金屬構件的連接方法和回流焊接方法

專利名稱：金屬構件的連接方法和回流焊接方法
技術領域：
本發明涉及用交流波形的電流連接或回流焊接金屬構件的方法。
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圖11，為熔合作業的示例，熔合是連接金屬構件的方法之一。該作業包括將絕緣線2和由銅或銅合金制成的端子片電連接和物理連接。
首先，如圖11A所示，工件W由端子4和絕緣線2組成，絕緣線2位于端子4的鉤狀部分或彎曲部分4a內。工件W插入到一對電極(如上電極和下電極)6和8之間，插入方式為下電極8在給定位置為端子鉤狀部分4a的下側提供支撐，而同時上電極6與端子鉤狀部分4a的上表面相接觸，這樣上表面被壓力裝置(圖中未畫出)以預定的壓力F壓下。同時，由一臺電源設備(圖中未畫出)在電極6和8之間施加預定的電壓。
然后，首先，電流I通過作為電流通路的端子鉤狀部分4a，流經電極6和8，結果在端子鉤狀部分4a產生焦耳(Joule)熱。從而，如圖11B所示，絕緣線2的絕緣體2a被焦耳熱熔化并從導體2b上除去。
在絕緣體2a被去除之后，如圖11C所示，電流I通過絕緣線2的導體2b(一般為銅)，流經兩個電極6和8。在施加電流期間，在兩電極6和8之間持續施加壓力F，這樣焦耳熱與壓力F共同作用，把鉤狀部分4a和絕緣線的導體2b通過壓碾連接起來，以達到填密的效果。這就使得絕緣線2和端子4被牢固地電連接并物理連接起來。由于絕緣線2的導體2b和端子4的電阻極其小，所以不會在二者之間形成任何熔核(焊接接頭)。
圖12為一單相交流電源設備的電路簡圖，該設備目前被用于上述的熔合工藝。圖13為該電源設備中出現的電流和電壓的波形。
在該電源設備中，輸入到輸入端100和102的商業用電頻率的單相交流電壓V，通過一個由一對晶閘管104和106組成的接觸器，施加給降壓變壓器108的初級線圈。變壓器108的次級線圈中產生的交流感應電動勢(次級電壓)通過次級導體和電極6和8施加在工件W(2,4)上，這樣，次級電流i2的電流值比初級電流i1大，并作為熔融電流I流經次級電路。
盡管熔融電流I(i2)的幅值(有效值)由導通角決定，由于觸發角和導通角之間有基本上恒定的關系，也可以說熔融電流I的幅值(有效值)是由觸發角決定的。在該電源設備中，控制裝置110通過一個觸發電路112控制晶閘管104和106的觸發角(觸發計時)θ，從而控制熔融電流I(i2)的有效值。
控制裝置110接收來自外部裝置(圖中未畫出)，例如與工件W(2,4)相連的輸送機械(conveyor robot)的起始信號，使加壓裝置進行加壓操作，在預定的時間間隔(加壓時間)之后，在預設的電流供應期間進行上述的晶閘管的觸發控制，并且在電流供應時間終止時，允許加壓裝置在預定的時間間隔(保持時間)后釋放壓力。
在上述的熔合工藝中，工件W(2,4)通過焦耳熱和壓力被熱壓連接起來。但是，過度的熱壓連接可能會損壞連接件的形狀，或可能導致連接件的破裂或損壞。因此提供一種監測裝置用于檢測上電極6沿壓力方向的位移，以便監測熱壓連接工件W(2,4)的程度。一旦上電極6的位移達到預定值(有限值)，監測裝置發出中斷電流信號，相應地，控制裝置110使電源停止電流供應。
然而，由于以前的工藝采用的是上述的晶閘管觸發控制方法，在觸發或打開晶閘管104和106之后，如圖14所示，控制電流的能力可能會喪失，從而直到半循環(頻率為50赫茲時為10毫秒)結束時才能中斷電流供應。在此期間，工件W(2,4)有可能被過分地熱壓連接，并導致電流供應中斷時間的滯后而帶來破壞性。
