專利名稱：多元復合稀土鎢電極專用垂熔設備的制作方法
技術領域：
多元復合稀土鉤電極專用垂熔燒結設備，屬于稀土難熔金厲材料領域。
京抆不
垂熔生產過程中，將預燒好的坯條裝在垂熔機的上下夾頭之間，在氫氣 的保護下，坯條中通過工藝規定的電流加熱，使坯條燒結、收縮并致密化， 得到具有一定金屬性能的鎢或稀土鎢條，供后續加工使用。生產過程是按照
電流-時間工藝曲線進行的，傳統的控制方法有兩種1、工人用按鈕控制電 機驅動大功率調壓器線圈，達到調節變壓器一次側電壓及二次側(兩端接坯 條)電流的目的，這就要求工人根據工藝頻繁起動電機調節電流， -方面由 于工人視覺誤差，再加上人為因素，使執行的工藝很難與規定工藝相符；工 作效低，每人只能看兩臺機器；人工勞動強度大，工藝難以保障，產品成材 率很低；2、用可編程控制器作自動升降溫控制，所用的控制器改變工藝設 置時，要用一根金屬條通電升溫，進行設定，此設置要用時0.5—1小時，費 時耗能，效率低且設置電流不精確， 一般只能有一條工藝，切換就須重新高 定一次。且由于生產品種繁多，工藝曲線多種多樣，使工人操作起來有很大 的困難。要改變上述狀況，就必須進行設計改造，設計一套垂熔機自動控制 系統，用自動調節代替人工調節，把操作工從煩雜的勞動中解放出來，使工 藝能夠得到很好的管理和執行。 發明內容
本發明的目的在于克服了傳統燒結設備對燒結電流控制精確度差、耗能、 耗時等缺點，在現有垂熔設備基礎上改進設備的控制部分，達到精確控制燒 結工藝參數，從而滿足多元復合稀土鎢電極的生產需要。
為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。主要包括有垂熔機l、 電氣主回路2、觸發電路4和存儲有時間-電流工藝曲線的控制電路3;其中，
電氣主回路2包括有一對反并聯的晶閘管和一臺變壓器，反并聯的晶閘管和 變壓器的一次側串聯，變壓器的輸出端與垂熔機l相連；
380V的交流電通過反并聯的晶閘管進入變壓器的輸入端；
控制電路3與電氣主回路1中的變壓器的輸出端(二次側)相連，控制 電路3采集電氣主回路1中變壓器輸出端的電壓、電流值，并把該電壓、電 流值送至控制電路中的顯示部分顯示；將采集的變壓器輸出端的電流值與時 間-電流工藝曲線中的該段時間對應的電流值進行比較，根據當時的晶閘管導 通角計算出新的晶閘管導通角，該導通角在控制電路2內變換為控制器輸出 的4-20mA，送給觸發電路4;
觸發電路4與電氣主回路1中的反并聯的晶閘管相連，觸發電路4輸出 觸發信號給晶閘管的G極和K極，控制交流電的導通角。
所述的控制電路3包括有單片機、控制面板、存儲器、信號采集模塊、 控制信號輸出模塊；其中，信號采集模塊與電氣主回路2中的變壓器的輸出 端相連，采集變壓器輸出端的電壓、電流值，并把采集到的電壓、電流值送 至控制面板中的顯示部分顯示；存儲器與單片機相連，存儲器用于存儲時間-電流工藝曲線和程序；控制信號輸出模塊與單片機相連，控制信號輸出模塊 將新的晶閘管導通角信號變換為4-20mA。
所述的信號采集模塊包括有一個變壓器、模擬多路轉換開關、有效值變 換器，從電氣主回路l中采集的電壓、電流模擬信號先經變壓器隔離、變化， 模擬多路轉換開關采集，再經有效值變換器變換成直流信號，送入單片機中。
所述的時間-電流工藝曲線為燒結電流按每0.5分鐘內增加200A然后保 持1.5分鐘的速率，增至2400A，保溫1.5分鐘后，在0.5分鐘內增加電流到 2500A，保持O. 5分鐘后，繼續在0.5分鐘內增大電流到2700A，保持1分鐘， 然后將最終電流在O. 5分鐘內升至2800A，保持15分鐘后，即可得到燒結坯條。
