双丝中值脉冲MIG焊电源系统及其控制方法技术方案

技术编号:24321214 阅读:50 留言:0更新日期:2020-05-29 16:48
本发明专利技术公开了一种双丝中值脉冲MIG焊电源系统及其控制方法,包括三相交流输入电网、主机电源、从机电源、人机界面和电弧负载;所述中值脉冲包括前中值、中中值、后中值以及前后中值混合模式,基值阶段主要起维弧作用,中值阶段熔化焊丝形成熔滴,峰值阶段电流上升,焊丝加速熔化形成熔滴,电磁力增大,在峰值阶段最后时刻熔滴脱离焊丝进入熔池。该系统利用中值脉冲精确控制熔滴过渡过程,控制精度高;通过不同的相位匹配,控制热输入过程,减少焊接变形,适应不同材料焊接,同时,利用三阶段脉冲对熔池进行搅拌作用,细化晶粒组织。

Double wire median pulse MIG welding power system and its control method

【技术实现步骤摘要】
双丝中值脉冲MIG焊电源系统及其控制方法
本专利技术涉及焊接
,具体涉及双丝中值脉冲MIG焊电源系统及其控制方法。
技术介绍
传统焊接技术采用单丝焊接,熔敷效率低,生产周期长,急需一种效率更高,接头质量更高的焊接技术。双丝脉冲MIG焊是高效化焊接工艺创新方式之一,是在单丝焊的基础上发展而来,由两套单丝焊系统组成,主从电弧在同一个熔池上燃烧,与单丝脉冲MIG焊相比,不仅提高了总的热输入和焊接速度,还能改变焊接过程中的热分布及提高焊件的焊接质量,从而实现高效化和高质量焊接。目前,双丝脉冲MIG焊接技术广泛应用在各种生产场合,为我国的工业发展贡献着巨大力量。现有的双丝脉冲MIG焊虽然能提高焊接效率,但依然存在许多缺点:(1)双丝脉冲MIG焊接时,电流流过两个电弧,在焊丝和母材之间形成电磁场,造成两个电弧相互吸引,使电弧偏离理论位置,对熔滴的大小和过渡方向产生影响,严重的甚至引起断弧和飞溅,造成焊接过程不稳定,影响焊接质量;(2)焊接材料单一,例如焊接铝合金、钛合金、低碳钢等材料时,材料熔点各不相同,焊丝熔化形成熔滴并且过渡的时间也不同,采用目前的脉冲焊接技术,调节参数较少,且调节范围小,控制精度不高,焊接过程中飞溅严重,焊接质量差。传统的双丝脉冲MIG焊有峰值和基值两个阶段,基值阶段维持电弧燃烧而不熄灭,峰值阶段熔化焊丝形成熔滴并使熔滴过渡。熔滴的大小和过渡时间控制精度不高,峰值电流过大则电磁力较大,提早使熔滴发生颈缩而过渡,此时熔滴较小;峰值电流较小,电磁力较小,不足以使熔滴脱落,熔滴不断长大,当熔滴的重力增加到一定数值时突然脱落进入熔池,引起熔池飞溅严重。峰值电流过大或者过小都无法实现一脉一滴的过渡方式。
技术实现思路
为了克服现有焊接电源系统存在的缺点,本专利技术提供一种双丝中值脉冲MIG焊电源系统及其控制方法。本专利技术可以任意调节基值电流Ib、基值时间tb、中值电流Im、中值时间tm、峰值电流Ip、峰值时间tp,优化焊接过程的热输入,提高熔滴过渡的控制精度,同时通过三阶段脉冲切换对熔池进行搅拌作用,细化晶粒组织,加快气泡上浮速率,从而减少气孔的发生率,以适应不同材料的焊接。本专利技术采用如下技术方案:一种双丝中值脉冲MIG焊电源系统,包括三相交流输入电网、主机电源、从机电源、人机界面和电弧负载;所述主机电源一端与三相交流输入电网连接,其另一端与电弧负载连接,所述从机电源一端与三相交流输入电网连接,其另一端与电弧负载连接;所述主机电源和从机电源结构相同,均包括主电路、高频驱动模块、DSP控制模块、故障保护模块及电压电流检测模块;所述主电路包括依次连接的输入整流滤波模块、逆变模块、降压变压器模块及输出整流滤波模块;所述高频驱动模块一端与逆变模块连接,其另一端与DSP控制模块连接;所述故障保护模块一端与三相交流输入电网连接,其另一端与DSP控制模块连接;所述电压电流检测模块一端与电弧负载连接,其另一端与DSP控制模块连接;所述主机电源的DSP控制模块和从机电源DSP控制模块通过CAN现场总线交互通信;还包括人机界面模块,所述人机界面分别与主机电源和从机电源的DSP控制模块连接。所述人机界面模块用于实现焊接参数的设定和实时显示,包括ARM芯片、控制器、驱动器和LCD屏;所述ARM芯片采用STM32F103ZET6。所述主机电源的DSP控制模块和从机电源的DSP控制模块,均采用TMS320F280049或TMS320F28379D数字信号处理器,数字信号处理器输出脉冲宽度调制(Pulsewidthmodulation,PWM)和脉冲频率调制(Pulsefrequencymodulation,PFM)信号,在硬开关时,调节PWM占空比,在移相全桥软开关时,调节PWM移相角,在LLC谐振软开关时,调节PFM频率,控制功率开关管的开通和关断时间,从而实现不同阶段脉冲电流输出。双丝中值脉冲MIG焊电源系统的控制方法,通过人机界面与主机电源和从机电源DSP控制模块之间的交互通信,实现对主机电源和从机电源的协同控制,使得焊接电源系统进入中值模式工作,实现对熔滴过渡的控制。所述中值模式包括前中值模式、中中值模式、后中值模式及前后中值混合模式,并分别用A代表前中值模式,B代表中中值模式,C代表后中值模式,D代表前后中值混合模式。