本發明是針對上述問題設計的。因此本發明的目的之一就是要提供一種金屬構件的連接方法和回流焊接方法，采用該方法，即使是在交流波形的中期，在用交流波形的電流連接或回流焊接金屬構件的過程中，當中斷電流供應的情況在設定的電流供應時間終止前發生時，電流供應(有規律的電流供應)也能被立即停止，從而確保能獲得高的工作質量。
本發明的另一目的就是要提供一種金屬構件的連接方法和回流焊接方法，采用該方法，在電流供應過程中，有規律的電流供應在接收到中止信號時立刻被中斷，并且，一旦接收到中止信號，根據被供給的電流的狀態(經過的時間和極性)，不會影響連接和焊接的小電流流過工件，從而避免了變壓器產生極性磁化或出現磁飽和，因此確保了對電流供應裝置的保護和電流供應裝置的可靠性。
為實現上述目的，根據本發明的第一個方面，提供了一種金屬構件的連接方法，其中，一對電極被壓靠在金屬工件上，同時交流波形的電流流經這兩個電極，通過利用在金屬構件中產生的焦耳熱使金屬構件連接起來，該方法包括以下步驟用整流電路將商業用電頻率的交流電壓轉換成直流電壓；由一個逆變器將從整流電路輸出的直流電壓轉換成高頻的脈沖電壓；通過一個變壓器和一對電極，把從逆變器輸出的高頻脈沖電壓無需變壓器次級側整流即施加在金屬構件上；把單次連接的電流供應時間分割成多個單位電流供應周期，并把逆變器轉至高頻，使具有設定電流值的交流波形的電流流經變壓器的次級側，變壓器次級側的一極為奇數的單位電流供應周期，另一極為偶數的單位電流供應周期；然后，在電流供應時間內，當中止有規律的電流供應的預定現象出現或預定條件被滿足時，中止逆變器的轉換工作來中斷有規律的電流供應。
根據本發明的第二個方面，提供了一種回流焊接方法，其中，在把焊料插入金屬構件待焊區之間的同時，把一個電阻加熱的加熱器尖端靠在金屬構件上，同時交流波形的電流流經電阻加熱器的尖端，通過利用在加熱器尖端產生的焦耳熱，金屬構件的待焊區被焊接在一起，該方法包括以下步驟用整流電路將商業用電頻率的交流電壓轉換成直流電壓；由一個逆變器將從整流電路輸出的直流電壓轉換成高頻的脈沖電壓；通過一個變壓器，把從逆變器輸出的高頻脈沖電壓無需變壓器次級側整流即施加在加熱器的尖端；把單次焊接的電流供應時間分割成多個單位電流供應周期，并把逆變器轉至高頻，使具有設定電流值的交流波形的電流流經變壓器的次級側，變壓器次級側的一極為奇數的單位電流供應周期，另一極為偶數的單位電流供應周期；然后，在電流供應時間內，當中止有規律的電流供應的預定現象出現或預定條件被滿足時，中止逆變器的轉換工作來中斷有規律的電流供應。
在本發明中，逆變器安裝在變壓器的初級側，它的轉換受到高頻率的控制，而且，逆變器的極性，即電流的極性以預定周期轉換，使得交流波形的電流流經變壓器的次級側，并且通過利用該交流波形的電流，金屬構件被連接或回流焊接起來。由于逆變器在上述的高頻條件下進行轉換操作，可以實現即時中止電流供應，至多滯后一個周期。從而即使當次級電流處于交流波形的中期時，也可能在任一時刻中斷并終止有規律的電流供應。
更優選的是，本發明的方法還可以包括逆變器的轉換控制步驟，該步驟使得一旦中止電流供應，根據單位電流供應周期的經過的時間和極性，用于消除剩磁的電流能流經變壓器的次級側。在這種情況下，用于消除剩磁的電流的電流值最好是基本上不會影響金屬構件的連接。
