３２
・焊接设备与材料・焊接技术第４１卷第２期２０１２年２月
文章编号：１００２—０２５Ｘ（２０１２）０２—００３２埘
超薄不锈钢板超级电容储能点焊机的研制
徐向前．周好斌
（西安石油大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００６５）
摘要：针对超薄不锈铜板应用常规的储能焊焊接时焊接工艺参数难以控制．提出了基于超级电容器的储能焊焊机的研制。通过分析超级电容器原理及其模型，得出了将其应用于储能点焊的理论依据。根据点焊过程中所需的能量对电容组贮存能量进行控制。以及电阻点焊过程中动态电阻的变化规律对放电回路的电流进行控制，可较好地解决点焊工艺参数较硬的问题。
关键词：超级电客；点焊；高频脉冲电流中图分类号：ＴＧ４３８．２
文献标志码：Ｂ
一般使串联内阻Ｒ。减小至数ｍＱ。且并联泄漏
０序言
电阻尺Ｆ》Ｒｓ。此时，阻抗Ｚ为：
对于厚度仅为Ｏ．１ｍｍ的超薄３０４不锈钢板进行点焊时。使用常规的储能焊进行焊接时很易造成烧穿或焊不上。点焊工艺参数不易控制。很难达到预期的焊接质量要求。因此，本文针对这一问题。提出了基于超级电容器的储能点焊焊机的研制。根据点焊过程中所需的能量对超级电容组贮存能量进行控制以及电阻点焊过程中动态电阻的变化规律对放电回路的电流进行控制，这样可较好地解决焊接规范较硬的问题。
压Ｒ一［础一ｌ，（∞Ｃ）］，
式中：Ｚ为阻抗；∞为频率；尺ｓ为串联内阻…。
这时呈现的自谐振频率为：
（１）
蚱１／（ＬＣ）比，
式中：∞。为自谐振频率［引。
（２）
这样超级电容只在频率低于‰时才能高效地储存电能。所以在电容储能焊充电过程中，选择低频限流充电，因此，可将图ｌ所示的模型简化为图２所示的串联ＲＣ模型。图２所示串联ＲＣ电路是超级电容
１超级电容器在储能点焊中的应用分析及设计
１．１
器模型中最简单的一种等效电路模型。Ｒ是等效串联电阻，Ｃ是理想电容。这个模型便于超级电容器储能模块的充放电分析和计算，而且生产超级电容器的公司都会给出Ｃ和等效内阻Ｒ［５］。在电容储能焊焊接过程中，通常超级电容器要在很短的时间内完成放电过程，瞬时释放的峰值电流高达数百甚至上千Ａ。此时，超级电容器的模型必须要考虑等效串联电感Ｌ在电流上升和下降时所造成的阻碍作用。因此，本文采用了图３所示的超级电容器在储能焊焊接过程中的等效电路模型。它由一个电容Ｃ、一个等效串联内阻Ｒ和一个等效串联电感Ｌ构成。
Ｃ
超级电容器简介及其应用模型
超级电容器与电解电容器相比。拥有巨大的容
量，是因为其基于双电层电容器的原理［卜３１。通常，双电层电容的容量与孔隙率和电极材料的比面积有密切关系。孔隙率越高，电极材料的比表面积越大，则容值也越大。超级电容器两个电极材料多采用多孔活性炭电极，且两电极之间间距仅为纳米级，具有很大的有效极板面积，可以达到２００ｍ２／ｇ，所以超级电容器可以有巨大的容量。
因此，要将超级电容器储能应用于电容储能焊。必须对超级电容器充电和放电的应用模型进行分析和研究。在工程中或在电化学设计时常用的模型为串联ＲＬＣ模型，如图１所示。
收稿日期：２０１１—０９—１９
圈ｌ串鞋ＲＬＣ模型
万方数据
ＷｅＩｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏ灯Ｖ０１．４ｌ
—４
Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２０１２田２旱联Ｒｃ梗翌
