【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接，具体为一种磁场辅助焊接系统。
技术介绍
1、在焊接过程中施加磁场，由于洛伦兹力的作用，可对电弧的形态和熔池液态金属的流动进行干预，使焊缝成形发生相应改变，获得性能更加优良的接头，同时还可以改善熔池熔覆效率低、电弧磁偏吹、焊缝熔深浅和焊接速度慢等问题。近年来，磁控辅助焊接技术因为上述优点得到了广泛应用，磁控辅助焊接系统主要包含励磁电源和磁场发生装置，但这两种关键设备在实际应用中存在以下亟待解决的问题：
2、1.现存励磁电源大多只能输出单一直流或交流电，应用场景受到限制。在直流电作用下产生的静态磁场能够通过洛伦兹力的作用实现全位置多角度焊接，还可改善异种金属焊接中的磁偏吹问题，但无法在此基础上发挥磁控辅助焊接的搅拌作用；在交流电作用下产生的交变磁场，如果交流频率过高则会导致电弧摆动剧烈，影响焊缝成形，因此励磁电源适宜工作在低频条件下，而传统电源为符合低频工况，设备体积较为庞大，不利于焊接系统的集成。
3、2.在进行中厚板焊接时，因磁场发生装置设计问题和待焊工件的屏蔽作用，导致磁力线空间分布不合理，有效焊接区域(焊枪钨针尖端)附近磁场强度低。目前采取的解决方法是增大励磁电流或增加励磁线圈的匝数以增加磁场强度，但实际改善效果并不明显，且增大励磁电流，会导致励磁线圈过热，不仅造成电能的浪费还需增设冷却散热装置，增加了磁场发生装置的制造成本。同时，在交流工况下，增加励磁线圈的匝数会导致感抗过大，励磁电流减小，反而不利于磁场强度的增加。
4、以上问题限制了磁控辅助焊接的应用场景，因此开发
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是：提供一种磁场辅助焊接系统，能够实现多种电能形式输出且适用于多种应用场景。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种磁场辅助焊接系统，包括励磁电源和增强型磁场发生装置、焊枪和焊接电源；
4、励磁电源的主电路拓扑包含依次连接的pfc电路、llc谐振变换电路和调制输出电路；
5、pfc电路用于将220v交流电转换为脉动直流电，然后升压输出高压直流电，同时使电流与输入电压同相；
6、llc谐振变换电路用于将高压直流电转换为高压方波交流电后再转换为副边低压方波交流电，经整流滤波后再转换为平滑的直流电；
7、调制输出电路用于将平滑的直流电按照预设输出波形需求转换为参数可调的励磁电流输入到增强型磁场发生装置；
8、增强型磁场发生装置与焊枪同轴装配并置于待焊工件上方，用于在有效焊接区域产生纵向磁场、垂直于焊接方向的磁场或平行于焊接方向的磁场；
9、焊接电源一端连接于焊枪，另一端用于连接待焊工件。
10、进一步，pfc电路包含由二极管d1、d2、d3、d4组成的整流桥和由升压电感l1、快恢复二极管d5、功率开关管q1以及电容c1组成的boost升压模块，整流桥用于将220v交流电整流后输出脉动直流电到boost升压模块，boost升压模块用于在占空比信号控制下输出高压母线直流到llc谐振变换电路，同时使升压电感l1电流与输入电压保持同相。
11、进一步，llc谐振变换电路包含依次连接的谐振逆变模块和整流滤波模块，谐振逆变模块包含功率开关管q2、q3、q4、q5和其各自并联的电容c2、c3、c4、c5以及谐振电感lr、谐振电容cr、变压器励磁电感lm以及变压器t，整流滤波模块包含肖特基二极管d6和d7、功率电感l2和滤波电容c6，谐振逆变模块用于将高压母线直流电转换为高压方波交流电再经变压器t转换为副边低压方波交流电，整流滤波模块用于将低压方波交流电转换为平滑的直流电给调制输出电路。
12、进一步，调制输出电路包含由功率开关管q6、q7、q8、q9组成的逆变桥和电感l3、电容c7组成的滤波模块，调制输出电路用于将低压直流电转换为参数可调的励磁电流并输入到增强型磁场发生装置。
13、进一步，增强型磁场发生装置包含螺线管、导磁杆、顶部连接板和套筒屏蔽罩；螺线管与焊枪同轴装配，螺线管外部绕制有漆包线，漆包线连接于调制输出电路的输出端，导磁杆卡接于螺线管，用于在有效焊接区域形成纵向磁场、垂直于焊接方向的磁场或平行于焊接方向的磁场，顶部连接板接于螺线管上端，套筒屏蔽罩套接于螺线管外。
14、进一步，导磁杆包含第一导磁杆，第一导磁杆顶端位于螺线管的中部，第一导磁杆底端位于螺线管的底部，第一导磁杆沿平行于焊接方向安装于螺线管，用于在有效焊接区域附近形成纵向磁场。
15、进一步，导磁杆包含第一导磁杆和第二导磁杆，第一导磁杆和第二导磁杆沿垂直于焊接方向分别安装于螺线管两侧，用于在有效焊接区域附近产生垂直于焊接方向的磁场。
16、进一步，导磁杆包含第一导磁杆和第二导磁杆，第一导磁杆和第二导磁杆沿平行于焊接方向分别安装于螺线管两侧，用于在有效焊接区域附近产生平行于焊接方向的磁场。
17、进一步，第二导磁杆顶端位于螺线管的顶部，第二导磁杆底端位于螺线管的底部。
18、进一步，套筒屏蔽罩设有切槽开口以引出第二导磁杆和漆包线。
19、总的说来，本专利技术具有如下优点：
20、1.在磁控辅助焊接的过程中，根据焊材和焊接环境的不同需要调整励磁电源的输出电流形式，现存励磁电源大多只能输出单一电流。针对此，本专利技术中采用了新的主电路拓扑，可以实现直流、脉冲和交流等多种电流波形，能够适用于异种金属、全位置和中厚板窄间隙等多种应用场景，且在低频交流工况下做到了小体积，易与焊机实现一体化集成。
21、2.在实际生产中，尤其焊接中厚板材时，现存磁场发生装置磁路设计不合理，磁场因待焊工件的结构受到不同程度的屏蔽，磁场无法作用于有效焊接区。针对此，本专利技术通过增强型磁场发生装置来优化磁路，将产生的磁场作用于有效焊接区域，且可产生不同方向的磁场。
