新型焊接應力消除的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型焊接應力消除機，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絡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。本實用新型通過采用鎖相頻率跟蹤技術實現信號源全橋逆變器的頻率自適應跟蹤，且跟蹤效果優于傳統方法，從而使得超聲波應力消除機有效避免了信號源和超聲換能器因失諧而無法持續工作的問題。
【專利說明】新型焊接應力消除機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種金屬焊接應力消除機，尤其涉及一種新型焊接應力消除機，屬于超聲波焊接應力消除【技術領域】。
【背景技術】
[0002]金屬焊接過程中，由于不均勻溫度場的存在，導致焊件不均勻膨脹與收縮，從而是的焊件內部產生焊接變形并產生焊接應力，從而直接影響金屬構件的承載能力、降低焊接接頭及整個金屬構件的疲勞強度。在遇到外力時，將會產生疲勞斷裂或脆性斷裂而引發事故。為提高構件的安全性和使用壽命，必須有效消除或減小構件的焊接殘余應力。
[0003]目前消除應力的方法主要有熱時效法、自然時效法、振動時效法、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力消除法，我國對超聲波沖擊技術的研究還處于起步階段。而超聲波設備在大功率工作時負載的變化和超聲換能器的溫升和疲勞都會造成超聲換能器的固有諧振頻率發生飄移，導致信號源和超聲換能器失諧而不能工作。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種消除超聲波設備因信號源和超聲換能器失諧而無法持續工作的技術難題的新型焊接應力消除機。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:
[0006]一種新型焊接應力消除機，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絡電路相連接；
[0008]超聲控制模塊包括與匹配網絡電路相連接的采樣調理電路；采樣調理電路與實現頻率跟蹤控制、振幅恒定控制以及參數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動電路、全橋逆變驅動電路和參數顯示電路相連接；直流斬波驅動電路與直流斬波驅動信號電路相連接；直流斬波驅動信號電路與直流斬波電路相連接；全橋逆變驅動電路與全橋逆變驅動信號電路相連接；全橋逆變驅動信號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絡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]采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果為:
[0011]本實用新型通過采用鎖相頻率跟蹤技術實現信號源全橋逆變器的頻率自適應跟蹤，且跟蹤效果優于傳統方法，從而使得超聲波應力消除機有效避免了信號源和超聲換能器因失諧而無法持續工作的問題。【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型實施例的系統總體結構框圖；
[0013]圖2為本實用新型實施例電源模塊結構框圖；
[0014]圖3為本實用新型實施例超聲控制模塊結構框圖；
[0015]圖4為本實用新型實施例超聲沖擊模塊結構框圖。
[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、匹配網絡電路
[0020]301、采樣調理電路302、嵌入式處理器電路
[0021]303、直流斬波驅動電路304、橋逆變驅動電路
[0022]305、直流斬波驅動信號電路 306、全橋逆變驅動信號電路
[0023]307、參數顯示電路401、超聲換能器
[0024]402、超聲變幅桿403、超聲工具頭。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0026]如圖1-4所示，一種新型焊接應力消除機，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與匹配網絡電路205相連接；
[0028]超聲控制模塊2包括與匹配網絡電路205相連接的采樣調理電路301 ;采樣調理電路301與實現頻率跟蹤控制、振幅恒定控制以及參數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分別與直流斬波驅動電路303、全橋逆變驅動電路304和參數顯示電路307相連接；直流斬波驅動電路303與直流斬波驅動信號電路305相連接；直流斬波驅動信號電路305與直流斬波電路202相連接；全橋逆變驅動電路304與全橋逆變驅動信號電路306相連接；全橋逆變驅動信號電路306與全橋逆變器電路203相連接；