—＾—４叫当
圈３超级电窖嚣在储能焊焊接过程中的等效电路模型
１．２超级电容组的设计
在电容储能焊焊接过程中。其能量传递过程满足式（３）：
叼・÷ｃ醒＝ＥＩ＋易，
（３）
式中：Ｃ为电容，Ｆ；，７为电容放电效率，Ａ；巩为
电容充电电压，Ｖ；Ｅ。为工件达到焊接温度所需要的能量，Ｊ；Ｅ：为工件及焊接回路上损失的能量，Ｊ。
Ｅ。为焊接过程中工件所需的能量，也就是电流通过焊接区产生的电阻热。而超级电容器的单体均为低压，额定电压值（耐压值）在３Ｖ左右。所以相对高压的电容器组需要多只单体的串并联组合。设计ｍ只超级电容器的单体串联为一组，而后由ｎ组并联。设超级电容器的单体的容量值为ｃｏ，耐压值为％，则ｍ只电容器串联为一组。每组电容器的容量值为ｃ０／ｍ，承受耐压值为ｍ木砜；并联几组，则并联后电容器组的整体容量为Ｃ＝扩ｃｏ／ｍ，总的耐压值为Ｕ＝ｍ，．ｃ砜。这样结合式（３）就容易算出ｍ和ｎ的值。
通过分析超级电容器的原理及模型确定了其应用于储能点焊时的充电和放电应用模型；通过对电阻点焊原理和超级电容器耐压值的分析，对超级电容组进行了设计。超级电容组的设计为储能点焊焊机的设计奠定了基础。
２设计思路
从式（３）可以得出：调节释放到工件上的焊接能量的大小有３种方法，其一是，％保持不变，增
大Ｃ；其二，增大％，Ｃ保持不变；其三，魄和Ｃ
均变化。这３种方法都可以改变点焊电流的大小。又
由式（３）知电容充电电压对电容储能魄有指数放大
作用，且要点焊的是厚度仅为０．１ｍｍ的超薄材料，所以能量的控制要求精确，为此提出了调节电容组容量的大小来调节点焊能量的方案，如图４所示。通过改变电容组的并联电容的数量来控制电容组的总容量
万方数据
・焊接设备与材料・３３
值，使得能量的精确控制有了可能。
圈４焊机原理简圈
图５为控制系统的硬件结构构成图。焊机通电之后，单片机复位、初始化，单片机将完成点焊工艺参
数的设定。单片机完成焊接参数设定后。按照设定的程序控制焊机的充放电过程。在充电过程中，单片机通过外部接口电路采集充电电流、电压。采取低频控压限流充电，充电完成后。由单片机控制高频放电电路完成电容放电，实现放电焊接的目的，完成整个点焊过程。
显示电路ｌｌ同步电路｜ｌ保护电路
脉冲ｌ
ｓｃＲ
放大卜＿叫导通信号
譬嚣Ｈ
单片机
警是ｌｌ耄嘉Ｉｌ詈耄｜｜警嘉｜｜喜奖ｌｌ鏊寄
田５簟片机控制系统
３充电回路设计
充电电路设计时采用图２所示的超级电容模型。等效内阻和容值。生产超级电容器的公司都已给出，
所以，该模型适合超级电容器储能模块的充电电路分析和计算。
合适的充电方式可以提高焊机对电网的利用效率，减小充电电流对电网的冲击。为提高充电效率同时减小对电网的冲击。采用了图４所示的控压限流的充电方式。
交流电经整流后得到直流电压经过晶闸管加在电容上，晶闸管Ｑ，的触发角在充电过程中按一定的规律调整，其变化规律可以达到控制充电电流和限制电容电压的目的【６］。充电过程就是在每个充电交流半周
３４・焊接设备与材料
焊接技术
第４Ｉ卷第２期２０１２年２月
开始时检测电容器上的电压，根据此电压确定下一充电半周晶闸管Ｑ，的导通角晶闸管的导通角。设置合适的初始触发角，能够起到防止充电电流过大，避免对电网造成冲击。随着电容器组上电压的不断升高触发角将逐渐减小，充电电压逐步升高。这样可以使充电进行到使电容器组上电压达到预定的电压。
点焊区温度的提高，材料硬度降低，不断软化。工件与工件接触面积增大．有效导电面积增大导致接触电阻减小。
