SU737165A1 - Apparatus for ultra- and hyper-sonic microwelding and soldering - Google Patents

Description

 нного напр жени , причем выход последнего одновибратора через формирователь запускающих импульсов и устройство управлени  соединен с входом первого одновибратора.voltage, the output of the last one-shot through the driver of the trigger pulses and the control device connected to the input of the first one-shot.

На фиг. 1 приведена функциональна  электрическа  схема устройства; на фиг. 2 - графически временна  зависимость частоты колебаний сварочного инструмента за цикл сварки.FIG. 1 shows the functional electrical circuit of the device; in fig. 2 is a graphical temporal dependence of the oscillation frequency of the welding tool per welding cycle.

Устройство содержит основные узлы: генератор I шума с равномерной спектральной плотностью, широкополосный электроакустический преобразователь 2, функциональных аттенюаторов 3-6, цепь обратной св зи по фазе между током и напр жением нреобразовател  ,и блок задани  режимов сварки.The device contains the main components: a noise generator I with a uniform spectral density, a wideband electroacoustic converter 2, functional attenuators 3-6, a feedback circuit in phase between current and voltage of the converter, and a unit for setting welding modes.

Сигнал с выхода генератора 1 шума через управл емые напр жением параллельно включенные аттенюаторы 3-6, подаетс  на вход зсилител  7 мощности. Выход усилител  7 мощности нагружен иа управл емую реактивность 8 и преобразователь 2 с последовательно включенным измерительным сопротивлением 9.The signal from the output of the noise generator 1, through voltage controlled parallel-connected attenuators 3-6, is fed to the input of power amplifier 7. The output of the power amplifier 7 is loaded with controlled reactivity 8 and the converter 2 with a series-connected measuring resistance 9.

С сопротивлени  9 через усилитель 10 и электрически перестраиваемый резонансный фильтр 11 напр жение, пропорциональное току через преобразователь 2, подаетс  на один вход фазового детектора 12 цепи обратной св зи по фазе. На другой вход фазового детектора 12 подаетс  напр жение с выхода усилител  7 мощности через аттенюатор 13 и электрически перестраиваемый резонансный фильтр 14. Выход фазового детектора 12 через усилитель 15 тока соединен с управл емой реактивностью 8.From the resistance 9, through the amplifier 10 and the electrically tunable resonant filter 11, a voltage proportional to the current through the converter 2 is fed to one input of the phase detector 12 of the feedback circuit in phase. A voltage from the output of power amplifier 7 is supplied to another input of phase detector 12 through an attenuator 13 and an electrically tunable resonant filter 14. The output of phase detector 12 is connected to controlled reactivity 8 through current amplifier 15.

Сигнал на управл ющие входы функциональных аттенюаторов 3-6 подаетс  с выходов цепочки последовательно соединенных одновибраторов 16, 17, 18, 19 блока задани  режимов сварки, разделенных формировател ми 20, 21, 22, 23 заиускающих импульсов по заднему фронту имнульса с выхода предыдущего одновибратора. Эти же выходы одновибраторов через буфферное устройство 24 соединены с одним входом сумматора 25. На другой вход сумматора 25 напр жение подаетс  с источникаThe signal to the control inputs of functional attenuators 3-6 is supplied from the outputs of a chain of serially connected single vibrators 16, 17, 18, 19 of the welding task set block, separated by forcing pulses 20, 21, 22, 23 on the trailing edge of the pulse from the output of the previous single vibrator. The same one-shot outputs through a buffer device 24 are connected to one input of the adder 25. To the other input of the adder 25, the voltage is supplied from the source

26регулируемого напр жени  через блок26 regulated voltage through block

27управлени  и иитегратор 28 с электронным ключом 29 дл  сброса его в «нуль. Импульс управлени  на ключ 29 подаетс  с блока 27 управлени .27 control and integrator 28 with electronic key 29 for resetting it to “zero. The control pulse to the key 29 is supplied from the control block 27.

Сигнал с выхода сумматора 25 подаетс  иа управл ющие входы перестраиваемых резонансных фильтров 11, 14 цепи обратной св зи по фазе. Выход одновибратора 19 через формирователь 23 запускающих импульсов и блок 27 управлени  соединен с входом первого одновибратора 16.The output signal from the adder 25 is supplied to the control inputs of the tunable resonant filters 11, 14 of the feedback circuit in phase. The output of the one-shot 19 through the driver shaper 23 and the control unit 27 is connected to the input of the first one-shot 16.