当系统工作在A模式时,包括三种工作状态,分别为A1、A2及A3状态,每个状态依次经历包括基值阶段、中值阶段及峰值阶段,所述基值阶段电流较小,不足以熔化焊丝,处于维弧阶段,中值阶段电流增大,焊丝熔化形成熔滴,但此时电流还未达到过渡的临界值,峰值阶段电流迅速上升,熔滴快速长大,电磁力和熔滴重力增大,熔滴脱离焊丝进入熔池;所述电源系统工作在A1状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:基值-基值,中值-中值,峰值-峰值,主机电源和从机电源同步输出前中值电流,熔滴同时形成、长大和脱落,在A1状态下通过控制中值电流的大小或中值时间的长短,从而获得不同大小的熔滴;所述电源系统工作在A2状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:基值-峰值,中值-基值,峰值-中值;所述电源系统工作在A3状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:基值-中值,中值-峰值,峰值-基值。当电源系统工作在B模式时,包括四种状态,分别为B1、B2、B3、B4状态,每个状态依次包括基值阶段1、中值阶段、基值阶段2及峰值阶段;基值阶段1电流较小,处于维弧阶段,中值阶段电流增大,熔滴开始出现并不断长大,之后又进入基值阶段2,电流减小,但基值阶段2电流与基值阶段1相等,此时已经形成的熔滴还未达到过渡的临界条件,熔滴大小基本保持不变,并且此时电磁力较小,不足以推动熔滴脱落,熔滴悬挂于焊丝末端,然后电流进入峰值阶段,电流增大,熔滴继续长大,电磁力也增大,熔滴在峰值阶段最后时刻脱离焊丝进入熔池;电源系统工作在B1状态时,主机电源和从机电源处于同步状态,主机熔滴和从机熔滴同时形成、长大和过渡;所述电源系统工作在B2状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:基值1-峰值,中值-基值1,基值2-中值,峰值-基值2,温度场分布改变,温度梯度改变;所述电源系统工作在B3状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:基值1-基值2,中值-峰值,基值2-基值1,峰值-中值,温度场分布改变,温度梯度改变;所述电源系统工作在B4状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:基值1-中值,中值-基值2,基值2-峰值,峰值-基值1,温度分布不同,温度梯度也不同。当电源系统工作在C模式时,包括三种工作状态,分别为C1、C2及C3状态,每个状态依次包括峰值阶段、中值阶段及基值阶段;所述电源系统工作在C1状态时,主机电源和从机电源处于同步状态,主机熔滴和从机熔滴同时形成、长大和过渡;所述电源系统工作在C2状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:峰值-基值,中值-峰值,基值-中值,温度分布改变本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种双丝中值脉冲MIG焊电源系统,其特征在于,包括三相交流输入电网、主机电源、从机电源、人机界面和电弧负载;/n所述主机电源一端与三相交流输入电网连接,其另一端与电弧负载连接,所述从机电源一端与三相交流输入电网连接,其另一端与电弧负载连接;/n所述主机电源和从机电源结构相同,均包括主电路、高频驱动模块、DSP控制模块、故障保护模块及电压电流检测模块;/n所述主电路包括依次连接的输入整流滤波模块、逆变模块、降压变压器模块及输出整流滤波模块;/n所述高频驱动模块一端与逆变模块连接,其另一端与DSP控制模块连接;/n所述故障保护模块一端与三相交流输入电网连接,其另一端与DSP控制模块连接;/n所述电压电流检测模块一端与电弧负载连接,其另一端与DSP控制模块连接;/n所述主机电源的DSP控制模块和从机电源DSP控制模块通过CAN现场总线交互通信;/n还包括人机界面模块,所述人机界面分别与主机电源和从机电源的DSP控制模块连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种双丝中值脉冲MIG焊电源系统,其特征在于,包括三相交流输入电网、主机电源、从机电源、人机界面和电弧负载;
所述主机电源一端与三相交流输入电网连接,其另一端与电弧负载连接,所述从机电源一端与三相交流输入电网连接,其另一端与电弧负载连接;
所述主机电源和从机电源结构相同,均包括主电路、高频驱动模块、DSP控制模块、故障保护模块及电压电流检测模块;
所述主电路包括依次连接的输入整流滤波模块、逆变模块、降压变压器模块及输出整流滤波模块;
所述高频驱动模块一端与逆变模块连接,其另一端与DSP控制模块连接;
所述故障保护模块一端与三相交流输入电网连接,其另一端与DSP控制模块连接;
所述电压电流检测模块一端与电弧负载连接,其另一端与DSP控制模块连接;
所述主机电源的DSP控制模块和从机电源DSP控制模块通过CAN现场总线交互通信;
还包括人机界面模块,所述人机界面分别与主机电源和从机电源的DSP控制模块连接。


