大功率类激光等离子弧切割系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种大功率类激光等离子弧切割系统，其输入端连接三相交流输入电源；该系统包括等离子弧切割机、磁控装置和协同控制器；所述磁控装置的一端与三相交流输入电源连接，另一端分别与协同控制器和等离子弧切割机连接；所述协同控制器与等离子弧切割机相互连接。该实用新型专利技术大功率类激光等离子弧切割系统适应性宽，扩展便利，不仅能够提高大功率等离子弧切割机的切割精度和对中厚板的切割能力，割口留量小，材料利用率高，而且能够改善电极烧损情况，延长使用寿命，降低运行成本。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供一种大功率类激光等离子弧切割系统，其输入端连接三相交流输入电源；该系统包括等离子弧切割机、磁控装置和协同控制器；所述磁控装置的一端与三相交流输入电源连接，另一端分别与协同控制器和等离子弧切割机连接；所述协同控制器与等离子弧切割机相互连接。该技术大功率类激光等离子弧切割系统适应性宽，扩展便利，不仅能够提高大功率等离子弧切割机的切割精度和对中厚板的切割能力，割口留量小，材料利用率高，而且能够改善电极烧损情况，延长使用寿命，降低运行成本。【专利说明】大功率类激光等离子弧切割系统
本技术涉及焊接工艺及设备技术，更具体地说，涉及一种大功率类激光等离子弧切割系统。
技术介绍
近年来，在海洋工程、核电、航空航天、汽车、风电、火电、船舶、轨道交通、石油化工等装备制造业，其设备日趋大型化、结构日益复杂化以及材料趋于多元化，迫切需要大量高效、高性能切割加工技术和设备。其中，气割、等离子切割和激光切割是工业生产中应用较广泛的热切割方法。激光切割主要适用于薄板的切割，其具有精度高、割口窄和能够节约大量切割材料的优点，但是采用激光切割的设备成本以及生产成本都较高。相比传统的气割方法，等离子弧切割具有热变形小、切割速度更快、生产率高、适用范围更广和能切割几乎所有材料的特点，在切割同样厚度的碳钢时，其切割速度是氧乙炔切割的5?7倍；而相对于激光切割，等离子弧切割设备和工作成本较低，并能达到很高的切割质量，尤其是在中、厚板切割方面，其更具有成本和效率的优势。但是，现有的大功率等离子弧切割的割口相对较宽，切割精度还不够高，切割加工过程还需预留较大的留量，甚至达到火焰气割的1.5-2倍，材料利用率不高，损耗较多。目前，我国等离子弧切割的材料利用率在68%左右，而国外工业发达国家已超过80%，按照我国一年切割钢材7000万吨计算，如果能够将材料利用率提高到80%，每年可节省钢材840万吨，将产生巨大的经济效益和社会效益。目前，国外正在大力开发精细等离子弧切割方法，国内也有不少厂家开展了相关的研发工作，部分产品的切割精度已接近激光切割的水准，但是切割厚度还是有限的，并且切割延时时间长，从而影响了生产效率。此外，随着切割厚度的增加，必须要提高切割电流和切割电压；同时，为了提高切割精度，减少割口留量，又需要进一步压缩等离子弧，使热源更集中，使得电弧斑点处的能量密度非常高。上述两个因素会导致电极产生严重烧损，影响到切割电极的寿命，甚至影响生产效率和成本。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种切割精度高、切割能力强、使电极端部的热量分布更为均匀、能减少电极烧损和使用寿命长的大功率类激光等离子弧切割系统；该等离子弧切割系统在中厚板切割时的切割精度接近于激光切割水平，材料利用率提闻5%以上，从而提闻生广效率和生广成本。为了达到上述目的，本技术通过下述技术方案予以实现:一种大功率类激光等离子弧切割系统，其特征在于:其输入端连接三相交流输入电源；包括等离子弧切割机、磁控装置和协同控制器；所述磁控装置的一端与三相交流输入电源连接，另一端分别与协同控制器和等离子弧切割机连接；所述等离子弧切割机一端与三相交流输入电源连接，另一端与协同控制器相互连接。在上述方案中，本技术的等离子弧切割系统在等离子弧切割机上增加一个高性能的磁控装置，通过协同控制器的协同控制，利用外加磁场提高等离子弧射流的磁致压缩效应，使电弧更集中，减少割口宽度，使得该等离子弧切割系统在中厚板切割时的切割精度接近于激光切割水平，材料利用率提高5%以上，从而提高生产效率和生产成本。