可视化高效管板焊接系统技术方案

本发明专利技术提供一种可视化高效管板焊接系统，包括主电路、焊接过程控制系统、可视化人机交互系统、管板焊接机头、高频引弧电路、水冷却装置、保护气体供气装置和与管板焊接机头连接的电弧负载；焊接过程控制系统分别与交流输入电源、主电路、可视化人机交互系统和管板焊接机头连接；高频引弧电路、水冷却装置和保护气体供气装置的输入端均与焊接过程控制系统连接，输出端均与管板焊接机头连接；主电路的一端与交流输入电源连接，另一端与管板焊接机头连接。本发明专利技术实现了可视化人机交互，参数设置更为精确，操作更为直观便利；通过基于Cortex-M4的ARM数字控制技术使得管板焊接过程更精确和柔性化；采用先进的100kHz级高频逆变技术，节能省材，更便于现场应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种可视化高效管板焊接系统，包括主电路、焊接过程控制系统、可视化人机交互系统、管板焊接机头、高频引弧电路、水冷却装置、保护气体供气装置和与管板焊接机头连接的电弧负载；焊接过程控制系统分别与交流输入电源、主电路、可视化人机交互系统和管板焊接机头连接；高频引弧电路、水冷却装置和保护气体供气装置的输入端均与焊接过程控制系统连接，输出端均与管板焊接机头连接；主电路的一端与交流输入电源连接，另一端与管板焊接机头连接。本专利技术实现了可视化人机交互，参数设置更为精确，操作更为直观便利；通过基于Cortex-M4的ARM数字控制技术使得管板焊接过程更精确和柔性化；采用先进的100kHz级高频逆变技术，节能省材，更便于现场应用。【专利说明】可视化高效管板焊接系统
本专利技术涉及焊接工艺及设备技术，具体是指一种可视化高效管板焊接系统。
技术介绍
近年来，为了满足用电需求，全国各地抓紧建设新电厂和电厂增容，在电建行业中，中、大型冷凝器/换热器的制造尤为重要。电力电站冷凝器中存在大量的管板与换热管之间的角接接头，其焊缝质量是整台设备制造质量的关键所在，对焊缝的致密性和力学性能要求极其严格。据统计，90%以上的管头泄漏是因为焊接质量造成的。钛合金具有良好的耐腐蚀性能，已在电站冷凝器管板中得到广泛使用。然而，钛合金管板焊接过程需要严格控制热输入和熔池尺寸。目前，直流脉冲TIG自动焊已成为钛合金管板焊接的最佳工艺方式。我国从上世纪80年代后期引进了多台管板自动焊机，由于国产管子的尺寸精度不高及胀接装配质量问题，使用效果均不理想。近年来，国内开发了多种类型的管板自动焊机，但大多以仿制为主，部分产品的工艺适应性还不够理想，价格也比较高。虽已有全数字管板自动焊机的研究和应用报道，但其逆变频率只有20kHz，焊机体积偏大，动态响应性能还不够快，也不具备可视化的操作、管理等功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种提高焊机性能、减小体积和重量和提高操作便利性的可视化高效管板焊接系统；该可视化高效管板焊接系统具备了数字化、可视化和自动化的特点，其轻便小巧，性能稳定可靠。为了达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案予以实现:一种可视化高效管板焊接系统，其特征在于:其与交流输入电源连接；包括主电路、焊接过程控制系统、可视化人机交互系统、管板焊接机头、高频引弧电路、水冷却装置、保护气体供气装置和与管板焊接机头连接的电弧负载；所述焊接过程控制系统分别与交流输入电源、主电路、可视化人机交互系统和管板焊接机头连接；所述高频引弧电路、水冷却装置和保护气体供气装置的输入端均与焊接过程控制系统连接、输出端均与管板焊接机头连接；所述主电路的一端与交流输入电源连接，另一端与管板焊接机头连接。所述主电路由全桥整流滤波模块、全桥逆变电路、高频变压器和快速整流滤波模块依次连接组成。所述主电路的一端与交流输入电源连接，另一端与管板焊接机头连接是指，全桥整流滤波模块与交流输入电源相连接，快速整流滤波模块与管板焊接机头相连接；所述焊接过程控制系统分别与全桥逆变电路、高频变压器和快速整流滤波模块连接。所述全桥逆变电路采用工作于全桥硬开关换流模式或工作于移相软开关换流模式的逆变频率为IOOkHz的全桥逆变拓扑结构。