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1.一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：包括励磁电源和增强型磁场发生装置、焊枪和焊接电源；
2.根据权利要求1所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：PFC电路包含由二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥和由升压电感L1、快恢复二极管D5、功率开关管Q1以及电容C1组成的Boost升压模块，整流桥用于将220V交流电整流后输出脉动直流电到Boost升压模块，Boost升压模块用于在占空比信号控制下输出高压母线直流到LLC谐振变换电路，同时使升压电感L1电流与输入电压保持同相。
3.根据权利要求1所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：LLC谐振变换电路包含依次连接的谐振逆变模块和整流滤波模块，谐振逆变模块包含功率开关管Q2、Q3、Q4、Q5和其各自并联的电容C2、C3、C4、C5以及谐振电感Lr、谐振电容Cr、变压器励磁电感Lm以及变压器T，整流滤波模块包含肖特基二极管D6和D7、功率电感L2和滤波电容C6，谐振逆变模块用于将高压母线直流电转换为高压方波交流电再经变压器T转换为副边低压方波交流电，整流滤波模块用于将低压方波交流电转换为平滑的直流电给调制输出
4.根据权利要求1所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：调制输出电路包含由功率开关管Q6、Q7、Q8、Q9组成的逆变桥和电感L3、电容C7组成的滤波模块，调制输出电路用于将低压直流电转换为参数可调的励磁电流并输入到增强型磁场发生装置。
5.根据权利要求1所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：增强型磁场发生装置包含螺线管、导磁杆、顶部连接板和套筒屏蔽罩；螺线管与焊枪同轴装配，螺线管外部绕制有漆包线，漆包线连接于调制输出电路的输出端，导磁杆卡接于螺线管，用于在有效焊接区域形成纵向磁场、垂直于焊接方向的磁场或平行于焊接方向的磁场，顶部连接板接于螺线管上端，套筒屏蔽罩套接于螺线管外。
6.根据权利要求5所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：导磁杆包含第一导磁杆，第一导磁杆顶端位于螺线管的中部，第一导磁杆底端位于螺线管的底部，第一导磁杆沿平行于焊接方向安装于螺线管，用于在有效焊接区域附近形成纵向磁场。
7.根据权利要求5所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：导磁杆包含第一导磁杆和第二导磁杆，第一导磁杆和第二导磁杆沿垂直于焊接方向分别安装于螺线管两侧，用于在有效焊接区域附近产生垂直于焊接方向的磁场。
8.根据权利要求5所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：导磁杆包含第一导磁杆和第二导磁杆，第一导磁杆和第二导磁杆沿平行于焊接方向分别安装于螺线管两侧，用于在有效焊接区域附近产生平行于焊接方向的磁场。
9.根据权利要求7或8所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：第二导磁杆顶端位于螺线管的顶部，第二导磁杆底端位于螺线管的底部。
10.根据权利要求9所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：套筒屏蔽罩设有切槽开口以引出第二导磁杆和漆包线。
...【技术特征摘要】
1.一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：包括励磁电源和增强型磁场发生装置、焊枪和焊接电源；
2.根据权利要求1所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：pfc电路包含由二极管d1、d2、d3、d4组成的整流桥和由升压电感l1、快恢复二极管d5、功率开关管q1以及电容c1组成的boost升压模块，整流桥用于将220v交流电整流后输出脉动直流电到boost升压模块，boost升压模块用于在占空比信号控制下输出高压母线直流到llc谐振变换电路，同时使升压电感l1电流与输入电压保持同相。
3.根据权利要求1所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：llc谐振变换电路包含依次连接的谐振逆变模块和整流滤波模块，谐振逆变模块包含功率开关管q2、q3、q4、q5和其各自并联的电容c2、c3、c4、c5以及谐振电感lr、谐振电容cr、变压器励磁电感lm以及变压器t，整流滤波模块包含肖特基二极管d6和d7、功率电感l2和滤波电容c6，谐振逆变模块用于将高压母线直流电转换为高压方波交流电再经变压器t转换为副边低压方波交流电，整流滤波模块用于将低压方波交流电转换为平滑的直流电给调制输出电路。
4.根据权利要求1所述的一种磁场辅助焊接系统，其特征在于：调制输出电路包含由功率开关管q6、q7、q8、q9组成的逆变桥和电感l3、电容c7组成的滤波模块，调制输出电路用于将低压直流电转换为参数可调的励磁电流并输入到增强型磁场发生装置。
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【专利技术属性】
技术研发人员：石永华，董士玮，詹家通，梁焯永，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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