所述的時間-電流工藝曲線為燒結電流按每0.5分鐘內增加200A保持1.5 分鐘的速率，增至2200A,保溫1.5分鐘后，按每O. 5分鐘內增加電流100A，
保持1.5分鐘得速率，增加電流到2400A，保持O. 5分鐘后，在O. 5分鐘內繼 續增大電流到2400A，保持1分鐘，然后將最終電流在0. 5分鐘內加至2600A, 保持15分鐘后，即可得到燒結坯條。
觸發電路4接收控制電路3中的控制信號輸出模塊的控制信號控制電氣 主回路2中的反并聯晶閘管的導通角，從而控制電氣主回路的輸出電流，將 正確的燒結電流傳給垂熔機l。
本發明的優點為通過采用單片機控制系統對垂熔機進行自動控制，可
降低工人的勞動強度，使操作工人從原來的需要同時讀電流電壓表并且計時
的緊張操作中解放出來，減少垂熔工序的操作工人數，降低人工成本；
'本發明采用自動調節電流代替了人工調節，精度高，動態性能好，使工
藝能夠得到很好的執行，產品的質量有了可靠保證；
改造后的垂熔燒結設備具有完善的工藝曲線管理功能，可以隨時通過控
制器面板輸入新的工藝曲線或修改原有工藝曲線，此過程僅要5分鐘，且不
須加電設置。
該垂熔燒結設備人機交互性能好，可以向操作者直觀地提足夠的加工過 程信息。
本發明設備可以快速實時控制燒結電流，因此增加電流時間和電流保持 時間都可以精確控制，縮短了燒結時間，經濟節能，而且采用多元復合稀土 鎢電極專用垂熔燒結設備進行燒結時，可以根據不同的多元復合稀土鎢電極 材料規格調用不同的燒結工藝曲線，過程簡單，提高了工作效率。燒結參數 能夠精確控制，重復性好，能夠滿足多元復合稀土鎢電極穩定生產的需要。
圖1本發明控制原理圖
圖2本發明中的控制電路部分的原理圖
圖3電氣主回路部分的連接關系圖
圖4采集模擬信號的電路連接圖
圖5控制信號輸出模塊電路圖 圖6控制信號輸出模塊原理圖
圖7控制計算模塊程序流程
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實施例。
如圖1 圖3所示，380V的交流電通過反并聯晶閘管進入電氣主回路2， 電氣主回路由一對反并聯的晶閘管和變壓器組成，電氣主回路2中的變壓器 輸出端的模擬電壓和電流信號由控制電路3采集，控制電路3將采集的實際 電流、電壓值送至顯示部分顯示，同時調用相應的電流-時間工藝曲線，將此 時實際的電流值與電流-時間曲線中此時的電流值進行比較，通過插值計算產 生新的導通角，經控制電路3處理后，變成4-20mA的標準信號，輸入到觸發 電路4，觸發電路4由島電公司的PAC15P觸發板組成，觸發電路4輸出觸發 信號給晶閘管的G極和K極，控制交流電的導通角，從而控制電氣主回路的 輸出電壓，以輸出正確的電流。
如圖2所示，控制電路3主要由信號采集模塊、單片機、控制面板、存 儲器，控制信號輸出模塊組成，信號采集模塊從電氣主回路2中采集信號傳 送給單片機，單片機調用存儲器中的電流-時間工藝曲線并與其進行比較，修 正后反饋給控制信號輸出模塊，控制信號輸出模塊將修正值轉換為'1-20mA的 標準信號輸送給觸發電路4，控制面板主要用于電流-時間工藝曲線的輸入及 不。
控制電路3中的存儲器內存儲有兩條多元復合稀土鉤電極燒結工藝，第 一條是對于常規的13mmX13mmX450mm壓型坯條，其燒結曲線為燒結電 流按每0. 5分鐘內增加200A然后保持1. 5分鐘的速率，增至2400A，保溫1. 5 分鐘后，在0.5分鐘內增加電流到2500A，保持0.5分鐘后，繼續在0. 5分鐘 內增大電流到2700A，保持1分鐘，然后將最終電流在0. 5分鐘內升至2800A， 保持15分鐘后，即可得到燒結坯條；第二條燒結工藝是針對常規的12mmX