因此，设计了图４所示的放电电路，开关管Ｑ：的控制信号ＰｗＭ的占空比的变化规律依据文献［６］表明的电阻点焊过程中动态电阻变化规律进行设定。当电容充电时，开关管Ｑ：处于关断状态，功率二极
４放电回路设计
电阻焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热。根据焦耳定律，热量彤为：
，０
管Ｄ，也处于关闭状态；当电容充电完成，单片机接到了焊接指令后，且检测到晶闸管Ｏ。处于关闭状态时，才送出ＰｗＭ信号来控制开关管Ｑ：通断。当Ｑ：
（４）
Ⅳ＝１．ｉ２（ｔ）Ｒ（ｔ）山，
导通时，功率二极管Ｄ，处于反向截止；当Ｑ：关断时，功率二极管现起到续流的作用。当电容放电时，储能电容器Ｃ已经具有程序设定的电能．以电压形式表现出来。此时开关管Ｏ：有ＰｗＭ控制其开通与关断．从而得到高频脉冲电流。
这样在点焊时使用的是低压大电流的高频脉冲，
式中：ｉ（￡）为通过焊接区的瞬时电流，Ａ；只（ｔ）为通过焊接区的电阻，ｎ；ｔ。为点焊时间，ｓ。
点焊时，单位时间内产生的热量称为热源强度‰，可用式（５）表示：
山庐￡Ｒ＝￡／０。，
（５）
增加了焊机的安全性。在放电过程中对放电电流进行控制，可减小飞溅，提高点焊质量。
依据上述，研制了超薄不锈钢板储能点焊焊机，并进行了点焊试验。根据点焊的层数的不同。选择了
式中：以为电极间电压的均方根值．Ｖ；Ｌ为点焊电流均方根值的平均值，Ａ；尺为焊接区的平均电阻，
ｎ。
单位时间在单位体积内产生的热量叫作体积热源强度∞。由式（６）表示：
不同的充电能量。即选择了不同的电容器组的容量。分别对２层母材、３层母材、４层母材的焊点进行金
ｍ，鼋ｐＩ，
的电阻率．ｎ－ｍｍ。
（６）
相观察．如图６所示。
式中：ｊ。为点焊时的电流密度，Ａ，ｍｍ２；ｎ为焊接区
体积热源强度影响加热速度，强度越大，加热速度越大。热源特性的参数是焊接区的电阻、电阻率、电流和电流密度，而电阻又跟电阻率相关，电流也与电流密度相关。电阻率和材料相关。因此要改善点焊过程的产热情况，就需要根据材料来制定不同的点焊电流密度参数。
因此。要对厚度为０．１ｍｍ的超薄３０４不锈钢进行点焊，需要分析焊接区的电阻、电流对点焊质量的影响．并且分析点焊过程中的电阻的变化规律。
在点焊初期，由于接触电阻快速消失，导致动态电阻迅速下降，随后动态电阻变化曲线以较低的变化率保持单调下降趋势…。文献［８］表明：０．８５ｍｍ厚的３０４不锈钢动态电阻呈单调下降特性，通电初始，由于温度较低，材料硬度高，接触电阻比较大，随着
万方数据
（３）依据点焊过程中电阻的变化规律控制储能电容组放电电流，采用高频脉冲电流进行放电点焊，在满足焊点强度的前提下有效地减小了飞溅。
参考文献：
［１］陈英放，李媛握．邛梅根，等超级电容器的原理及应用［Ｊ］．电
子元件与材料，２００８（２７）：６—９
［２］刘志样．超级电容器相关技术研究［Ｄ］黑龙江哈尔滨：啥尔滨
４崖”＂＾群
工程大学．２００２
重６不同点焊工艺●散下的焊点形棘盒相厢片
［３］陈永真电容器及其应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２∞５
［４］ｃｏｎｗ封ＢＥ电化学超级电容器［Ｍ］陈艾，吴孟强，张绪札．
由图６可看出．焊点组织无气孔、裂纹等微观点焊缺陷。
等译．北京：化学工业出版社，２００５．
［５］李东海．超级电容器模块化技术的研究［Ｄ］北京：中国科学院电
