鋁釬焊感應(yīng)加熱溫度控制技術(shù)

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1、鋁釬焊中的感應(yīng)加熱溫度控制技術(shù)曹金臺(tái)（上海橋立電氣有限公司）摘要：介紹了感應(yīng)加熱釬焊鋁合金中影響溫度控制的要素，論述了影響精度控制及溫度分布等問題的原因及相應(yīng)的解決方案。關(guān)鍵詞：感應(yīng)釬焊溫度控制1.引言在感應(yīng)釬焊中，溫度控制是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，感應(yīng)釬焊的工作原理是利用感應(yīng)器產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在工件中感應(yīng)電流從而產(chǎn)生熱能，由于在加熱過程中，線圈電流、工件內(nèi)地渦流、磁場(chǎng)、工件溫度及其分布、工件阻抗特性等多個(gè)物理參數(shù)都是變化的，且相互影響，再加上測(cè)量環(huán)節(jié)及電源功率調(diào)節(jié)等因素帶來的影響，使得感應(yīng)加熱的溫控系統(tǒng)具有滯后性、時(shí)變性及非線性等特征。對(duì)于鋁合金的硬釬焊，經(jīng)常會(huì)遇到釬

2、焊料及助焊劑等工作溫度非常接近母材的情況，對(duì)溫度控制提出了更高的要求。跟其它加熱方式相比較而言，感應(yīng)加熱溫控系統(tǒng)受影響因素較多，因而也為其應(yīng)用提供了更多的可變因素，控制方法及手段更多樣化，其中不但包括溫度變化曲線的控制、加熱溫度精確度的控制，也包括溫度在工件上的分布的控制等內(nèi)容。2.溫度變化的控制2.1升溫的控制由于感應(yīng)加熱的集膚效應(yīng)，局部加熱功率密度可以很高，比功率密度的提高也就意味著升溫速度的提高，快速局部加熱是感應(yīng)加熱的優(yōu)點(diǎn)之一。充分利用這一特點(diǎn)，對(duì)釬焊區(qū)域進(jìn)行快速加熱，可以有效地提高釬焊效率及能源利用率。對(duì)于鋁合金釬焊來說，一般是其他因素限制了升溫速度，如1）過快

3、的升溫速度會(huì)在工件造成較大的溫差從而引起工件變形，2）對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件局部升溫過快引起的超溫，3）由于感應(yīng)加熱時(shí)工件及感應(yīng)器內(nèi)的電流都非常大，因此彼此間的電磁力會(huì)是一個(gè)需要考慮到因素，有時(shí)使用過大的功率會(huì)導(dǎo)致過大的電磁力，電磁力多大甚至可以引起工件變形；4）工藝上的要求，如母材、釬料或釬劑對(duì)升溫速度有要求2.2保溫的控制對(duì)于感應(yīng)加熱電源來說，保溫相對(duì)比較容易，在保溫過程中，由于溫度在工件上的分布一般是要繼續(xù)變化的，工件的散熱也是發(fā)生相應(yīng)的變化，所以如果需要非常精確度溫度穩(wěn)定性，也需要采用閉環(huán)溫度控制。2.3降溫的控制由于電源功率可調(diào)，所以可以準(zhǔn)確地控制工件降溫速度，但是

4、當(dāng)冷卻速度要求高于自然冷卻速度時(shí)，只能采取外部強(qiáng)制冷卻，如空氣冷卻甚至水冷等。3.溫度精度的控制由于感應(yīng)加熱系統(tǒng)的復(fù)雜性，溫度精度的控制相當(dāng)比較復(fù)雜，為了保證溫控精度，一般需采用閉環(huán)控制系統(tǒng)如下圖所示，其控制精度受到測(cè)溫方法（反饋單元），感應(yīng)加熱電源（受控單元），控制方式（控制單元）等各環(huán)節(jié)的影響圖1感應(yīng)加熱溫度控制系統(tǒng)1.1測(cè)溫方法（反饋單元）由于鋁合金在溫度變化工程中，表面顏色變化不明顯，所以采用目測(cè)方式判斷溫度非常困難，也就是需要非常有經(jīng)驗(yàn)。而且如果想采用閉環(huán)自動(dòng)溫度控制方式，則必須采用其它測(cè)溫裝置。紅外測(cè)溫由于可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，在很多感應(yīng)場(chǎng)合得到應(yīng)用。但是由于其