12mmX400mm壓型坯條，其燒結曲線為燒結電流按每0. 5分鐘內增加200A 保持1.5分鐘的速率，增至2200A,保溫1.5分鐘后，按每0.5分鐘內增加電 流IOOA，保持1. 5分鐘得速率，增加電流到2400A，保持0. 5分鐘后，在0. 5 分鐘內繼續增大電流到2400A，保持1分鐘，然后將最終電流在0. 5分鐘內加 至2600A,保持15分鐘后，即可得到燒結坯條。
信號采集模塊的電路連接圖如圖4所示，信號采集模塊包括有一個變壓 器、模擬多路轉換開關、有效值變換器。信號采集模塊從電氣主回路1中采 集的電壓、電流模擬信號先經變壓器隔離、變換，模擬多路轉換開關CD4051 從兩電位器分別取得交流信號，再經有效值變換器變換成0-5V直流信號，進 行二階濾波處理后送入CPU的ACH6 口進行A/D轉換，電流、電壓分時采集由 CPU輸出口 HSO. 4控制。80C196KC內部的A/D轉換器為10位2進制，輸入電 壓范圍為0至5V，電壓分辨力為5mV。
控制信號輸出模塊的電路圖如圖5所示，其原理如圖6所示，單片機 80C196KC通過HS0.2輸出方波信號，經光電耦合器521-4轉換為幅值為+5V 的方波。第一個運算放大器組成一個二階有源濾波器，在a點產生0至5V的 直流電壓，第二個運算放大器相當于一個轉換器，把電壓源轉換為電流源， 輸出0至20mA的電流，去控制觸發板的導通角。
觸發電路采用日本島電公司的PAC15P觸發板電路，輸入為4一20mA標 準信號，輸出觸發信號給晶閘管的門極G，控制交流電的導通角，從而控制 輸出電壓。
控制面板主要用于電流-時間工藝曲線的輸入、修改及顯示，存儲器用于 存儲工藝曲線以及單片機的控制程序，單片機控制程序由匯編語言編寫，其 設計原理如附圖7所以，首先進行定時器計時，到規定時間后，調動設定程 序進行加工結束判斷，即查看單片機存儲器特定單元設置是否為O，此單片機 存儲器特定單元在啟動垂熔燒結時置1，同時單片機內部一定時器開始計時， 待定時器計時時間等于或大于電流-時間曲線總時間值時，將該存儲器特定單
元清0，如加工已經結束則終止程序，否則提取存儲器中的電流-時間曲線， 然后進行數據采集，即采集電氣主回路的電流信號，然后進行控制計算和輸 出，即將采集的電流值與電流-時間曲線設定值相比較，通過差值法修正后輸
出4-20mA的標準信號給觸發電路進行電氣主回路電流調整，然后中斷返回， 如此循環確保燒結按照既定工藝進行。
對于常規的13mmX13mmX450mm壓型坯條垂熔燒結，采甩控制電路3
中存儲器中存儲的第一條燒結曲線進行燒結時，首先啟動程序，將單片機存 儲器特定單元置為O，單片機內兩定時器開始計時，第一定時器用于判斷加工 是否結束，第二定時器用于燒結電流的實時監控，當第二定時器到規定時間 后，進行加工結束判斷，判斷第-一定時器時間是否為O，或小于O,如果是， 則終止程序，如果否，則按第一計時器時間點將電流-時間曲線的電流值調出， 并通過控制電路的信號采集模塊采集電氣主回路2中的電流電壓信號，將電 壓電流信號輸送給控制面板以顯示，并將電流信號與調出值相比較，通過插 值法修正后，將其返回給控制信號輸出模塊，由其將此信號轉換為4-20mA標 準信號，輸入觸發電路4，調制電氣主回路2的輸出電流，以輸送正確的燒結 電流給垂熔機l，程序將修正后的正確值傳送到控制信號輸出模塊后，返回， 第二定時器重新計時，如此重復，可按第一條燒結曲線進行燒結，從而得到 多元復合稀土鴇電極燒結坯條。
