模塊和超聲沖擊模塊，所述電源模塊分別與所述超聲控制模塊和所述超聲沖擊模塊相連接；
[0007]電源模塊包括整流濾波電路，整流濾波電路與直流斬波電路相連接；直流斬波電路與全橋逆變器電路相連接；全橋逆變器電路與高頻變壓器電路相連接；高頻變壓器電路與匹配網(wǎng)絡(luò)電路相連接；
[0008]超聲控制模塊包括與匹配網(wǎng)絡(luò)電路相連接的采樣調(diào)理電路；采樣調(diào)理電路與實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤控制、振幅恒定控制以及參數(shù)顯示控制的嵌入式處理器電路相連接；嵌入式處理器電路分別與直流斬波驅(qū)動(dòng)電路、全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路和參數(shù)顯示電路相連接；直流斬波驅(qū)動(dòng)電路與直流斬波驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路相連接；直流斬波驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路與直流斬波電路相連接；全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路與全橋逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路相連接；全橋逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路與全橋逆變器電路相連接；
[0009]超聲沖擊模塊包括與匹配網(wǎng)絡(luò)電路相連接的超聲換能器，超聲換能器與超聲變幅桿相連接；超聲變幅桿和超聲工具頭相連接。
[0010]采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0011]本實(shí)用新型通過(guò)采用鎖相頻率跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)源全橋逆變器的頻率自適應(yīng)跟蹤，且跟蹤效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法，從而使得超聲波應(yīng)力消除機(jī)有效避免了信號(hào)源和超聲換能器因失諧而無(wú)法持續(xù)工作的問(wèn)題?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例電源模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例超聲控制模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例超聲沖擊模塊結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]其中:1、電源模塊2、超聲控制模塊
[0017]3、超聲沖擊模塊201、整流濾波電路
[0018]202、直流斬波電路203、全橋逆變器電路
[0019]204、高頻變壓器電路205、匹配網(wǎng)絡(luò)電路
[0020]301、采樣調(diào)理電路302、嵌入式處理器電路
[0021]303、直流斬波驅(qū)動(dòng)電路304、橋逆變驅(qū)動(dòng)電路
[0022]305、直流斬波驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路 306、全橋逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路
[0023]307、參數(shù)顯示電路401、超聲換能器
[0024]402、超聲變幅桿403、超聲工具頭。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]如圖1-4所示，一種新型焊接應(yīng)力消除機(jī)，包括，包括電源模塊1，電源模塊I分別與超聲控制模塊2和超聲沖擊模塊3相連接，
[0027]電源模塊I包括整流濾波電路201，整流濾波電路201與直流斬波電路202相連接；直流斬波電路202與全橋逆變器電路203相連接；全橋逆變器電路203與高頻變壓器電路204相連接；高頻變壓器電路204與匹配網(wǎng)絡(luò)電路205相連接；