此外，本技术利用外加磁场控制电极上等离子弧斑点进行匀质化运动，使电极端部的热量分布更为均匀，减少电极烧损，从而延长电极的使用寿命。所述等离子弧切割机包括等离子弧切割电源、压缩气体装置、冷却水装置、等离子弧割枪和执行机构；所述等离子弧割枪分别与等离子弧切割电源、压缩气体装置、冷却水装置和执行机构连接；所述冷却水装置与等离子弧切割电源连接；所述协同控制器分别与执行机构和等离子弧切割电源相互连接；所述等离子弧切割电源与三相交流输入电源连接。更具体地说，所述等离子弧切割机为模拟控制型等离子弧切割机，或者所述等离子弧切割机为数字化控制的等离子弧切割机。本技术的等离子弧切割机既可以是传统的模拟控制型等离子弧切割机，也可以是数字化控制的等离子弧切割机。所述协同控制器包括ARM微控制系统、可视化人机界面、继电器模块、信号检测模块、通信接口模块和信号驱动模块；所述ARM微控制系统分别与可视化人机界面、继电器模块、信号检测模块、通信接口模块和信号驱动模块连接；所述协同控制器分别与执行机构和等离子弧切割电源相互连接是指:所述继电器模块与等离子弧切割机的执行机构相互连接以控制执行机构的运动；所述信号检测模块与等离子弧切割机的等离子弧切割电源和执行机构连接；所述等离子弧切割机为模拟控制型等离子弧切割机时，协同控制器的信号驱动模块与等离子弧切割机的等离子弧切割电源连接，以实现信号驱动模块的驱动信号代替等离子弧切割电源的给定；所述等离子弧切割机为数字化控制的等离子弧切割机时，协同控制器的通信接口模块与等离子弧切割机的等离子弧切割电源连接，以实现信息交互和协同控制。所述磁控装置包括主电路、与主电路相互连接的控制器和与主电路连接的励磁线圈；所述励磁线圈与等离子弧切割机的等离子弧割枪相连，并设置在等离子弧割枪上；所述控制器与协同控制器相互相连。所述主电路由整流滤波电路、前级恒流源和后级逆变桥依次连接组成；其中，整流滤波电路的输入端与三相交流输入电源连接，后级逆变桥的输出端与励磁线圈连接；所述前级恒流源的工作模式为移相全桥软开关模式；所述后级逆变桥的工作模式为低频全桥硬开关调制模式。所述控制器包括ARM最小系统、故障保护模块、高频驱动模块、低频驱动模块、供电模块、电流反馈模块和CAN接口电路；所述ARM最小系统分别与故障保护模块、高频驱动模块、低频驱动模块、供电模块、电流反馈模块和CAN接口电路连接；所述故障保护模块的一端和供电模块的一端均与三相交流输入电源连接；所述高频驱动模块和电流反馈模块分别与主电路的前级恒流源连接；所述低频驱动模块与主电路的后级逆变桥连接；所述CAN接口电路与协同控制器的通信接口模块相互连接。所述ARM最小系统由型号为LM4F232H5QC的ARM微处理器一、JTAG接口电路一、晶振电路一和复位电路一通过外围电路连接组成；所述晶振电路一由晶振Y1、电容C125和电容C126通过外围电路连接组成；所述复位电路一由开关S1、电阻R106、电阻R107和电容C127通过外围电路连接组成；所述JTAG接口电路一由JTAG接口芯片和电阻R100、RlOl、R102和R103连接组成。所述协同控制器的ARM微控制系统由型号为LM4F232H5QC的ARM微处理器二、晶振电路二、JTAG接口电路二和复位电路二通过外围电路连接组成。所述协同控制器的可视化人机界面由型号为RA8875的液晶驱动芯片、型号为TPS61040的供电电源boost调整器、CAT4139LED背光驱动电路以及型号为AT070TN92的液晶屏通过外围电路连接组成，以实现参数的设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率类激光等离子弧切割系统，其特征在于：其输入端连接三相交流输入电源；包括等离子弧切割机、磁控装置和协同控制器；所述磁控装置的一端与三相交流输入电源连接，另一端分别与协同控制器和等离子弧切割机连接；所述等离子弧切割机一端与三相交流输入电源连接，另一端与协同控制器相互连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，张新，方小鑫，冯允樑，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44