大功率双丝脉冲MIG焊双电弧干扰及双脉冲优化控制研究

发布时间：2017-09-11 08:15

  本文关键词：大功率双丝脉冲MIG焊双电弧干扰及双脉冲优化控制研究

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【摘要】：高效化焊接对提高焊接生产效率效果明显,是目前焊接界的研究热点。要实现高效化焊接,关键在于焊接电流的进一步提高。对于双丝脉冲MIG焊而言,提高焊接电流后,双电弧干扰将会变严重,从而影响焊接质量。双电弧干扰问题成为制约双丝脉冲MIG焊大功率化的主要瓶颈。本课题在国家自然科学基金项目(51205136)的资助下,对大功率双丝脉冲MIG焊双电弧干扰及双脉冲优化控制进行研究。在分析双丝脉冲MIG焊原理和特征的基础上,确定了大功率双丝脉冲MIG焊电源系统总体技术方案。分析了逆变式焊接电源主电路拓扑结构,根据大功率双丝脉冲MIG焊电源输出大功率化的要求,焊接电源选用全桥逆变主电路并联拓扑结构。分析了双电弧干扰的产生原理,并针对双电弧干扰,确定了减小双电弧干扰的脉冲焊接方法和双脉冲优化方案。在分析双丝脉冲MIG焊焊接工艺对控制性能需求的基础上,确定了大功率双丝脉冲MIG焊电源的数字化控制总体方案,设计了焊接电压电流信号采样电路、故障保护电路和IGBT驱动电路等控制系统硬件,编写了防积分饱和PI恒流控制算法程序、单双脉冲同步、交替和随机三种相位协同控制程序、引弧和收弧程序等控制系统软件,实现了大功率双丝脉冲MIG焊的多相位数字化协同控制。针对焊接系统工作时电磁辐射严重的情况,对多相位数字化协同控制系统硬件和软件作了电磁兼容优化设计。对所研制的大功率双丝脉冲MIG焊电源系统进行模拟负载试验和大功率双丝脉冲MIG焊工艺试验。试验结果表明,所研制的大功率双丝脉冲MIG焊电源系统满足设计要求,实现了同步、交替和随机三种相位的单脉冲和双脉冲焊接,焊接效率高,双脉冲优化焊接能改善焊缝成形质量。对大功率双丝脉冲MIG焊双电弧进行高速摄像研究,通过拍摄的双电弧形态图像分析了单脉冲和双脉冲焊接工艺下的双电弧干扰情况,试验结果表明,采用脉冲焊的交替相位焊接工艺,能有效减小双电弧干扰;对于同步相位焊接方式,通过采用双脉冲优化焊接工艺,则能优化双电弧之间电弧力的分布情况,减小双电弧的相互干扰。
【关键词】：大功率双丝脉冲MIG焊 双电弧干扰 双脉冲 数字化控制 高速摄像
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG444.74
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题背景及研究意义11-13
• 1.1.1 课题背景11-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势13-19
• 1.2.1 双丝脉冲MIG焊国内外研究现状13-16
• 1.2.2 双丝脉冲MIG焊电弧及双电弧干扰研究现状16-17
• 1.2.3 双脉冲MIG焊研究现状17-18
• 1.2.4 双丝脉冲 MIG 焊存目前存在的问题18-19
• 1.3 本研究课题的来源及主要研究内容19-20
• 第二章 大功率双丝脉冲MIG焊方案设计20-34
• 2.1 双丝脉冲MIG焊特点20-21
• 2.1.1 双丝脉冲MIG焊电弧形态20-21
• 2.1.2 双丝脉冲MIG焊熔池特点21
• 2.2 大功率双丝脉冲MIG焊电源系统方案设计21-26
• 2.2.1 逆变主电路方案选择22-26
• 2.2.2 大功率双丝脉冲MIG焊外特性选择26
• 2.3 大功率双丝脉冲MIG焊双电弧干扰及优化策略26-33
• 2.3.1 双丝脉冲MIG焊双电弧干扰原理26-27
• 2.3.2 双丝脉冲MIG焊双电弧干扰优化策略27-30
• 2.3.3 双脉冲波形电流产生原理30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 大功率双丝脉冲MIG焊电源控制系统硬件设计34-46
• 3.1 控制系统总体方案设计34-36
• 3.1.1 控制系统性能需求分析34
• 3.1.2 控制系统整体架构34-36
• 3.2 控制系统硬件子模块设计36-44
• 3.2.1 DSP最小系统36-38
• 3.2.2 焊接电压电流信号采样电路38-40
• 3.2.3 故障保护电路40-42
• 3.2.4 IGBT驱动电路42-44
• 3.2.5 送丝系统44
• 3.3 焊接系统电磁兼容分析与硬件设计优化44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 大功率双丝脉冲MIG焊电源控制系统软件设计46-61
• 4.1 控制系统软件总体设计46-47
• 4.2 控制系统软件各功能模块设计47-59
• 4.2.1 PWM波形产生47-49
• 4.2.2 电流控制算法49-53
• 4.2.3 单脉冲和双脉冲波形产生程序设计53-56
• 4.2.4 主从机通信程序设计56-57
• 4.2.5 引弧和收弧程序设计57-59
• 4.2.6 故障保护中断处理程序设计59
• 4.3 软件抗干扰设计59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 焊接电源系统测试与焊接工艺试验研究61-86
• 5.1 大功率双丝脉冲MIG焊电源的性能测试61-66
• 5.1.1 测试平台搭建61
• 5.1.2 大功率双丝脉冲MIG焊电源输出性能测试61-63
• 5.1.3 大功率双丝脉冲MIG焊电源逆变器均流效果测试63-64
• 5.1.4 大功率双丝脉冲MIG焊电源系统控制性能测试64-66
• 5.2 大功率双丝脉冲MIG焊焊接工艺试验研究66-80
• 5.2.1 工艺试验平台的组成66
• 5.2.2 双丝脉冲MIG焊 500A级焊接工艺试验66-72
• 5.2.3 双丝脉冲MIG焊 800A级焊接工艺试验72-79
• 5.2.4 试验结果分析79-80
• 5.3 双电弧干扰的高速摄像研究80-85
• 5.4 本章小结85-86
• 结论86-88
• 参考文献88-94
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果94-95
• 致谢95-96
• 附件96

【参考文献】

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本文编号：829594