所述焊接过程控制系统包括全数字电路及分别与全数字电路连接的驱动电路、限流保护电路、反馈电路、电机驱动电路、异常检测保护电路和继电器模块；其中，所述异常检测保护电路的一端与交流输入电源连接；所述电机驱动电路的一端与管板焊接机头相连，以驱动管板焊接机头的电机旋转；所述全数字电路与可视化人机交互系统相互连接；所述焊接过程控制系统分别与全桥逆变电路、高频变压器和快速整流滤波模块连接是指:焊接过程控制系统中的驱动电路与全桥逆变电路连接；限流保护电路与高频变压器连接；反馈电路与快速整流滤波模块连接。所述高频引弧电路、水冷却装置和保护气体供气装置的输入端均与焊接过程控制系统连接是指，高频引弧电路、水冷却装置和保护气体供气装置的输入端分别与继电器模块连接。所述全数字电路由作为数字化控制的核心、型号为LM4F232的Cortex-M4内核的ARM微处理器以及外围电路连接构成。所述驱动电路由型号为TLC5615的数模转换器芯片、脉宽调制芯片和光耦隔离放大电路通过外围电路连接构成；所述驱动电路通过通用可编程GPIO 口与全数字电路连接。所述电机驱动电路通过PWM端口与全数字电路连接，以接收全数字电路的PWM驱动信号；并通过ADCl端口与全数字电路连接，以反馈电压值；电机驱动电路采用开关频率为IOkHz的BUCK电路进行调压。所述可视化人机交互系统采用由微控制单元MCU、与微控制单元MCU相互连接的LCD驱动芯片和与LCD驱动芯片相互连接的液晶触控面板通过外围电路连接组成；所述微控制单元MCU与焊接过程控制系统中的全数字电路相互连接。本专利技术的可视化高效管板焊接系统的焊机主电路逆变频率提升至100kHz，同时采用集成DSP模块、主频高达80MHz的Cortex-M4ARM微处理器LM4F232作为焊接过程控制系统的控制核心，实现对焊接过程参数动态变化的高速精确运算处理和控制；本专利技术设计开发了基于ARM和触摸屏的数字化面板，实现了可视化的人机交互。本专利技术可视化高效管板焊接系统的原理是这样的:本专利技术为可视化高效管板焊接系统，其主电路采用了逆变频率高达IOOkHz的全桥逆变拓扑结构，采用功率MOSFET作为功率开关管；输入的交流电经全桥整流滤波模块之后变成较平滑的直流电；该直流电输入全桥逆变电路，通过驱动电路控制全桥逆变电路功率开关管的高频开通和关断，转变为高频的交流方波电流；然后，流入高频变压器进行电气隔离和降压，最后经过快速整流滤波模块转变为适合氩弧焊接工艺所需的低压直流电。在焊接过程，全数字电路一方面接收来自于可视化人机交互系统的设定值，一方面接收从反馈电路馈入的快速整流滤波模块的输出电流和电压实时采样信号，将该信号与给定值进行比较，按照基于模糊逻辑判断的参数自整定PID算法进行运算和调节，根据数据处理结果输出对应的PWM脉宽信号，并将该信号传递给驱动电路并产生4路PWM信号，分别控制全桥逆变电路的四组功率MOFET的开通和关断的占空比，实现了闭环控制。通过人机交互系统，将电流的给定值设定为脉冲方式，就可以使主电路实现脉冲电流波形输出。限流保护电路实时采样变压器原边的电流值，并将该信号与设定的门槛值进行比较，一旦采样信号超过设定的门槛值，限流保护电路的输出电平发生改变，全数字电路立刻封锁PWM信号的输出，异常检测保护电路实时米样交流电源的电压值。一旦米样电压信号低于或者高出设定的欠压或者过压门槛值，电路的输出电平会发生翻转，使得全数字电路关断PWM信号的输出。通过这些措施实时关断功率开关管，保证功率器件的安全。管板焊接机头采用了水冷却方式，采用高频脉冲引弧方式，使用惰性气体如氩气进行保护。全数字电路检测到管板焊接系统的焊接启动信号，首先通过继电器模块控制保护气体供气装置的气阀动作，提前送气；同时通过继电器模块启动水冷却装置，为管板焊接机头提供水冷却；然后启动PWM信号输出，是主电路处于工作状态，输出空载电压；此后，通过继电器模块控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可视化高效管板焊接系统，其特征在于：其与交流输入电源连接；包括主电路、焊接过程控制系统、可视化人机交互系统、管板焊接机头、高频引弧电路、水冷却装置、保护气体供气装置和与管板焊接机头连接的电弧负载；所述焊接过程控制系统分别与交流输入电源、主电路、可视化人机交互系统和管板焊接机头连接；所述高频引弧电路、水冷却装置和保护气体供气装置的输入端均与焊接过程控制系统连接、输出端均与管板焊接机头连接；所述主电路的一端与交流输入电源连接，另一端与管板焊接机头连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，冯允樑，潘成熔，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：