工研究所．蛳
［６］盛经志，王敏大容量电容储能点焊机充电电路计算机优化设
计【Ｊ】．电焊机，２００２，３２（１１）：１９—２２
［７ｊ中国机械工程学会焊接学会电阻焊（Ⅲ）专业委员会电阻焊理
论与实践［Ｍ］．北京：机械工业出版杜，１９９４
［８］文静，王春生．徐国威，等不锈钢电阻点焊过程中的动态电
阻变化规律分析［Ｊ］．焊接学报，２００８，２９（１１）：６９—７２．
５结论
（１）超薄不锈钢钢板的储能点焊焊机，采用超级电容作为储能元件．充电采用图２所示的模型，放电采用图３所示的模型．可靠可行。
（２）通过改变电容组的容值控制焊接能量，采用控压限流的充电方式对电容组进行充电，有效地满足了超薄不锈钢板点焊焊接过程中的焊接能量控制要求。
作者筒介：徐向前（１９７９一），男．山东东营人，硕士，讲师，主要从事材料加工成套设备厦其自动控制的研究
牙壮牙毡声ｇ啦奔＿苔啦霉茗§等Ｌ譬嚼牙址睾留啦毋石‰莽增‰牙弛￥牙叫毋占啦薄零穹现妻苦峙彝莓‰岔弛滓＿茗譬再ｇ啦萍牙屿莽葛譬雾若‰瘫牙毡声誉＆葛ｇ
（上接第２５页）
焊层稀释率严重．堆焊层硬度不能满足要求。所以在堆焊时必须严格执行焊接工艺中的要求．控制好焊接工艺参数．以尽量减小热输入。
（２）堆焊时预热温度控制不均匀，过高或过低，以及堆焊过程中温度变化较大，都会导致产生裂纹，所以堆焊时要严格采取保温措施。过渡层堆焊完毕需要及时按照工艺规程进行热处理。
（３）焊件表面杂质未能清理干净，或者层间熔渣、药皮未清除干净．导致出现焊接缺陷，所以在下层焊接前，应对上层焊道清除熔渣、药皮等杂物。
参考文献：
的合理性。
（３）制作适用的锥体胎具，保证了产品堆焊的质量．产品堆焊顺利完成。
（４）选择Ｈ３０９ＬＭｏ，Ｈ３１６Ｌ焊带匹配ＳＪ３０４焊剂，同时采用合理的工艺参数，并焊前进行预热，焊后及时热处理．是保证堆焊质量的关键。
［１】中国机械丁程学会焊接学会焊接手册［射］２版北京：机械工
业出版社．２００１．
［２］金向红带饭堆焊在化工设备制造中的应用［Ｊ】化工设备与防腐
蚀，１９９８．１（４）：２６－２８
【３］郭会民．李万万，１６ＭｎＲ低合金钢管板带极堆焊工艺研究及应用
７结论
（Ｉ）按照以上工艺对产品进行堆焊。并按照ＪＢ，ｒ４７３０一２００５进行无损检测，保证了堆焊质量。
（２）采用此焊接工艺焊接的产品，经检验，性能等各项指标均符合标准和相关要求．证明了以上工艺
［Ｊ］．火箭推进．２０Ｄ６，３２（３）：４４－５０
作者简介：郭晓春（１９６８～），男．高级工程师，１９９１年毕业于中国石油大学（华东）焊接工艺厦设备专业．现从事压力容器制造管理Ｔ作，发表论文２０余篇．
万方数据
超薄不锈钢板超级电容储能点焊机的研制
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
徐向前， 周好斌
西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安,710065焊接技术
Welding Technology2012,41(2)
1. 陈英放. 李媛媛. 邓梅根 超级电容器的原理及应用 2008(27)2. 刘志祥 超级电容器相关技术研究[学位论文] 20023. 陈永真 电容器及其应用 2005
4. Conway B E. 陈艾. 吴孟强. 张绪礼 电化学超级电容器 20055. 李东海 超级电容器模块化技术的研究 2006