[0029]超聲沖擊模塊3包括與匹配網絡電路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]本實用新型的工作原理是通過采用鎖相頻率跟蹤技術實現超聲信號源與超聲沖擊端的諧振，保證超聲沖擊端的持續工作。具體描述如下:系統工作時首先設定負載端(超聲沖擊模塊3)換能器401中心頻率，再啟動掃頻程序在正負300Hz內掃描。若系統諧振，則負載端電壓、電流相位相同，鎖定該工作頻率；若系統失諧，則電壓、電流就存在電壓差，通過鎖相環技術將相位差變換成跟蹤誤差電壓，利用直接頻率合成技術改變信號源的輸出信號頻率，使系統向相位差減小 的方向調節，達到諧振狀態，使系統輸出最大機械功。
[0031]本實用新型通過采集瞬時負載端電壓、電流相位實現鎖相頻率跟蹤，進而實現信號源全橋逆變器的頻率自適應跟蹤，且跟蹤效果好于傳統方法，從而使得超聲波應力消除機有效避免了信號源和超聲換能器因失諧而無法持續工作的問題。
[0032]如附圖1所示，本實用新型一種新型焊接應力消除機包括電源模塊1、超聲控制模塊2、超聲沖擊模塊3。其中電源模塊I主要實現將市電從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的輸出信號頻率，實現超聲波信號源頻率的自適應跟蹤；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、匹配網絡電路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、匹配網絡電路205順序串聯連接。其中，整流濾波電路201將市電轉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，實現功率控制；同時，為了跟蹤諧振頻率和實現功率控制，直流斬波電路202還需要根據附圖3中直流斬波驅動電路303饋送的參數，穩定輸出功率；全橋逆變器電路203還需根據附圖3中全橋逆變驅動電路304饋送的參數，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依據跟蹤頻率，將直流斬波電路202送來的直流電壓轉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送來的高頻方波交流電變至所需的工作電壓，再饋送給過匹配網絡電路205 ;匹配網絡電路205根據高頻變壓器204送來的工作電壓進行調諧、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的信號源。
[0034]如附圖3所示，超聲控制模塊2主要包括采樣調理電路301、嵌入式處理器電路302即DSP電路模塊、直流斬波驅動電路303、全橋逆變驅動電路304、參數顯示電路307等。由于超聲信號源屬于大電流大電壓設備，不能直接進行反饋，因此要通過采樣調理電路301進行取樣并調理，采樣調理電路301實時采集瞬時電源模塊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，根據采樣調理電路301采集的信號，利用頻率跟蹤控制算法獲得頻率跟蹤控制參數，并饋送給全橋逆變驅動電路304 ;嵌入式處理器電路302根據采樣調理電路301采集的信號，利用振幅恒定控制算法計算控制量，再饋送給直流斬波驅動電路303 ;嵌入式處理器電路302將顯示參數，例如當前電源模塊I輸送的信號源頻率、功率等送給參數顯示電路307;直流斬波驅動電路303接收嵌入式處理器電路302送來的振幅恒定控制參數，再饋送至直流斬波電路202 ;全橋逆變驅動電路304接收嵌入式處理器電路302送來的頻率跟蹤控制參數，再饋送至全橋逆變器電路203 ;參數顯示電路307接收嵌入式處理器電路302發送的顯示參數并顯示。
[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順序串聯連接。其中超聲換能器401根據電源模塊I輸出的超聲信號源將電能轉為機械能，并送至超聲變幅桿402 ;超聲變幅桿402放大機械振幅，并驅動超聲工具頭403 ;超聲工具頭403振動沖擊，此外，由于焊接區域形狀各異，超聲工具頭403可根據需要采用不同的形式如鴨嘴式、點式等。
[0036]本實用新型不局限于上述具體的實施方式，本領域的普通技術人員從上述構思出發，不經過創造性的勞動，所作出的種種變換，均落在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種新型焊接應力消除機，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絡電路相連接； 超聲控制模塊包括與匹配網絡電路相連接的采樣調理電路；采樣調理電路與實現頻率跟蹤控制、振幅恒定控制以及參數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動電路、全橋逆變驅動電路和參數顯示電路相連接；直流斬波驅動電路與直流斬波驅動信號電路相連接；直流斬波驅動信號電路與直流斬波電路相連接；全橋逆變驅動電路與全橋逆變驅動信號電路相連接；全橋逆變驅動信號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絡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】C21D10/00GK203741382SQ201420151822
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】馮友兵, 許琳莉, 王建華 申請人:馮友兵