До момента сварки напр жение на выходах одновибраторов 16, 17, 18, 19 равно нулю и аттеиюаторы 3-6 закрыты. СигналBefore welding, the voltage at the outputs of one-shot 16, 17, 18, 19 is zero and the attenuators 3-6 are closed. Signal

на входе усилител  7 мощности, а Следовательно , на преобразователе 2, отсутствует. Рассмотрим работу устройства, ограничившись дл  простоты циклом сварки с возбуждением преобразовател  на частотных диапазонах, нанример, в области трех гармоник механического резонанса.the input of the amplifier 7 power, and therefore, the Converter 2, is missing. Consider the operation of the device, limiting for simplicity the welding cycle with excitation of the converter on the frequency ranges, for example, in the region of the three harmonics of mechanical resonance.

В начале сварки сигнал с блока 27 управлени  формирует на выходе одновибратора 16 импульсное напр жение, открывающее функциональный аттенюатор 3, затухание которого установлено таким, что на вход преобразовател  2 подаетс  усиленный широкополосным усилителем 7 мощностиAt the beginning of the welding, the signal from the control unit 27 forms at the output of the one-shot 16 pulse voltage, opening a functional attenuator 3, the attenuation of which is set so that the input of the converter 2 is fed amplified by a wideband power amplifier 7

шумовой сигнал оптимальной дл  микросварки величины. Это же наир жение с выхода одновибратора 16 через буферное устройство 24 и сумматор 25 подаетс  на управл ющие входы электрически перестраиваемых резонансных фильтов 11, 14. Буферное устройство 24, помимо обеспечени  электрической разв зки, уменьшает напр жение с выхода одновибратора 16 до такой величины, чтобы этим напр жением резонансиые фильтры И, 14 нерестроились в область первой резонансной частоты нреобразовател  2. В общем случае это может быть перестраиваемый частотный диапазон любой величииы. Одновременно с источникаnoise signal of optimum magnitude for welding The same trend from the output of the one-shot 16 through the buffer device 24 and the adder 25 is fed to the control inputs of electrically tunable resonant filters 11, 14. The buffer device 24, in addition to providing electrical isolation, reduces the voltage from the output of the one-shot 16 to a value such that By this voltage, the resonant filters And, 14 did not spawn in the region of the first resonant frequency of the converter 2. In the general case, this can be a tunable frequency range of any magnitude. Simultaneously from the source

26 регулируемого напр жени  через блок 27 управлени  на вход интегратора 28 подаетс  посто нное напр жение. На выходе интегратора 28 по вл етс  измен ющеес  во времени напр  кение, которое, складыва сь в сумматоре 25 с посто нным иаир жением на выходе одновибратора 16, умеиьшениом до необходимой величииы буферным устройством 24, подаетс  на резонансные фильтры 11, 14. Резонансные фильтры26 of the controlled voltage, through the control unit 27, a constant voltage is applied to the input of the integrator 28. At the output of the integrator 28, a time-varying voltage appears, which, added to the adder 25 with a constant air output at the output of the one-oscillator 16, reduced to the required magnitude by the buffer device 24, is fed to the resonant filters 11, 14. Resonant filters

сиихроино и последовательно перестраива сь избирают из спектра шумового сигнала равные частоты в полосе А/ вблизи первой гармоники резонансной частоты fip преобразовател  2.Siichroino and successively rearranging choose from the spectrum of the noise signal equal frequencies in the band A / near the first harmonic of the resonant frequency fip converter 2.

Избираемые частоты сравниваютс  по фазе в фазовом детекторе 12, напр жение с выхода которого через ус.;литель 15 тока измен ет величину управл емой реактивности 8 таким образом, что резонансна  частота контура, образованного управл емой реактивностью 8 и статистической реактивностью преобразовател  2, становитс  равной частоте, выдел емой перестраиваемыми резонансными фильтрами 11, 14. При этомThe selected frequencies are compared in phase in the phase detector 12, the voltage from the output of which through the set; current driver 15 changes the value of controlled reactivity 8 so that the resonant frequency of the circuit formed by controlled reactivity 8 and the statistical reactivity of converter 2 becomes frequency allocated tunable resonant filters 11, 14. At the same time

акустическа  мощиость, отдаваема  иреобразовател м 2, максимальиа.acoustic power, delivered by the transducer m 2, the maximum.

Таким образом, в каждый даиный момент цикла сварки, за счет работы цепи обратиой св зи по фазе между током и иапр жениемThus, at each given moment of the welding cycle, due to the operation of the reverse-coupling circuit, the phase between current and voltage

преобразовател , статическа  реактивность преобразовател  2 компенсируетс  управл емой реактивностью 8 дл  частоты, выделенной из шумового сигнала резонансными фильтрами И, 14.the transducer, the static reactivity of the transducer 2 is compensated for by the controlled reactivity 8 for the frequency extracted from the noise signal by resonant filters I, 14.

