中频逆变技术在双金属片焊接中的应用

2013-06-28唐山开元阻焊设备有限公司河北063020王利民郗春荣

金属加工(热加工) 2013年12期

唐山开元阻焊设备有限公司（河北 063020）王利民郗春荣

随着工业化进程的迅猛发展，双金属片的应用越来越广泛。特别是低压电器行业的快速发展，对双金属片焊接的要求越来越多。

1. 双金属片的特点

双金属片也称热双金属片，由于各组元层的热膨胀系数不同，当温度变化时，主动层的形变要大于被动层的形变，从而双金属片的整体就会向被动层一侧弯曲，这种复合材料的曲率发生变化从而产生形变。其中膨胀系数较高的称为主动层，膨胀系数较低的称为被动层。随着双金属应用领域的扩大和结合技术的进步，近代已相继出现三层、四层、五层的双金属。事实上，凡是依赖温度改变而发生形状变化的组合材料，现今在习惯上均称为热双金属。

（1）双金属片的组成主动层的材料主要有锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金和镍等；被动层的材料主要是镍铁合金，wNi为34%～50%。

（2）双金属片的用途双金属片被广泛用在继电器、开关和控制器等上面，日光灯的起辉器就是一个很好的例子。另外还可以利用双金属片制成温度计，可以测量较高的温度。

（3）双金属片材料应满足以下基本要求 ①主动层与被动层的热膨胀系数相差很大，使得双金属对温度的变化有较高的灵敏度。②双金属片材料的热膨胀系数稳定。③金属片材料有较高的弹性模量，使感温元件有较宽的工作温度范围。④双金属片材料在工作温度范围内发生形变。⑤双金属片有良好的焊接性能。

2. 双金属与其他元件的焊接

双金属在电器产品中的工作方式分为两种类型，一是被动感知环境温度，二是利用双金属本身作为电阻发热元件，根据其内部流过电流大小所决定的温度动作。但无论哪种感温方式，双金属都要与其他元件连接在一起。双金属与其他元件的焊接分为：双金属与触点的焊接，双金属与编织线的焊接以及双金属与纯铜板或铜合金板的焊接。

（1）双金属与触点的焊接双金属与触点的焊接件一般用于直接连接的工作负载回路，触点在工作时会频繁的接通和断开，要求双金属与触点的焊接要有可靠的焊接强度、疲劳强度和良好的导电性能。触点一般为复合材质，触点与双金属的熔点和电阻率有很大差异，由于当流过双金属与触点相同的电流时会产出不同的热量，双金属产生的热量要大于触点产生的热量，所以通常触点会预制出凸点让热量更集中一些，在点焊机上焊接凸点一般都会采用硬规范焊接。

（2）双金属与铜编织线的焊接当双金属与铜编织线焊接时，由于双金属与铜编织线的电阻率有很大差别，当流过双金属与铜编织线相同的电流时会产出不同的热量，双金属产生的热量要大于铜编织线产生的热量，所以通常会在铜编织线侧采用钼或石墨材质的高阻电极，以增加单面热量。焊接规范通常也会采用硬规范焊接。

（3）双金属与纯铜板或铜合金板的焊接当双金属与纯铜板或铜合金焊接时，由于双金属与纯铜板或铜合金电阻率的较大差异造成发热量差异很大，所以通常会在纯铜板或铜合金侧采用钼或石墨材质的高阻电极，焊接规范通常也会采用硬规范焊接。

从上述的情况可看出，三种工件的焊接由于焊件之间的熔点、电阻率差异较大，共同的特点是采用硬规范焊接可取得良好的效果。通常的单相交流工频点焊机由于焊接时间的控制精度为周波级（20ms），故时间控制精度差；输出焊接电流的波形为近似正弦波并由于采用晶闸管控制导通角的特性还会有一段冷却时间，所以会产生峰值电流并且热量不集中，极易造成焊接飞溅，使双金属焊接时质量极不稳定。

3. 中频逆变电源的特性

（1）中频逆变直流电阻焊控制电源基本原理从电网输入的三相交流电经桥式整流和滤波后得到较平稳的直流电，经逆变器（IGBT）逆变产生中频交流电（f=600～1000Hz），再向阻焊变压器馈电，阻焊变压器二次输出的低电压交流电经单相全波整流后提供一个稳定的可以精确调整的直流焊接电流，逆变式电阻焊机通常采用脉宽调制（PWM）方法调节焊接电流。

（2）工频交流电源与中频逆变直流电源比较工频交流电源与中频逆变直流电源焊接原理和电源波形的比较如图1、图2所示。

从图1、图2可看出，单相交流电源输出的电流波形为具有峰值的50Hz的交流电，并由于采用晶闸管控制导通角的特性还会有一段冷却时间，焊接时间的控制精度为周波级（20ms）。中频逆变电源输出的焊接电流波形为平滑的直流电，没有电感分量，没有峰值冲击，焊接时间控制精度为毫秒级（ms）。