對于常規的12mmX12mmX400mm壓型坯條燒結，采用控制電路3中存 儲器中存儲的第二條燒結曲線進行燒結時，首先啟動程序，將單片機存儲器 特定單元置為0，單片機內兩定時器開始計時，第一定時器用于判斷加工是 否結束，第二定時器用于燒結電流的實時監控，當第二定時器到規定時間后， 進行加工結束判斷，判斷第一定時器時間是否為O，或小于O，如果是，則終 止程序，如果否，則按第一計時器時間點將電流-時間曲線的電流值調出，并 通過控制電路的信號采集模塊采集電氣主回路2中的電流電壓信號，將電壓 電流信號輸送給控制面板以顯示，并將電流信號與調出值相比較，通過插值
法修正后，將其返回給控制信號輸出模塊，由其將此信號轉換為4-20mA標準 信號，輸入觸發電路，調制電氣主回路的輸出電流，以輸送正確的燒結電流 給垂熔機，程序將修正后的正確值傳送到控制信號輸出模塊后，返回，第二 定時器重新計時，如此重復，可按第二條燒結曲線進行燒結，從而得到燒結 好的多元復合稀土鎢電極燒結坯條。
權利要求1、多元復合稀土鎢電極專用垂熔設備，包括垂熔機(1)，其特征在于還包括電氣主回路(2)、觸發電路(4)和存儲有時間-電流工藝曲線的控制電路(3)；其中，電氣主回路(2)包括有一對反并聯的晶閘管和一臺變壓器，反并聯的晶閘管和變壓器的一次側串聯，變壓器的輸出端與垂熔機(1)相連；380V的交流電通過反并聯的晶閘管進入變壓器的輸入端；控制電路(3)與電氣主回路(2)中的變壓器的輸出端相連，控制電路(3)采集電氣主回路(2)中變壓器輸出端的電壓、電流值，并把該電壓、電流值送至控制電路中的顯示部分顯示；將采集的變壓器輸出端的電流值與時間-電流工藝曲線中的電流值比較，根據當時的晶閘管導通角計算出新的晶閘管導通角，該導通角在控制電路(3)內變換為控制器輸出的4-20mA，送給觸發電路(4)；觸發電路(4)與電氣主回路(2)中的晶閘管相連，觸發電路(4)輸出信號給晶閘管的G極和K極，控制交流電的導通角。
2、 根據權利要求1所述的多元復合稀土鎢電極專用垂熔設備，其特征在于 所述的控制電路(3)包括有單片機、控制面板、存儲器、信號采集模塊、控 制信號輸出模塊；其中，信號采集模塊與電氣主回路(2)中的變壓器的輸出端相連，采集變壓器 輸出端的電壓、電流值，并把采集到的電壓、電流值送至控制面板中的顯示 部分顯示；存儲器與單片機相連，存儲器用于存儲時間-電流工藝曲線；控制信號輸出模塊與單片機相連，控制信號輸出模塊將新的晶閘管導通角信號變換為4-20mA。
3、 根據權利要求2所述的多元復合稀土鎢電極專用垂熔設備，其特征在于 所述的信號采集模塊包括有一個變壓器、模擬多路轉換開關、有效值變換器， 從電氣主回路(2)中釆集的電壓、電流模擬信號先經變壓器隔離、變化，模 擬多路轉換開關采集，再經有效值變換器變換成直流信號，送入單片機中。
專利摘要本實用新型涉及多元復合稀土鎢電極專用垂熔設備，屬于稀上難熔金屬材料領域。該設備主要包括垂熔機(1)、電氣主回路(2)、控制電路(3)、觸發電路(4)。控制電路(3)中存有兩條多元復合稀土鎢電極的電流-時間燒結曲線，控制電路(3)從電氣主回路(2)中采集信號，將其與電流-時間燒結曲線比較修正后，轉換為4-20mA的標準信號傳送到觸發電路(4)，觸發電路接受到控制信號后，對電氣主回路(2)進行調控以輸出正確的燒結電流給垂熔機(1)，進行垂熔燒結。該設備自動化程度高，精度高，操作方便快捷，提高了生產效率，能滿足多元復合稀土鎢電極穩定生產的需要。
文檔編號G05B19/04GK201066447SQ20072014977
公開日2008年5月28日 申請日期2007年6月22日 優先權日2007年6月22日
發明者衛致虎, 席曉麗, 鷹 彭, 李炳山, 楊建參, 聶祚仁 申請人:北京鎢鉬材料廠;北京工業大學