2.根据权利要求1所述的一种双丝中值脉冲MIG焊电源系统,其特征在于,所述人机界面模块用于实现焊接参数的设定和实时显示,包括ARM芯片、控制器、驱动器和LCD屏;所述ARM芯片采用STM32F103ZET6。


3.根据权利要求1所述的一种双丝中值脉冲MIG焊电源系统,其特征在于,所述主机电源的DSP控制模块和从机电源的DSP控制模块,均采用TMS320F280049或TMS320F28379D数字信号处理器,数字信号处理器输出脉冲宽度调制信号,在硬开关时,调节PWM占空比,在移相全桥软开关时,调节PWM移相角,在LLC谐振软开关时,调节PFM频率,控制功率开关管的开通和关断时间,从而实现不同阶段脉冲电流输出。


4.一种如权利要求1-3任一项所述的双丝中值脉冲MIG焊电源系统的控制方法,其特征在于,通过人机界面与主机电源和从机电源DSP控制模块之间的交互通信,实现对主机电源和从机电源的协同控制,使得焊接电源系统进入中值模式工作,实现对熔滴过渡的精确控制。


5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述中值模式包括前中值模式、中中值模式、后中值模式及前后中值混合模式,并分别用A代表前中值模式,B代表中中值模式,C代表后中值模式,D代表前后中值混合模式。


6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,当系统工作在A模式时,包括三种工作状态,分别为A1、A2及A3状态,每个状态依次经历包括基值阶段、中值阶段及峰值阶段,所述基值阶段电流较小,不足以熔化焊丝,处于维弧阶段,中值阶段电流增大,焊丝熔化形成熔滴,但此时电流还未达到过渡的临界值,峰值阶段电流迅速上升,熔滴快速长大,电磁力和熔滴重力增大,熔滴脱离焊丝进入熔池;
所述电源系统工作在A1状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:基值-基值,中值-中值,峰值-峰值;
所述电源系统工作在A2状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:基值-峰值,中值-基值,峰值-中值;
所述电源系统工作在A3状态时,主机电源和从机电源电流对应关系为:基值-中值,中值-峰值,峰值-基值。
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【专利技术属性】
技术研发人员:吴开源詹家通曹宜伟谢沛民丁念
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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