步进追频及恒振幅控制的超声电源设计

针对超声金属焊接过程中出现的负载变化导致谐振频率漂移和焊接振幅失恒问题,设计了一种基于步进追频及恒振幅控制的超声电源。在负载变化对谐振频率影响的研究基础上,根据可编程逻辑阵列-直接数字式频率合成器步进追频原理设计了负载变化追频逻辑;结合全桥逆变电路的移相控制方式,研究了不同占空比下的最大输入电流与最大焊接振幅的关系,提出了基于输入电流反馈下的步进移相恒振幅控制方案。实验结果表明,负载变化追频逻辑实现了谐振频率快速变化下的动态实时追踪,解决了因频率失谐导致的焊接振幅非线性下降问题。同时,在加入了振幅闭环控制后,实现了焊接振幅相对极差稳定在10%以内。

基于FPGA-DDS步进追频技术的超声电源设计

针对压电换能器谐振频率受焊接工具头发热的影响而产生漂移的问题,设计了一种以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,并结合了直接数字式频率合成器(DDS)的步进追频超声电源。利用FPGA的并行运算方式实时处理电压及电流相位数据并对驱动频率做出实时反馈调节;利用DDS输出的高分辨频率对驱动频率实现精确的步进调节;FPGA的高速性及DDS的精确性避免了谐振相位失锁及频率超调的现象发生。实验结果表明,所设计的超声驱动电源能够在500μs内完成一次数据处理,频率跟踪精度可达2 Hz。该电源实现了在换能器阻抗及谐振频率不断随焊接工具头温度变化的情况下,仍能保证换能器以谐振频率工作。

基于ABAQUS的多层铜铝超声金属焊接过程

针对叠片工艺软包电池极耳采用多层同种金属与单层异种金属超声焊接的过程,使用Abaqus/Explicit软件结合实际焊头振动数据,并考虑多层界面的摩擦系数变化规律,建立了二维多层铜铝超声波焊接有限元分析模型,分析超声波多层铜铝金属焊接行为。并与红外摄像仪测量的焊接温度和焊接界面截面金相对比。结果表明多层铜铝进行超声波焊接时,摩擦热与塑性变形热为超声波焊接过程中主要的热量来源,焊接塑性形变在达到一定状态会剧烈增加,多层铜铝异种金属焊接时,塑性形变主要发生与铜片接触的铝片,模拟结果与试验结果吻合较好,对叠片工艺软包电池的极耳焊接试验具有一定的指导意义。