5、工作原理是通過測(cè)量物體紅外發(fā)射功率來測(cè)量溫度，所以對(duì)于鋁合金加熱的溫度測(cè)量比較困難，一是因?yàn)楣饬恋匿X合金表面由于發(fā)射率過低，二是鋁合金在加熱過程中極易氧化，從而導(dǎo)致其發(fā)射率在加熱中發(fā)生變化。但是如果加熱過程中工件表面狀況一致性及重復(fù)性很強(qiáng)時(shí)，測(cè)溫只是用于加熱重復(fù)性控制時(shí)也可以考慮使用。比較常見的是采用熱電偶測(cè)溫，價(jià)格低廉測(cè)溫可靠，缺點(diǎn)是必須跟測(cè)溫物體良好接觸，相比而言，用熱電偶要精確的多，但這種接觸式測(cè)量手段也受到一定的限制，如果采用表面接觸式測(cè)量，測(cè)量精度受熱電偶與工件間的接觸是否良好的影響，在工件上增加一個(gè)測(cè)量孔，從測(cè)量角度看是最理想的，測(cè)量精度很高，但是有時(shí)由于工件

6、本身的一些限制而無法實(shí)現(xiàn)，如需要測(cè)量點(diǎn)不允許打孔或工件本身就不允許打孔。對(duì)于形狀比較復(fù)雜的工件，檢測(cè)點(diǎn)的選擇也比較重要，一般要選擇靠近加熱區(qū)，能夠靈敏及時(shí)反映溫度變化的點(diǎn)，同時(shí)也能夠反映釬焊區(qū)溫度曲線特征的區(qū)域。3.2溫度控制方法（控制單元）3.2.1手動(dòng)控制就是采用手動(dòng)調(diào)節(jié)功率的方式來控制加熱功率，這種方法對(duì)操作者的要求很高，有一定的風(fēng)險(xiǎn)。有經(jīng)驗(yàn)的操作者可以根據(jù)母材的顏色、釬料及釬劑的熔融狀態(tài)判別工件的溫度。如果有溫度測(cè)量裝置，則操作要容易得多。3.2.2程序控制采用程序控制方式，JouleMax系列便攜式感應(yīng)加熱電源本身帶有程序控制功能，可以編輯功率或電流曲線用于加熱

7、自動(dòng)控制，批量生產(chǎn)時(shí)，如果有定位精確的工裝設(shè)備，采用程序控制的重復(fù)精度很高。實(shí)際操作中存在如何確定程序參數(shù)的問題，一般采用一個(gè)調(diào)試件利用測(cè)溫裝置直接調(diào)試出程序。其缺點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)中有參數(shù)（比如環(huán)境溫度、工件尺寸及位置等）發(fā)生變化時(shí)，輸出功率不能做相應(yīng)的變化以保證相同的釬焊溫度曲線。3.2.3PID調(diào)節(jié)控制是溫度閉環(huán)控制方式中最為常用的控制調(diào)節(jié)單元，就是以溫度反饋為輸入，根據(jù)相應(yīng)的比例、積分及微分參數(shù)，對(duì)控制輸出進(jìn)行調(diào)整，使工件溫度能夠跟隨設(shè)定溫度。其缺點(diǎn)是PID參數(shù)的優(yōu)化比較麻煩，且當(dāng)外部條件發(fā)生變化時(shí)，最優(yōu)參數(shù)也會(huì)隨著變化。因而