铝钎焊感应加热温度控制技术

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1、铝钎焊中的感应加热温度控制技术曹金台（上海桥立电气有限公司）摘要：介绍了感应加热钎焊铝合金中影响温度控制的要素，论述了影响精度控制及温度分布等问题的原因及相应的解决方案。关键词：感应钎焊温度控制1.引言在感应钎焊中，温度控制是影响焊接质量的关键因素之一，感应钎焊的工作原理是利用感应器产生的交变磁场在工件中感应电流从而产生热能，由于在加热过程中，线圈电流、工件内地涡流、磁场、工件温度及其分布、工件阻抗特性等多个物理参数都是变化的，且相互影响，再加上测量环节及电源功率调节等因素带来的影响，使得感应加热的温控系统具有滞后性、时变性及非线性等特征。对于铝

2、合金的硬钎焊，经常会遇到钎焊料及助焊剂等工作温度非常接近母材的情况，对温度控制提出了更高的要求。跟其它加热方式相比较而言，感应加热温控系统受影响因素较多，因而也为其应用提供了更多的可变因素，控制方法及手段更多样化，其中不但包括温度变化曲线的控制、加热温度精确度的控制，也包括温度在工件上的分布的控制等内容。2.温度变化的控制2.1升温的控制由于感应加热的集肤效应，局部加热功率密度可以很高，比功率密度的提高也就意味着升温速度的提高，快速局部加热是感应加热的优点之一。充分利用这一特点，对钎焊区域进行快速加热，可以有效地提高钎焊效率及能源利用率。对于铝合

3、金钎焊来说，一般是其他因素限制了升温速度，如1）过快的升温速度会在工件造成较大的温差从而引起工件变形，2）对于结构复杂的工件局部升温过快引起的超温，3）由于感应加热时工件及感应器内的电流都非常大，因此彼此间的电磁力会是一个需要考虑到因素，有时使用过大的功率会导致过大的电磁力，电磁力多大甚至可以引起工件变形；4）工艺上的要求，如母材、钎料或钎剂对升温速度有要求2.2保温的控制对于感应加热电源来说，保温相对比较容易，在保温过程中，由于温度在工件上的分布一般是要继续变化的，工件的散热也是发生相应的变化，所以如果需要非常精确度温度稳定性，也需要采用闭环温

4、度控制。2.3降温的控制由于电源功率可调，所以可以准确地控制工件降温速度，但是当冷却速度要求高于自然冷却速度时，只能采取外部强制冷却，如空气冷却甚至水冷等。3.温度精度的控制由于感应加热系统的复杂性，温度精度的控制相当比较复杂，为了保证温控精度，一般需采用闭环控制系统如下图所示，其控制精度受到测温方法（反馈单元），感应加热电源（受控单元），控制方式（控制单元）等各环节的影响图1感应加热温度控制系统1.1测温方法（反馈单元）由于铝合金在温度变化工程中，表面颜色变化不明显，所以采用目测方式判断温度非常困难，也就是需要非常有经验。而且如果想采用闭环自动

5、温度控制方式，则必须采用其它测温装置。红外测温由于可以实现非接触测量，在很多感应场合得到应用。但是由于其工作原理是通过测量物体红外发射功率来测量温度，所以对于铝合金加热的温度测量比较困难，一是因为光亮的铝合金表面由于发射率过低，二是铝合金在加热过程中极易氧化，从而导致其发射率在加热中发生变化。但是如果加热过程中工件表面状况一致性及重复性很强时，测温只是用于加热重复性控制时也可以考虑使用。比较常见的是采用热电偶测温，价格低廉测温可靠，缺点是必须跟测温物体良好接触，相比而言，用热电偶要精确的多，但这种接触式测量手段也受到一定的限制，如果采用表面接触式

6、测量，测量精度受热电偶与工件间的接触是否良好的影响，在工件上增加一个测量孔，从测量角度看是最理想的，测量精度很高，但是有时由于工件本身的一些限制而无法实现，如需要测量点不允许打孔或工件本身就不允许打孔。对于形状比较复杂的工件，检测点的选择也比较重要，一般要选择靠近加热区，能够灵敏及时反映温度变化的点，同时也能够反映钎焊区温度曲线特征的区域。3.2温度控制方法（控制单元）3.2.1手动控制就是采用手动调节功率的方式来控制加热功率，这种方法对操作者的要求很高，有一定的风险。有经验的操作者可以根据母材的颜色、钎料及钎剂的熔融状态判别工件的温度。如果有温

7、度测量装置，则操作要容易得多。3.2.2程序控制采用程序控制方式，JouleMax系列便携式感应加热电源本身带有程序控制功能，可以编辑功率或电流曲线用于加热自动控制，批量生产时，如果有定位精确的工装设备，采用程序控制的重复精度很高。实际操作中存在如何确定程序参数的问题，一般采用一个调试件利用测温装置直接调试出程序。其缺点是当系统中有参数（比如环境温度、工件尺寸及位置等）发生变化时，输出功率不能做相应的变化以保证相同的钎焊温度曲线。3.2.3PID调节控制是温度闭环控制方式中最为常用的控制调节单元，就是以温度反馈为输入，根据相应的比例、积分及微分参

8、数，对控制输出进行调整，使工件温度能够跟随设定温度。其缺点是PID参数的优化比较麻烦，且当外部条件发生变化时，最优参数也会随着变化。因而