6. 盛经志. 王敏 大容量电容储能点焊机充电电路计算机优化设计[期刊论文]-电焊机 2002(11)7. 中国机械工程学会焊接学 会电阻焊(Ⅲ)专业委员会 电阻焊理论与实践 1994
8. 文静. 王春生. 徐国成 不锈钢电阻点焊过程中的动态电阻变化规律分析[期刊论文]-焊接学报 2008(11)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hanjiejs201202011.aspx
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・焊接设备与材料・焊接技术第４１卷第２期２０１２年２月
文章编号：１００２—０２５Ｘ（２０１２）０２—００３２埘
超薄不锈钢板超级电容储能点焊机的研制
徐向前．周好斌
（西安石油大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００６５）
摘要：针对超薄不锈铜板应用常规的储能焊焊接时焊接工艺参数难以控制．提出了基于超级电容器的储能焊焊机的研制。通过分析超级电容器原理及其模型，得出了将其应用于储能点焊的理论依据。根据点焊过程中所需的能量对电容组贮存能量进行控制。以及电阻点焊过程中动态电阻的变化规律对放电回路的电流进行控制，可较好地解决点焊工艺参数较硬的问题。
关键词：超级电客；点焊；高频脉冲电流中图分类号：ＴＧ４３８．２
文献标志码：Ｂ
一般使串联内阻Ｒ。减小至数ｍＱ。且并联泄漏
０序言
电阻尺Ｆ》Ｒｓ。此时，阻抗Ｚ为：
对于厚度仅为Ｏ．１ｍｍ的超薄３０４不锈钢板进行点焊时。使用常规的储能焊进行焊接时很易造成烧穿或焊不上。点焊工艺参数不易控制。很难达到预期的焊接质量要求。因此，本文针对这一问题。提出了基于超级电容器的储能点焊焊机的研制。根据点焊过程中所需的能量对超级电容组贮存能量进行控制以及电阻点焊过程中动态电阻的变化规律对放电回路的电流进行控制，这样可较好地解决焊接规范较硬的问题。
压Ｒ一［础一ｌ，（∞Ｃ）］，
式中：Ｚ为阻抗；∞为频率；尺ｓ为串联内阻…。
这时呈现的自谐振频率为：
（１）
蚱１／（ＬＣ）比，
式中：∞。为自谐振频率［引。
（２）
这样超级电容只在频率低于‰时才能高效地储存电能。所以在电容储能焊充电过程中，选择低频限流充电，因此，可将图ｌ所示的模型简化为图２所示的串联ＲＣ模型。图２所示串联ＲＣ电路是超级电容
１超级电容器在储能点焊中的应用分析及设计
１．１
器模型中最简单的一种等效电路模型。Ｒ是等效串联电阻，Ｃ是理想电容。这个模型便于超级电容器储能模块的充放电分析和计算，而且生产超级电容器的公司都会给出Ｃ和等效内阻Ｒ［５］。在电容储能焊焊接过程中，通常超级电容器要在很短的时间内完成放电过程，瞬时释放的峰值电流高达数百甚至上千Ａ。此时，超级电容器的模型必须要考虑等效串联电感Ｌ在电流上升和下降时所造成的阻碍作用。因此，本文采用了图３所示的超级电容器在储能焊焊接过程中的等效电路模型。它由一个电容Ｃ、一个等效串联内阻Ｒ和一个等效串联电感Ｌ构成。
Ｃ
超级电容器简介及其应用模型
超级电容器与电解电容器相比。拥有巨大的容
量，是因为其基于双电层电容器的原理［卜３１。通常，双电层电容的容量与孔隙率和电极材料的比面积有密切关系。孔隙率越高，电极材料的比表面积越大，则容值也越大。超级电容器两个电极材料多采用多孔活性炭电极，且两电极之间间距仅为纳米级，具有很大的有效极板面积，可以达到２００ｍ２／ｇ，所以超级电容器可以有巨大的容量。