В момент времени /i импзльсное папр женне на выходе одновибратора J6 становитс  равным нулю, функциональный аттенюатор 3 закрываетс , а одновнбратор 17 запускаетс  задним фронтом этого имнульса через формирователь 20, Посто нное напр жение , возникающее на выходе одновибратора 17, через буферное устройство 24 и сумматор 25 попадает на резонансные фильтры 11, 14 п скачкообразно перестраивает их в область частот А/2, близких ко второй гармонике /ЗР механического резонанса преобразовател  2, а линейно мен ющеес  напр жение с выхода интегратора 28 через сумматор 25 снова плавно перестраивает фильтры И, 14 в этой области частот. Одновременно напр жение с выхода одновибратора открывает функциональный аттенюатор 4, и на вход усилител  7 мощности подаетс  шумовой сигнал оптимальной амплитуды дл  данного момента процесса микросварки.At time point i, the pulse voltage at the output of the one-shot J6 becomes zero, the functional attenuator 3 is closed, and the one-shot 17 is triggered by the falling edge of this pulse through the driver 20, the constant voltage that occurs at the output of the one-shot 17, through the buffer device 24 and the adder 25 falls on the resonant filters 11, 14 n in a jump-like manner rebuilds them in the frequency range A / 2, close to the second harmonic / 3R of the mechanical resonance of the converter 2, and the linearly varying voltage from the integrator 28 Erez adder 25 again gradually rebuilds and filters 14, in this frequency region. At the same time, the voltage from the one-shot output opens a functional attenuator 4, and an optimum amplitude noise signal is applied to the input of the power amplifier 7 for a given moment of the micro-welding process.

В момент времени t, определ емый длительностью импульса, формируемого одновибратором 17, запускаетс  одновибратор 18, напр жением с выхода которого резонансные фильтры И, 14 скачкообразно перестраиваютс  в область третьей гармоники А /3 резонансной частоты преобразовател . Напр жением источника 26 частота перестраиваемых фильтров 11, 14, медленно измен  сь , проходит участок А /з с резонансной частотой /зр.At time t, determined by the duration of the pulse generated by the one-shot 17, the one-shot 18 is triggered, the voltage from the output of which resonant filters I, 14 are shifted abruptly to the third harmonic region A / 3 of the resonant frequency of the converter. By the voltage of the source 26, the frequency of the tunable filters 11, 14, slowly changing, passes through the section A / C with the resonant frequency / sp.

В момент времени t имнульс с блока 27 управлени  открывает электронный ключ 29, интегратор 28 сбрасываетс  в «нуль и закрываетс  функциональный аттенюатор 5. Дл  обеспечени  плавного изменени  амплитуды механических колебаний сварочного инструмента в переходные периоды и в конце цикла сварки включены запоминающие емкости 30, 31. В момент времени 4 цикл сварки заканчиваетс .At time t, the impulse from the control unit 27 opens the electronic key 29, the integrator 28 is reset to zero and the functional attenuator 5 closes. To ensure a smooth variation of the amplitude of the mechanical vibrations of the welding tool during transition periods and at the end of the welding cycle, the storage tanks 30, 31 are switched on. At time 4, the welding cycle ends.

Дл  получени  нового цикла сварки с блока 27 управлени  выдаетс  запускающий импульс на вход одновибратора 16.In order to obtain a new welding cycle, a trigger pulse is output from control unit 27 to the input of one-shot 16.

Диапазон частот ступенчатого прохождени  и частот, на которых возбуждаетс  преобразователь 2, выбирают исход  из физико-химических и электронно-механических свойств свариваемых деталей, параметров эквивалеитной электрической схемы замещени  электроакустического преобразовател  2 и минимума радиопомех в определенных частотных диапазонах.The frequency range of the stepped passage and the frequencies at which converter 2 is energized is chosen based on the physicochemical and electronic-mechanical properties of the parts to be welded, the parameters of the equivalent electric replacement circuit of the electroacoustic converter 2 and the minimum of radio interference in certain frequency ranges.