[0028]超聲控制模塊2包括與匹配網(wǎng)絡(luò)電路205相連接的采樣調(diào)理電路301 ;采樣調(diào)理電路301與實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤控制、振幅恒定控制以及參數(shù)顯示控制的嵌入式處理器電路302相連接；嵌入式處理器電路302分別與直流斬波驅(qū)動(dòng)電路303、全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路304和參數(shù)顯示電路307相連接；直流斬波驅(qū)動(dòng)電路303與直流斬波驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路305相連接；直流斬波驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路305與直流斬波電路202相連接；全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路304與全橋逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路306相連接；全橋逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路306與全橋逆變器電路203相連接；
[0029]超聲沖擊模塊3包括與匹配網(wǎng)絡(luò)電路205相連接的超聲換能器401，超聲換能器401與超聲變幅桿402相連接；超聲變幅桿402和超聲工具頭403相連接。
[0030]本實(shí)用新型的工作原理是通過(guò)采用鎖相頻率跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)源與超聲沖擊端的諧振，保證超聲沖擊端的持續(xù)工作。具體描述如下:系統(tǒng)工作時(shí)首先設(shè)定負(fù)載端(超聲沖擊模塊3)換能器401中心頻率，再啟動(dòng)掃頻程序在正負(fù)300Hz內(nèi)掃描。若系統(tǒng)諧振，則負(fù)載端電壓、電流相位相同，鎖定該工作頻率；若系統(tǒng)失諧，則電壓、電流就存在電壓差，通過(guò)鎖相環(huán)技術(shù)將相位差變換成跟蹤誤差電壓，利用直接頻率合成技術(shù)改變信號(hào)源的輸出信號(hào)頻率，使系統(tǒng)向相位差減小 的方向調(diào)節(jié)，達(dá)到諧振狀態(tài)，使系統(tǒng)輸出最大機(jī)械功。
[0031]本實(shí)用新型通過(guò)采集瞬時(shí)負(fù)載端電壓、電流相位實(shí)現(xiàn)鎖相頻率跟蹤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)源全橋逆變器的頻率自適應(yīng)跟蹤，且跟蹤效果好于傳統(tǒng)方法，從而使得超聲波應(yīng)力消除機(jī)有效避免了信號(hào)源和超聲換能器因失諧而無(wú)法持續(xù)工作的問(wèn)題。
[0032]如附圖1所示，本實(shí)用新型一種新型焊接應(yīng)力消除機(jī)包括電源模塊1、超聲控制模塊2、超聲沖擊模塊3。其中電源模塊I主要實(shí)現(xiàn)將市電從50Hz變成IO-1OOkHz,使其處于超聲波頻域段，作為超聲沖擊模塊3的信號(hào)源；超聲控制模塊2作為主控模塊，跟蹤超聲沖擊模塊3諧振頻率的變化并反饋控制電源路模塊I的輸出信號(hào)頻率，實(shí)現(xiàn)超聲波信號(hào)源頻率的自適應(yīng)跟蹤；超聲沖擊模塊3用于沖擊焊接部位。
[0033]如附圖2所示，電源模塊I主要包括整流濾波電路201、直流斬波電路202、全橋逆變器電路203、高頻變壓器電路204、匹配網(wǎng)絡(luò)電路205等，并按整流濾波電路201、直流斬波電路202、全橋逆變器電路203、高頻變壓器電路204、匹配網(wǎng)絡(luò)電路205順序串聯(lián)連接。其中，整流濾波電路201將市電轉(zhuǎn)換為額定功率的直流電壓電流，并加到直流斬波電路202上，直流斬波電路202調(diào)整輸出直流電壓大小，施加在全橋逆變器電路203直流輸入側(cè)，實(shí)現(xiàn)功率控制；同時(shí)，為了跟蹤諧振頻率和實(shí)現(xiàn)功率控制，直流斬波電路202還需要根據(jù)附圖3中直流斬波驅(qū)動(dòng)電路303饋送的參數(shù)，穩(wěn)定輸出功率；全橋逆變器電路203還需根據(jù)附圖3中全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路304饋送的參數(shù)，跟蹤超聲沖擊電路3模塊諧振頻率的變化；全橋逆變器電路203依據(jù)跟蹤頻率，將直流斬波電路202送來(lái)的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻方波交流電，并施加至高頻變壓器電路204輸入端；高頻變壓器電路204將全橋逆變器電路203送來(lái)的高頻方波交流電變至所需的工作電壓，再饋送給過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)電路205 ;匹配網(wǎng)絡(luò)電路205根據(jù)高頻變壓器204送來(lái)的工作電壓進(jìn)行調(diào)諧、濾波處理形成超聲沖擊模塊3所需的高頻交流電，作為超聲沖擊模塊3的信號(hào)源。