因此，要将超级电容器储能应用于电容储能焊。必须对超级电容器充电和放电的应用模型进行分析和研究。在工程中或在电化学设计时常用的模型为串联ＲＬＣ模型，如图１所示。
收稿日期：２０１１—０９—１９
圈ｌ串鞋ＲＬＣ模型
万方数据
ＷｅＩｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏ灯Ｖ０１．４ｌ
—４
Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２０１２田２旱联Ｒｃ梗翌
—＾—４叫当
圈３超级电窖嚣在储能焊焊接过程中的等效电路模型
１．２超级电容组的设计
在电容储能焊焊接过程中。其能量传递过程满足式（３）：
叼・÷ｃ醒＝ＥＩ＋易，
（３）
式中：Ｃ为电容，Ｆ；，７为电容放电效率，Ａ；巩为
电容充电电压，Ｖ；Ｅ。为工件达到焊接温度所需要的能量，Ｊ；Ｅ：为工件及焊接回路上损失的能量，Ｊ。
Ｅ。为焊接过程中工件所需的能量，也就是电流通过焊接区产生的电阻热。而超级电容器的单体均为低压，额定电压值（耐压值）在３Ｖ左右。所以相对高压的电容器组需要多只单体的串并联组合。设计ｍ只超级电容器的单体串联为一组，而后由ｎ组并联。设超级电容器的单体的容量值为ｃｏ，耐压值为％，则ｍ只电容器串联为一组。每组电容器的容量值为ｃ０／ｍ，承受耐压值为ｍ木砜；并联几组，则并联后电容器组的整体容量为Ｃ＝扩ｃｏ／ｍ，总的耐压值为Ｕ＝ｍ，．ｃ砜。这样结合式（３）就容易算出ｍ和ｎ的值。
通过分析超级电容器的原理及模型确定了其应用于储能点焊时的充电和放电应用模型；通过对电阻点焊原理和超级电容器耐压值的分析，对超级电容组进行了设计。超级电容组的设计为储能点焊焊机的设计奠定了基础。
２设计思路
从式（３）可以得出：调节释放到工件上的焊接能量的大小有３种方法，其一是，％保持不变，增
大Ｃ；其二，增大％，Ｃ保持不变；其三，魄和Ｃ
均变化。这３种方法都可以改变点焊电流的大小。又
由式（３）知电容充电电压对电容储能魄有指数放大
作用，且要点焊的是厚度仅为０．１ｍｍ的超薄材料，所以能量的控制要求精确，为此提出了调节电容组容量的大小来调节点焊能量的方案，如图４所示。通过改变电容组的并联电容的数量来控制电容组的总容量
万方数据
・焊接设备与材料・３３
值，使得能量的精确控制有了可能。
圈４焊机原理简圈
图５为控制系统的硬件结构构成图。焊机通电之后，单片机复位、初始化，单片机将完成点焊工艺参
数的设定。单片机完成焊接参数设定后。按照设定的程序控制焊机的充放电过程。在充电过程中，单片机通过外部接口电路采集充电电流、电压。采取低频控压限流充电，充电完成后。由单片机控制高频放电电路完成电容放电，实现放电焊接的目的，完成整个点焊过程。
显示电路ｌｌ同步电路｜ｌ保护电路
脉冲ｌ
ｓｃＲ
放大卜＿叫导通信号
譬嚣Ｈ
单片机
警是ｌｌ耄嘉Ｉｌ詈耄｜｜警嘉｜｜喜奖ｌｌ鏊寄
田５簟片机控制系统
３充电回路设计
充电电路设计时采用图２所示的超级电容模型。等效内阻和容值。生产超级电容器的公司都已给出，
所以，该模型适合超级电容器储能模块的充电电路分析和计算。
合适的充电方式可以提高焊机对电网的利用效率，减小充电电流对电网的冲击。为提高充电效率同时减小对电网的冲击。采用了图４所示的控压限流的充电方式。
