现行的缝焊作业,利用比较旧的可控硅焊接控制技术驱动单相焊接交流变压器,焊接速度被该控制技术所限制。这种限制还结合了电力公司的输出功率频率。缝焊焊机每秒焊接的焊缝的数量与电力公司每秒的输出功率半个周期数相同。
对60Hz的交流电源线,这就意味着缝焊作业被限制在每秒120焊接脉冲。在50Hz交流电源上,焊接作业减小至每秒100个焊接脉冲。每条焊缝的焊接时间也已事前确定,因为它必须和电力公司配送的半个周期时间相一致,而不是根据需要随意确定。随着缝焊滚轮速度的提高,焊缝与半周期配送时间需要同步,而不是与工件进入焊机的时间同步,这种同步变成影响工件边缘焊缝一致性的更大原因。
采用可控硅控制的单个焊接脉冲的热量调节能力也是有限的,因为一旦控制触发了一个焊缝半周期脉冲,它就不再对焊接中发生的情况有进一步的影响。实际的焊缝热量配送是由在焊接的半周期间隔中电力公司输出什么决定的。焊缝也受到其它工厂设备瞬时加载的影响。
可控硅控制技术另一个局限是一旦触发焊接脉冲,就不能通过控制方式停止它。
逆变控制
为了克服可控硅控制技术的局限,采用高速缝焊的制造商转向逆变技术。期望这种更新的逆变控制技术能具有更有效的焊接电流脉冲调节,从而改进焊接质量,提高生产率。
制造商向专家咨询时总被建议采用最新的逆变技术,有必要将目前的交流焊接变压器更换成更新技术的中频逆变直流(MFDC)焊接变压器。
比如缝焊制造商将单相交流转换成中频逆变直流的案例中,他们报告称这项改变并没有提高焊接生产率和焊接质量,相反还导致焊接生产率降低,焊接质量下降,焊接维修量增加。当制造商采用更短的焊接脉冲时间和更短的每个脉冲间冷却时间,试图满足或超越原有技术控制的每秒120焊接脉冲速率时,情况变得更加糟糕。
这些焊接作业案例揭示了焊接性能下降的两个原因,如下所述。
所选的逆变控制,当编程产生更短持续时间的脉冲,电流调节的不准确和不稳定将导致产生比原有可控硅控制更大焊接脉冲电流波动。
在编程的脉冲冷却时间,电流缓慢衰减,通常在下一个焊接脉冲开始前不会衰减至零。这种冷却间隔的高残余电流,是由引入的中频逆变直流变压器造成的,降低了冷却时间波动的效力,如图5所示。
这就使焊缝滚轮在焊接同样大小的焊缝时,要比先前发生的在多数编程冷却间隔电流能变成零时情况在更高的温度下作业。上升的滚轮温度是由转换的中频逆变直流变压器引起的次生问题,包括滚轮表面更快的材料聚集。
中频逆变直流分析
除了在高速焊接作业时定义不清的冷却间隔,采用中频逆变直流还遇到的其它问题,如下所述:
增加焊机的机械磨损。采用短喉焊机,1kHz 中频逆变直流控制的普通开关功能每毫秒引起两次电流波动。这些波动造成焊机上许多运动部件每毫秒两次的热胀冷缩。而热胀冷缩又会造成机器上额外的应力和动作,导致轴承和移动连杆机构磨损过快。
增加焊机喉管长度可以减少每毫秒发生的电流波动,但同时也降低了电流控制调节的速率。