結合附圖進行詳細的介紹之后，本發明上述的和其它的目的、方面、特點和優點將變得更為明了，其中圖1為一交流波形的逆變器電源設備的結構方框圖，依照本發明實施例，該設備用于熔合作業或電阻焊接；圖2為實施例中的電源設備單次工作流程中的時間和波形簡圖；圖3為該實施例中受到用于控制電流供應的控制裝置的影響的處理步驟的流程圖；圖4為說明本實施例中逆變器控制方法的每一部分的波形圖；圖5為說明本實施例中電流供應控制中包括的電流供應中止步驟的流程圖；圖6為本實施例實施電流供應中止步驟時各部分的波形圖(第一案例)；圖7A至圖7C為本實施例實施電流供應中止步驟時各部分的波形圖(第二至四案例)；圖8為消除剩磁的小電流的電流值衰減的交流波形圖；圖9為一交流波形的逆變器電源設備的結構方框圖，依照本發明實施例，該設備用于回流焊接；圖10為回流焊接作業的例圖；圖11A至圖11C為熔合作業的例圖；圖12為傳統的熔合作業中采用的單相交流電源設備的電路結構方框圖；圖13為傳統的單相交流電源設備中電壓和電流的波形圖；及圖14為傳統的熔合作業中電流供應中止時可能出現的缺點。
將結合圖1至圖10對本發明進行介紹，這些附圖以非限制的方式闡明了目前優選的實施例。
圖1說明了一交流波形的逆變器電源設備的結構，依照本發明實施例，該設備用于熔合作業。
電源設備包括電流供應裝置，該裝置通常被標為10。電流供應裝置10包括一個三相整流電路14，一個逆變器16以及一臺降壓變壓器18。三相整流電路14由多個，如六個，二極管組成，這些二極管彼此三相橋接。三相整流電路14對從三相交流電源端子12輸入的商業用電頻率的三相交流電壓(R,S,T)進行全波整流，使其轉換成直流電壓。從三相整流電路14輸出的直流電壓被電容20濾波，并輸入到逆變器16的輸入端La和Lb。
逆變器16有四個晶體管開關元件22,24,26和28，它們可以是GTR(大功率晶體管)或IGBT(絕緣柵極雙極型晶體管)。
四個開關元件22至28中，來自控制裝置32的同相逆變器控制信號G1和G3通過驅動電路30，以預定的逆變器頻率(如1千赫茲)同時控制著第一組(正極側)開關元件22和26的開關，而來自控制裝置32的同相逆變器控制信號G2和G4通過驅動電路30，以上述的逆變器頻率同時控制著第二組(負極側)開關元件24和28的開關。
逆變器16的輸出端[Ma,Mb]分別與變壓器18的初級線圈的兩端電連接。一對電極6和8，如圖11所示，只通過一個次級導體，分別與變壓器18的次級線圈的兩端電連接，而無需插入整流電路。
電極6和8由銅合金或高電阻的金屬如鉬或鎢制成，分別可分離地安裝在加壓裝置34的上、下電極支撐件36和38上。加壓裝置34包括一有例如汽缸的壓力驅動元件(圖中未畫出)。響應于來自控制裝置32的壓力控制信號FC，加壓裝置34驅動例如上電極支撐件36，把上電極6壓靠在位于下電極8上、承受來自上方的壓力的工件W(2,4)上。
在該實施例中，配置了一臺位移測量儀40，作為用于控制熔合作業中工件W(2,4)的壓下程度的監測器。位移測量儀40包括一個位置傳感器，用于探測上電極支撐件36或上電極6沿高度方向上的位移。位移測量儀40用來監測上電極6從開始電流供應時的參考位置起的垂直向下的位移量，并且當位移量達到設定值時生成一電流中止信號WS。由位移測量儀40發出的電流中止信號被輸入控制裝置32。
控制裝置32由微機組成，包括一個CPU(中央處理器)，一個ROM(程序存儲器)，一個RAM(數據存儲器)，一個接口電路，等等。控制裝置32提電流供應源設備內所有的控制，包括電流供應控制(尤其是逆變器控制)和各種處理條件設置及顯示處理，等等。控制裝置32與加壓裝置34、位移測量儀40及其它的外部裝置交換所需的信號。時鐘生成電路50為控制裝置32提供定義基本或單元周期tc的時鐘信號CKtc，用來控制逆變器16的切換。
輸入裝置52包括位于電源設備的控制臺面板(圖中未畫出)上的鍵盤或鍵開關，用來設定或輸入各種條件。顯示裝置54包括一個顯示屏，如位于控制臺面板上的液晶顯示屏，并在控制裝置32的控制下顯示各種條件的設定值和測量值。
