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脉冲焊接技术集高效优质和自动化技术于一体,近年来受到普遍关注。传统的脉冲焊接电源都是以硬开关的电路拓扑结构为主,由于硬开关的逆变器固有的开关损耗大、逆变频率低、功率器件安全性差等缺点,限制了脉冲焊逆变电源的进一步发展。本文针对目前脉冲焊逆变电源及控制存在的问题,在广东省自然科学基金的资助下,结合数字化控制技术,提出了基于软开关的脉冲MIG焊逆变电源控制系统,并对其特性和焊接工艺进行了研究。
论文首先在建立的移相全桥软开关电路拓扑结构的基础上,详细分析了其基本原理与换流过程,并对其开关特性进行了讨论;然后根据脉冲MIG逆变焊接电源的特点,分析和设计了主回路各重要组件参数。
根据脉冲MIG软开关逆变焊接电源对控制系统的具体要求,设计了以PIC单片机为控制核心的焊接逆变电源软硬件控制系统;针对脉冲焊电弧形态、熔滴过渡及电源控制系统外特性和动特性要求,采用了峰值阶段恒流+基值阶段恒流(I-I)的外特性控制方法和峰值基值电压阀值的弧长控制法;并针对焊接过程中的干扰源,进行了控制系统硬件和软件的抗干扰设计,提高了控制系统的可靠性。
利用所建立的逆变电源实验平台和焊接工艺实验平台,对所研制的脉冲MIG焊软开关逆变电源进行了电气性能和功能测试实验和大量的焊接工艺实验,实验结果表明焊接电源具有良好的外特性,控制系统性能优良,获得的焊缝成型好。
针对脉冲焊逆变电源焊接过程中熔滴过渡可控性差的问题,提出了中值波形控制工艺方法,设计了前中值、中中值、后中值三种中值波形控制方法;并利用焊接电弧动态小波分析仪对中值波形控制的焊接过程进行了分析和评定,在大量工艺实验的基础上得出结论:在满足一脉一滴的熔滴过渡条件下,调节适当的中值电流和中值时间,改变中值阶段的平均能量,可以实现熔滴大小的可调,增强了熔滴过渡的可控性,提高了焊接过程稳定性和焊缝成型质量。