交流电经整流后得到直流电压经过晶闸管加在电容上，晶闸管Ｑ，的触发角在充电过程中按一定的规律调整，其变化规律可以达到控制充电电流和限制电容电压的目的【６］。充电过程就是在每个充电交流半周
３４・焊接设备与材料
焊接技术
第４Ｉ卷第２期２０１２年２月
开始时检测电容器上的电压，根据此电压确定下一充电半周晶闸管Ｑ，的导通角晶闸管的导通角。设置合适的初始触发角，能够起到防止充电电流过大，避免对电网造成冲击。随着电容器组上电压的不断升高触发角将逐渐减小，充电电压逐步升高。这样可以使充电进行到使电容器组上电压达到预定的电压。
点焊区温度的提高，材料硬度降低，不断软化。工件与工件接触面积增大．有效导电面积增大导致接触电阻减小。
因此，设计了图４所示的放电电路，开关管Ｑ：的控制信号ＰｗＭ的占空比的变化规律依据文献［６］表明的电阻点焊过程中动态电阻变化规律进行设定。当电容充电时，开关管Ｑ：处于关断状态，功率二极
４放电回路设计
电阻焊的热源是电流通过焊接区产生的电阻热。根据焦耳定律，热量彤为：
，０
管Ｄ，也处于关闭状态；当电容充电完成，单片机接到了焊接指令后，且检测到晶闸管Ｏ。处于关闭状态时，才送出ＰｗＭ信号来控制开关管Ｑ：通断。当Ｑ：
（４）
Ⅳ＝１．ｉ２（ｔ）Ｒ（ｔ）山，
导通时，功率二极管Ｄ，处于反向截止；当Ｑ：关断时，功率二极管现起到续流的作用。当电容放电时，储能电容器Ｃ已经具有程序设定的电能．以电压形式表现出来。此时开关管Ｏ：有ＰｗＭ控制其开通与关断．从而得到高频脉冲电流。
这样在点焊时使用的是低压大电流的高频脉冲，
式中：ｉ（￡）为通过焊接区的瞬时电流，Ａ；只（ｔ）为通过焊接区的电阻，ｎ；ｔ。为点焊时间，ｓ。
点焊时，单位时间内产生的热量称为热源强度‰，可用式（５）表示：
山庐￡Ｒ＝￡／０。，
（５）
增加了焊机的安全性。在放电过程中对放电电流进行控制，可减小飞溅，提高点焊质量。
依据上述，研制了超薄不锈钢板储能点焊焊机，并进行了点焊试验。根据点焊的层数的不同。选择了
式中：以为电极间电压的均方根值．Ｖ；Ｌ为点焊电流均方根值的平均值，Ａ；尺为焊接区的平均电阻，
ｎ。
单位时间在单位体积内产生的热量叫作体积热源强度∞。由式（６）表示：
不同的充电能量。即选择了不同的电容器组的容量。分别对２层母材、３层母材、４层母材的焊点进行金
ｍ，鼋ｐＩ，
的电阻率．ｎ－ｍｍ。
（６）
相观察．如图６所示。
式中：ｊ。为点焊时的电流密度，Ａ，ｍｍ２；ｎ为焊接区
体积热源强度影响加热速度，强度越大，加热速度越大。热源特性的参数是焊接区的电阻、电阻率、电流和电流密度，而电阻又跟电阻率相关，电流也与电流密度相关。电阻率和材料相关。因此要改善点焊过程的产热情况，就需要根据材料来制定不同的点焊电流密度参数。
因此。要对厚度为０．１ｍｍ的超薄３０４不锈钢进行点焊，需要分析焊接区的电阻、电流对点焊质量的影响．并且分析点焊过程中的电阻的变化规律。
在点焊初期，由于接触电阻快速消失，导致动态电阻迅速下降，随后动态电阻变化曲线以较低的变化率保持单调下降趋势…。文献［８］表明：０．８５ｍｍ厚的３０４不锈钢动态电阻呈单调下降特性，通电初始，由于温度较低，材料硬度高，接触电阻比较大，随着
万方数据
（３）依据点焊过程中电阻的变化规律控制储能电容组放电电流，采用高频脉冲电流进行放电点焊，在满足焊点强度的前提下有效地减小了飞溅。
参考文献：
［１］陈英放，李媛握．邛梅根，等超级电容器的原理及应用［Ｊ］．电
子元件与材料，２００８（２７）：６—９