為在電流供應控制中實現電流反饋，電源設備中還包括電流傳感器56，如與電流供應裝置10的初級電路(或次級電路)的導體相連的電流互感器。根據電流傳感器56的輸出信號，電流測量電路58獲得初級電流I1或次級電流I2的測量值(如有效值，平均值或峰值)，該測量值作為模擬電流測量信號SI，而信號SI又被A-D轉換器60轉換成數字信號輸入控制裝置32。
圖2說明了用電源設備的控制裝置32、輸入裝置52和顯示裝置54設定的單次熔合作業中的時序和波形。確定單位熔合作業流程的主要參數為加壓時間SO，電流供應時間WE，保持時間HOLD及電流值Is(示例中為峰值)。電流供應時間被設定為單位電流供應周期Ts/2的整數倍(通常為偶數倍)，與次級交流頻率的半個周期相對應。次級交流頻率最好與變壓器18的額定頻率一致，并且一般等于或接近商業用電頻率。
下文中將結合例子就圖11所示的熔合作業對本實施例的工作運行進行介紹。
在本實施例中，如圖11A所示，工件W由端子4和位于端子4的鉤狀部分4a內的絕緣線2組成，插在上電極6和下電極8之間，插入方式為鉤狀部分4a的下側由下電極8來支持。在完成工件W的插入之后，預定的外部裝置把激活信號EN(高)傳輸給控制裝置32。
響應于起始信號EN(高電平)的輸入，控制裝置32以如圖2所示的時序對每個部件進行控制。控制裝置32首先使壓力控制信號FC激活(高)，從而引起加壓裝置34開始加壓操作。加壓裝置34降低上電極支撐件36，這樣上電極6被壓靠在位于下電極8上待壓的工件W(2,4)上。在壓力達到某一預定值之后，即在從加壓操作開始時起經過加壓時間SQ之后的預定定時，電流供應裝置10在電流供應時間WE內，供應正常的或有規律的電流。
圖3圖示了本實施例中受控制裝置32影響的電流供應控制過程。
首先，控制裝置32將所需條件的設定值在預定的寄存器內設定，設定值與電流供應時間WE對應的供給電流相關，如電流供應時間WE、電流設定值Is、設定的周期數Ns、單位電流供應周期，等等(步驟A1)。這種電流供應初始化可以包括在第一個單位電流供應周期內設定逆變器的極性，或設定初始值，如每個單位電流供應周期的第一高頻脈沖的脈寬。
然后，控制裝置32選擇一個預定的極性，如第一個單位電流供應周期Ts/2的正極，并通過驅動電路30，把具有初始脈寬的開關控制信號G1和G3提供給逆變器16的正極(第一組)開關元件22和26，用來打開開關元件22和26(步驟A2)。負極(第二組)開關元件24和28仍保持斷開。
當熔融電流I(次級電流I2)和初級電流I1在第一個開關周期內分別流經變壓器18的次級電路和初級電路時，電流傳感器56發出電流檢測信號表征初級電流I1的瞬時值，這樣，電流測量電路58輸出初級電流I1或次級電流I2在這個開關周期內的電流測量值(有效值，平均值或峰值)SI。
控制裝置32通過A-D轉換器60接收來自電流測量電路58的電流測量值SI(步驟A3)，將電流測量值SI與電流的設定值Is進行比較，然后根據比較誤差，決定下一個開關周期的脈寬(開關-開時間)tp(步驟A4)。
然后，在第二個開關周期中，控制裝置32將脈寬為tp的開關信號G1和G3分別傳輸給逆變器16的正極開關元件22和26，用來打開開關元件22和26(步驟A7和A2)。
這樣，在第一個單位電流供應周期Ts/2內，只有逆變器16的正極開關元件22和26在反饋的脈寬控制下，進行了連續的高頻(1千赫茲)切換操作(步驟A2至A7)。在此期間，負極開關元件24和28保持斷開。這使得次級電流I2(熔融電流I)具有一種恒電流控制的梯形波形，從而與電流設定值Is基本吻合而沿正極方向流經變壓器18的次級電路(圖4)。