[0034]如附圖3所示，超聲控制模塊2主要包括采樣調(diào)理電路301、嵌入式處理器電路302即DSP電路模塊、直流斬波驅(qū)動(dòng)電路303、全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路304、參數(shù)顯示電路307等。由于超聲信號(hào)源屬于大電流大電壓設(shè)備，不能直接進(jìn)行反饋，因此要通過(guò)采樣調(diào)理電路301進(jìn)行取樣并調(diào)理，采樣調(diào)理電路301實(shí)時(shí)采集瞬時(shí)電源模塊I輸出電壓、電流幅值和兩者的相位差并饋送給嵌入式處理器電路302 ;嵌入式處理器電路302為超聲控制模塊2的核心部件，根據(jù)采樣調(diào)理電路301采集的信號(hào)，利用頻率跟蹤控制算法獲得頻率跟蹤控制參數(shù)，并饋送給全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路304 ;嵌入式處理器電路302根據(jù)采樣調(diào)理電路301采集的信號(hào)，利用振幅恒定控制算法計(jì)算控制量，再饋送給直流斬波驅(qū)動(dòng)電路303 ;嵌入式處理器電路302將顯示參數(shù)，例如當(dāng)前電源模塊I輸送的信號(hào)源頻率、功率等送給參數(shù)顯示電路307;直流斬波驅(qū)動(dòng)電路303接收嵌入式處理器電路302送來(lái)的振幅恒定控制參數(shù)，再饋送至直流斬波電路202 ;全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路304接收嵌入式處理器電路302送來(lái)的頻率跟蹤控制參數(shù)，再饋送至全橋逆變器電路203 ;參數(shù)顯示電路307接收嵌入式處理器電路302發(fā)送的顯示參數(shù)并顯示。
[0035]如附圖4所示，超聲沖擊模塊3，主要包括超聲換能器401、超聲變幅桿402和超聲工具頭403等，并按超聲換能器401、超聲變幅桿402、超聲工具頭403順序串聯(lián)連接。其中超聲換能器401根據(jù)電源模塊I輸出的超聲信號(hào)源將電能轉(zhuǎn)為機(jī)械能，并送至超聲變幅桿402 ;超聲變幅桿402放大機(jī)械振幅，并驅(qū)動(dòng)超聲工具頭403 ;超聲工具頭403振動(dòng)沖擊，此外，由于焊接區(qū)域形狀各異，超聲工具頭403可根據(jù)需要采用不同的形式如鴨嘴式、點(diǎn)式等。
[0036]本實(shí)用新型不局限于上述具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型焊接應(yīng)力消除機(jī)，包括電源模塊、超聲控制模塊和超聲沖擊模塊，所述電源模塊分別與所述超聲控制模塊和所述超聲沖擊模塊相連接，其特征在于: 電源模塊包括整流濾波電路，整流濾波電路與直流斬波電路相連接；直流斬波電路與全橋逆變器電路相連接；全橋逆變器電路與高頻變壓器電路相連接；高頻變壓器電路與匹配網(wǎng)絡(luò)電路相連接； 超聲控制模塊包括與匹配網(wǎng)絡(luò)電路相連接的采樣調(diào)理電路；采樣調(diào)理電路與實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤控制、振幅恒定控制以及參數(shù)顯示控制的嵌入式處理器電路相連接；嵌入式處理器電路分別與直流斬波驅(qū)動(dòng)電路、全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路和參數(shù)顯示電路相連接；直流斬波驅(qū)動(dòng)電路與直流斬波驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路相連接；直流斬波驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路與直流斬波電路相連接；全橋逆變驅(qū)動(dòng)電路與全橋逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路相連接；全橋逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路與全橋逆變器電路相連接； 超聲沖擊模塊包括與匹配網(wǎng)絡(luò)電路相連接的超聲換能器，超聲換能器與超聲變幅桿相連接；超聲變幅桿和超聲工具頭相連接。
【文檔編號(hào)】C21D10/00GK203741382SQ201420151822
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】馮友兵, 許琳莉, 王建華 申請(qǐng)人:馮友兵