［２］刘志样．超级电容器相关技术研究［Ｄ］黑龙江哈尔滨：啥尔滨
４崖”＂＾群
工程大学．２００２
重６不同点焊工艺●散下的焊点形棘盒相厢片
［３］陈永真电容器及其应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２∞５
［４］ｃｏｎｗ封ＢＥ电化学超级电容器［Ｍ］陈艾，吴孟强，张绪札．
由图６可看出．焊点组织无气孔、裂纹等微观点焊缺陷。
等译．北京：化学工业出版社，２００５．
［５］李东海．超级电容器模块化技术的研究［Ｄ］北京：中国科学院电
工研究所．蛳
［６］盛经志，王敏大容量电容储能点焊机充电电路计算机优化设
计【Ｊ】．电焊机，２００２，３２（１１）：１９—２２
［７ｊ中国机械工程学会焊接学会电阻焊（Ⅲ）专业委员会电阻焊理
论与实践［Ｍ］．北京：机械工业出版杜，１９９４
［８］文静，王春生．徐国威，等不锈钢电阻点焊过程中的动态电
阻变化规律分析［Ｊ］．焊接学报，２００８，２９（１１）：６９—７２．
５结论
（１）超薄不锈钢钢板的储能点焊焊机，采用超级电容作为储能元件．充电采用图２所示的模型，放电采用图３所示的模型．可靠可行。
（２）通过改变电容组的容值控制焊接能量，采用控压限流的充电方式对电容组进行充电，有效地满足了超薄不锈钢板点焊焊接过程中的焊接能量控制要求。
作者筒介：徐向前（１９７９一），男．山东东营人，硕士，讲师，主要从事材料加工成套设备厦其自动控制的研究
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焊层稀释率严重．堆焊层硬度不能满足要求。所以在堆焊时必须严格执行焊接工艺中的要求．控制好焊接工艺参数．以尽量减小热输入。
（２）堆焊时预热温度控制不均匀，过高或过低，以及堆焊过程中温度变化较大，都会导致产生裂纹，所以堆焊时要严格采取保温措施。过渡层堆焊完毕需要及时按照工艺规程进行热处理。
（３）焊件表面杂质未能清理干净，或者层间熔渣、药皮未清除干净．导致出现焊接缺陷，所以在下层焊接前，应对上层焊道清除熔渣、药皮等杂物。
参考文献：
的合理性。
（３）制作适用的锥体胎具，保证了产品堆焊的质量．产品堆焊顺利完成。
（４）选择Ｈ３０９ＬＭｏ，Ｈ３１６Ｌ焊带匹配ＳＪ３０４焊剂，同时采用合理的工艺参数，并焊前进行预热，焊后及时热处理．是保证堆焊质量的关键。
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７结论
（Ｉ）按照以上工艺对产品进行堆焊。并按照ＪＢ，ｒ４７３０一２００５进行无损检测，保证了堆焊质量。
（２）采用此焊接工艺焊接的产品，经检验，性能等各项指标均符合标准和相关要求．证明了以上工艺
［Ｊ］．火箭推进．２０Ｄ６，３２（３）：４４－５０
作者简介：郭晓春（１９６８～），男．高级工程师，１９９１年毕业于中国石油大学（华东）焊接工艺厦设备专业．现从事压力容器制造管理Ｔ作，发表论文２０余篇．
万方数据
超薄不锈钢板超级电容储能点焊机的研制
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
徐向前， 周好斌
西安石油大学材料科学与工程学院,陕西西安,710065焊接技术
Welding Technology2012,41(2)
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