第一單位電流供應周期(Ts/2)一結束，控制裝置32反轉逆變器的極性標志至負極側(步驟A8和A9)，從而能繼續控制第二單位電流供應周期Ts/2(步驟A7)。
在第二個單位電流供應周期(Ts/2)，只有逆變器16的負極開關元件24和28在反饋的脈寬控制下，進行了連續的高頻(1千赫茲)切換操作，而正極開關元件22和26保持斷開(步驟A2至A7)。這就使得次級電流I2(熔融電流I)具有一種恒電流控制的梯形波形，從而與電流設定值Is基本吻合而沿負極方向流經變壓器18的次級電路(圖4)。
從而，在組成整個電流供應時間WE的偶數單位電流供應周期Ts/2中的每個奇數單位電流供應周期內，控制裝置32僅使正極開關元件22和26進行連續的切換操作，而使負極開關元件24和28保持斷開狀態，而在每個偶數單位電流供應周期內，控制裝置32僅使負極開關元件24和28進行連續的切換操作，而使正極開關元件22和26保持斷開狀態。從而使得次級電流I2，即熔融電流I，具有梯形電流波形，該電流在每個奇數單位電流供應周期Ts/2內沿正極方向流經電源設備的次級電路，而在每個偶數單位電流供應周期Ts/2內沿負極方向流經電源設備的次級電路。
照這樣，在每個電流供應周期Ts/2內，梯形波形的熔融電流I在電極6和8之間流過，由于產熱效率高，能產生足夠多的熱能傳遞給工件W，即使當電流峰值Is相對較低時也是這樣。因此，在避免對工件W--尤其是端子鉤狀部分4a的熱沖擊的同時，有可能產生足夠的焦耳熱使絕緣線2的絕緣體2a熔化。
在本實施例中，在去除絕緣體2a之后，電流I流經電極6和8之間的絕緣線2的導體2b，如圖11C所示，這樣就由端子4和絕緣線2這兩者產生了焦耳熱。產生的焦耳熱與加壓裝置34產生的壓力共同作用，把鉤狀部分4a和絕緣線的導體2b通過壓碾連接起來，以達到填密的效果。
一旦電流供應時間WE結束，控制裝置32完全停止逆變器16的工作，從而終止所有的電流供應控制(步驟A11)。然后，在保持時間HOLD結束之后，控制裝置32使加壓裝置34釋放壓力F。
但是，在上述的熔合作業中，在電流供應時間WE內正常電流供應期間，一旦工件W的下壓量達到了預定值，位移測量儀40發出電流中止信號WS(高)。在對逆變器16進行上述的切換控制的過程中，控制裝置32一旦接收到電流中止信號WS，立即取消下一個開關周期(步驟A5)，并進入電流中止處理規程(步驟A10)。
圖5圖示了本實施例受控制裝置32影響的電流中止處理步驟(步驟A10)。除逆變器16中止切換操作之外，本實施例中的控制裝置32允許小電流im流過，以便在中止正常電流供應或有規律的電流供應之后，根據電流中止時的條件，立即消除變壓器18的剩磁。
控制裝置32一旦接收到電流中止信號WS，首先判斷逆變器16的極性或電流I的極性(步驟B1)。如果是正極，即，若電流中止時的極性與電流起始的極性一致，那么，控制裝置32進行隨后的處理或控制。
控制裝置32一接收到電流中止信號WS，就判斷單位電流供應周期Ts/2內的經過的時間Te是否已經超過了設定值Tj(步驟B2)。此處，設定值Tj為確定是否讓消除剩磁的小電流im流過的參考值。設定值Tj可以設為單位電流供應周期Ts/2的30％-60％。
如果經過的時間Te不超過參考值Tj，那么控制裝置32判斷無需讓用于消除剩磁的電流im流過，從而結束當前的電流中止處理步驟(步驟B3)，使逆變器16的切換操作完全中止(步驟A11)。由于逆變器16按時鐘周期CKtc進行切換操作，一旦接收到電流中止信號，在幾個時鐘內即可完全停止操作。此時的次級電流波形如圖7A所示。