Измен   уровень напр жени  источника 26 регулируемого посто нного напр жени , длительность и амплитуду импульсов, формируемых одновибраторами 16, 17, 18, 19, величины затуханий, вносимых функциональными аттенюаторами 3, 4, 5, 6, можно в щироких пределах регулировать врем  сварки, скорость изменени  частоты около области резонанса, врем  и величину мощности , выдел емой на гармониках механического резонанса преобразовател , и тем самым в зависимости от условий выбрать оптимальный режим сварки, обеспечивающий качественное соединение деталей. Применение в качестве задающего генератора источника щума позволило улучшить согласование с преобразователем, так как в каждый момент времени из цикла сварки на входе преобразовател , настроенного вBy varying the voltage level of source 26 of controlled constant voltage, the duration and amplitude of the pulses generated by single-oscillators 16, 17, 18, 19, the attenuation values introduced by functional attenuators 3, 4, 5, 6, it is possible to adjust the welding time and speed within wide limits. changes in the frequency around the resonance region, the time and amount of power released at the harmonics of the mechanical resonance of the converter, and thereby, depending on the conditions, choose the optimal welding mode that ensures a high-quality connection of the parts. The use of a source of schum as a master oscillator made it possible to improve coordination with the converter, since at each moment of time from the welding cycle at the input of the converter configured in

областьрезонанса одной из его механических гармоник, присутствует спектр частот, в котором всегда имеетс  необходима  резонансна  частота. Данное устройство может работать неa resonance region of one of its mechanical harmonics, a frequency spectrum is present, in which a resonant frequency is always needed. This device may not work.

только на высших гармониках, но и в любом частотном диапазоне от ультразвукового до гиперзвукового, так как величина рабочих интервалов частот и частотных интервалов между рабочими частотами можетonly at higher harmonics, but also in any frequency range from ultrasonic to hypersonic, since the magnitude of working intervals of frequencies and frequency intervals between working frequencies can

выбиратьс  в зависимости от физико-химических параметров зоны микросварки, а также конструктивных и физических нараметров используемых ультразвуковых и гиперзвуковых преобразователей.It is selected depending on the physicochemical parameters of the micro-welding zone, as well as the structural and physical parameters of the ultrasonic and hypersonic transducers used.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  ультра- и гиперзвуковой микросварки и пайки, содержащее последовательно соединенные генератор щума с равномерной спектральной плотностью, широкополосный усилитель мощности, электроакустический широкополосный преобразователь , блок задани  режимов сваркн н пайки , имеющий последовательно соединенные источники регулируемого носто нного напр жени , устройство управлени , интегратор с ключом дл  сброса его в исходное состо ние и устройство обратной св зи поA device for ultrasonic and hypersonic micro-welding and soldering, containing a series-connected oscillator with uniform spectral density, a broadband power amplifier, an electro-acoustic broadband converter, a unit for setting welding solders with a series-connected adjustable voltage source, a control device, an integrator key to reset it to its original state and feedback device on фазе между током и напр жением преобразовател , причем выход фазового детектора устройства обратиой св зи через усилитель тока соединен с управл ющим входом электрически управл емой реактивности , подключенной к выходу усилител  мош,ности , отличающеес  тем, что, с целью повышени  качества соединени , в устройство дополнительно введены параллельно соединенные функциональные аттенюаторы,the phase between the current and the voltage of the converter, and the output of the phase detector of the reverse communication device is connected via a current amplifier to a control input of electrically controlled reactivity connected to the output of a power amplifier, characterized in that, in order to improve the quality of the connection, to the device additionally introduced parallel connected functional attenuators, включенные между выходом генератора шума и входом усилител  мощности, электрически нерестранваемые резонансные фильтры , включенные последовательно в цепь тока и напр жени  устройства обратнойconnected between the output of the noise generator and the input of the power amplifier, electrically non-separable resonant filters connected in series to the circuit and the reverse voltage of the device св зи по фазе, а в блок задани  режимов сварки и найки введены цепочка последовательно соединенных врем задающих одновибраторов , разделенных формировател ми занускающих импульсов, буферноеphase communication, and a chain of series-connected master oscillators, separated by shaper pulse builders устройство и сумматор, при этом выходы одновибраторов соединены с управл ющими входами функциональных аттенюаторов н через буферное устройство с одним входом сумматора, выход которого соединен с управл ющими входами электрически пере7 страиваемых резонансных фильтров, а другой вход сумматора через интегратор и устройство управлени  соединен с источником регулируемого посто нного напр жени , причем выход последнего одновибра-5 тора через формирователь запускающих им8 пульсов и устройство управлени  соединен с входом первого одновибратора. Источник информации, прин тый во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 391913, кл. В23К 19/00, 1970.device and adder, while the outputs of one-shot are connected to the control inputs of functional attenuators n through a buffer device with one input of the adder, the output of which is connected to the control inputs of electrically reconfigurable resonant filters, and the other input of the adder through an integrator and control device connected to the source constant voltage, with the output of the last one-vibrator-5 torus through the driver of the starting pulses and the control device connected to the input of the first one ibratora. The source of information taken into account during the examination 1. USSR Author's Certificate No. 391913, cl. W23K 19/00, 1970.