若經過的時間Te超過參考值Tj，那么控制裝置32反轉逆變器的極性標志到負極側(步驟B4)，并確定防止出現極性磁化的電流設定值Im和小電流im的電流供應時間Tm(步驟B5)。然后，控制裝置32再次為逆變器16提供與設定條件一致的切換控制(步驟B6、B7和B8)，并在經過電流供應時間Tm(步驟B7)之后，使逆變器16的切換操作完全停止(步驟A11)。
圖6說明了與系列處理步驟(步驟B2至B8)相對應的部分的波形。消除剩磁的小電流im用于防止任何剩磁出現在變壓器18內，由于有規律的電流供應過程中次級交流波形電流I2(I)的中斷，會出現剩磁。選擇的小電流im的電流設定值Im應不至于影響工件W(通過焦耳熱效應)。選擇小電流im的電流供應時間Tm，使之與有規律的電流供應中斷時的單位電流供應周期Ts/2的經過的時間Te成正比。
若電流中斷時的極性為負，即，如果電流供應中斷時的極性與電流起始時的極性相反，那么控制裝置32判斷電流中止時單位電流供應周期Ts/2的經過的時間Te是否小于設定值Tk(步驟B9)。設定值Tk為負極側的參考值，與上述的正極側的參考值Tj意義相同。設定值Tk可以是單位電流供應周期Ts/2的30％-60％。
當經過的時間Te超過了參考值Tk，判斷出無需讓消除剩磁的電流im流過，從而結束當前的電流中止處理步驟(步驟B10)，使逆變器16的切換操作完全停止(步驟A11)。此時的次級電流波形如圖7C所示。
當經過的時間Tk小于參考值Tk，控制裝置32在不改變逆變器16的極性(負極)的條件下，確定消除剩磁的電流設定值Im和小電流im的電流供應時間Tm(步驟B11和B5)。與設定的條件一致，控制裝置32再次為逆變器16提供切換控制(步驟B6、B7和B8)，并在經過電流供應時間Tm(步驟B7)之后，使逆變器16的切換操作完全停止(步驟A11)。此時的次級電流波形如圖7B所示。此時選擇小電流im的電流供應時間Tm，使之與有規律的電流供應中斷時的單位電流供應周期Ts/2的經過的時間Te成反比。
這樣，在本實施例中，當有規律的電流供應對預定的電路中止信號WS作出反應，中斷流經次級側的交流波形的電流I2(I)時，控制裝置32有條件地為逆變器16提供與單位電流供應周期Ts/2的經過的時間及電流中止時的極性一致的切換控制，這樣，適當幅度的小電流im以合適的時間和正確的極性流經次級側，由此避免了在整個熔合作業結束后，任何剩磁殘留在變壓器18內。因此，有可能避免變壓器18內出現極性磁化或磁飽和，由此保證了逆變器16的開關元件22至28的安全。
在上述的實施例中，消除剩磁的小電流im可以按圖8所示逐漸減小。此時，交流電流的包絡線的中心線必須位于與第一個電流供應周期極性相反的極性側。交流周期或頻率可以與有規律的電流供應的周期或頻率相同，也可以不同。
防止變壓器18可能出現的極性磁化或磁飽和的另一種方法是在中斷有規律的電流供應時，結束熔合作業無需進行上述的電流中止處理過程(步驟A10)，而是在下一次熔合作業的有規律的電流供應中，從負極側開始對逆變器16的切換控制。
上述的實施例的交流波形逆變器的電流供應設備被用于熔合作業。但是，這種交流波形逆變器的電流供應設備還能原封不動地應用于允許工件焊接時移動的電阻焊接，如凸焊。此時，同樣地，仍能獲得上述的的操作功能和效果。還能用于工件的有焊料鍍層或錫鍍層的連接面，這樣，連接面被供給與電阻焊接相同的電流，從而被焊接在一起。
本發明能用于回流焊接。圖9為與本發明的另一實施例相對應的，用于回流焊接的交流波形的逆變器電源設備的結構。與上述的熔合作業或電阻焊接中的電源裝置具有相同特點和功能的部件所用的附圖標記與圖1中的相似。
參看圖9，加熱器尖端70有兩個相對的端子70a和70b，它們相對的兩端通過次級導體72分別與變壓器18的次級線圈的相對的兩端連在一起，其間沒有插入任何的整流電路。
加熱器的尖端70由高產熱能力的金屬電阻制成，例如鉬，并且，當電流流過兩端子70a和70b時，由于電阻發熱會產生熱量。加熱器尖端70包括點端(point)70c，在其附近，如它的側面，裝有作為溫度傳感器的熱電偶74。熱電偶74發出電信號(溫度探測信號)St，表征點端70c附近的溫度。加熱器尖端70與加壓裝置34的尖端支撐件76可分離地相連。加壓裝置34用于在接收到控制裝置32發出的壓力控制信號FC后，驅動尖端支撐件76，由此，使加熱器尖端70壓靠在工件W上，由此加壓。位移測量儀40用于監測尖端支撐件76或加熱器尖端70沿高度方向上的位移，并在回流焊接作業的位移量達到設定值時，發出電流中止信號。
為在這種電源設備中實現對加熱器尖端70的加熱溫度的反饋控制，安裝在加熱器尖端70上的熱電偶74發出的模擬溫度檢測信號St被一信號放大電路78放大，并被A-D轉換器80轉換為數字信號，該信號又被輸送給控制裝置32。
與上述的用于熔合作業或電阻焊接的電源設備相似，這種電源設備還可以通過控制裝置32進行如圖2所示的加壓/電流供應流程操作，并在電流供應時間的有規律的電流供應期間實現如圖3所示的電流供應控制步驟。
在電流供應時間內，加熱器尖端70由于電阻發熱產生熱，并且通過其點端70c，給工件W(82,84)待焊接的H區域施加壓力和熱量，如圖10所示。預先在待焊接的區域的連接面上抹上焊料膏，這樣焊料膏在加熱器尖端70的壓力和熱的作用下熔化。在結束電流供應和隨后的壓力釋放之后，焊料凝固，工件W(82,84)上待焊接的區域H通過凝固的焊料被物理連接和電連接。
在圖10所示的作業示例中，工件W的部件之一82為一線圈，另一個部件84是端子。尖端支撐件76通過螺栓86和88與加熱器70的兩個端子70a和70b相接，并且有一個更低的、由導電材料(如銅)制成的末端，作為電流供應裝置10的次級導體72的一部分。每個次級導體72由導電元件72a和72b組成，用絕緣體90使導電元件72a和72b彼此絕緣。
當工件W，尤其是線圈82過度變形時，并且加熱器尖端70的位移量達到上述的回流焊接作業的設定值時，位移測量儀40可以在該時刻發出一個電流中止信號WS，這樣控制裝置32可以對應于信號WS進行與圖5所示的基本相同的電流中止處理過程。
盡管在上述的實施例中，有規律的電流供應在接收到位移測量儀40發出的電流中止信號WS時被中斷，相似的電流中止信號也可以由其它的外部裝置發出，例如，電壓監測裝置，電流監測裝置或溫度監測裝置。這些監測裝置或探測器可以安裝在電源設備中。
盡管上述的實施例中，商業用電頻率的三相交流電流被轉換成直流電流輸入到逆變器16，商業用電頻率的單相交流電流也能被轉換成直流電流。逆變器16的電路結構只是一個示例，還可以對其進行調整。每個單位電流供應周期的電流波形并非僅限于上述實施例中每個單位電流供應周期的電流波形，可以被調整成任何所需的波形。
盡管上述實施例中的電流供應控制采用PWM(脈寬調制)方法進行反饋恒流控制，也可以采用其它的方法，例如，電流峰值控制法或限制器控制方法，其中的電流峰值與逆變器頻率的每個周期的設定值一致。
根據本發明的金屬構件連接或回流焊接方法，正如上文所述，在采用交流波形的電流進行金屬構件的連接或回流焊接時，一旦需要中止有規律的電流供應的情況出現，即使是在交流波形的中期，也能在設定的電流供應時間結束之前立刻中止有規律的電流供應，由此能進行高質量的加工。從而，盡管在交流波形的中期中止有規律的電流供應，通過確保變壓器不出現極性磁力或磁飽和，電源裝置的保護和可靠性就都有了保障。
盡管本文對本發明優選的實施例進行了詳細的說明和圖解，應該理解的是，本發明的內容可以有不同的實施方式，并且所附的權利要求將會包括這些不同于現有技術的改動之處。
權利要求
1．一種金屬構件的連接方法，其中一對電極壓靠在金屬構件上，同時交流波形的電流流經所述兩個電極，通過利用在所述金屬構件中產生的焦耳熱使所述金屬構件連接起來，所述方法包括以下步驟用整流電路將商業用電頻率的交流電壓轉換成直流電壓；由一個逆變器將從所述整流電路輸出的所述直流電壓轉換成高頻的脈沖電壓；通過一個變壓器和所述一對電極，把從所述逆變器輸出的所述高頻脈沖電壓無需所述變壓器的次級側整流即被施加在所述金屬構件上；把單次連接的電流供應時間分割成多個單位電流供應周期，并以所述高頻切換所述逆變器，使具有設定電流值的交流波形的電流流經所述變壓器的次級側，所述變壓器次級側的一極為奇數的單位電流供應周期，另一極為偶數的單位電流供應周期；及在所述電流供應時間內，當中止所述有規律的電流供應的預定現象出現或預定條件被滿足時，中止所述逆變器的轉換工作來中斷有規律的電流供應。
2．如權利要求1中所述的金屬構件連接方法，還包括以下步驟根據所述電流供應中止時的所述單位電流供應周期內的經過時間和極性，為所述逆變器提供切換控制，使得用于消除剩磁的電流流經所述變壓器的次級側。
3．如權利要求2中所述的金屬構件連接方法，其中，用于消除剩磁的所述電流的電流值不會影響所述金屬構件的連接。
4．一種回流焊接方法，其中，將焊料插入金屬構件待焊區域之間，電阻加熱的加熱器尖端與所述金屬構件相連，同時交流波形的電流流經所述加熱器尖端，通過利用在所述加熱器尖端產生的焦耳熱使所述金屬構件的待焊接區域被焊接在一起，所述方法包括以下步驟用整流電路將商業用電頻率的交流電壓轉換成直流電壓；由一個逆變器將從整流電路輸出的直流電壓轉換成高頻的脈沖電壓；通過一個變壓器，把從所述逆變器輸出的所述高頻脈沖電壓無需變壓器次級側的整流即被施加在所述加熱器的尖端；把單次焊接的電流供應時間分割成多個單位電流供應周期，并以所述高頻切換所述逆變器，使具有設定電流值的交流波形的電流流經所述變壓器的次級側，變壓器次級側的一極為奇數的單位電流供應周期，另一極為偶數的單位電流供應周期；及，在所述電流供應時間內，當中止所述有規律的電流供應的預定現象出現或預定條件被滿足時，中止所述逆變器的轉換工作來中斷有規律的電流供應。
5．如權利要求4中所述的回流焊接方法，還包括以下步驟根據所述電流供應中止時的所述單位電流供應周期內的經過時間和極性，為所述逆變器提供切換控制，使得用于消除剩磁的電流流經所述變壓器的次級側。
6．如權利要求5中所述的回流焊接方法，其中所述消除剩磁的電流的電流值不會影響所述金屬構件的焊接。
全文摘要
在組成設定的電流供應時間的多個單位電流供應周期的每個奇數單位電流供應周期內,控制裝置32只使正極開關元件(22,26)按逆變器頻率連續切換,使負極開關元件(24,28)保持斷開,而在每個偶數單位電流供應周期內,只使負極開關元件連續切換,使正極開關元件保持斷開。這使得次級電流I2為梯形波形,該電流在每個奇數和偶數單位電流供應周期內分別沿正極和負極方向流經電源設備的次級電路。當在電流供應期間收到電流中止信號WS時,控制裝置32使逆變器16的切換操作中止,立即中斷電流的供給。
文檔編號H01R43/02GK1314226SQ0111730
公開日2001年9月26日 申請日期2001年3月22日 優先權日2000年3月22日
發明者茂呂享司 申請人:宮地技術株式會社