复合交变磁场的镁合金方波ＭＩＧ高效化焊机制造技术

本实用新型专利技术为一种复合交变磁场的镁合金方波ＭＩＧ高效化焊机，输入和输出分别连接三相交流输入电源和电弧负载，其包括主电路、数字化控制系统、交变磁控电弧发生装置、送丝机及焊枪；其中，三相交流输入电源与主电路和电弧负载依次连接；主电路与送丝机连接；三相交流输入电源与数字化控制系统连接；数字化控制系统与交变磁控电弧发生装置相互连接；数字化控制系统与送丝机相互连接；送丝机与焊枪相互连接；焊枪与电弧负载连接。本实用新型专利技术确保电弧在镁合金高速焊接中能够保持良好的清洁作用及足够的稳定性和穿透能力，同时实现对熔池金属的电磁搅拌，细化晶粒，抑制裂纹倾向，改善热应力分布，全面改善和提高镁合金焊接接头的强度和质量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高效化逆变焊机，特别涉及一种复合交变磁场的镁合金方波MIG高效化焊机。
技术介绍
随着国内经济和社会的快速发展，节能、减排、增效、资源化利用已经成为目前社会发展中的关键问题。在这一背景下，新型轻合金材料的研发受到各国的高度重视，镁合金凭借其优良的性能，受到了国内外的广泛关注。以汽车制造业为例，为了降低对环境的污染，汽车设计者和生产商在提高燃料的利用率和减少CO2的排放量方面开展了大量的研究，如寻找新的无污染燃料、提高发动机性能和减轻汽车质量等。其中，减轻汽车质量是最有效的一种方法。镁合金以其低密度和高比强度、高比刚度和可再回收利用等优点成为人们关注的焦点。有关专家预计，镁合金在汽车工业应用的年增长率达到20％，国外在汽车上大规模应用镁合金生产的零部件已超过60种，罩，车顶板、门框和轮毂等焊件也将用镁合金大批量生产，每辆汽车中镁合金的质量将增加到40～80kg。2006年北美、欧洲、日本等地的汽车工业对镁合金的需求量超过20万吨。这些国家和地区由汽车工业拉动的镁合金的需求量还将继续增长。由于镁合金的物理性能以及自身的冶金特点，决定了镁合金的焊接性能较差，很难实现可靠连接，焊接时容易产生变形、烧穿、热裂纹和气孔等缺陷，其中，最主要的是热裂纹和气孔。镁合金结构件以及镁合金与其它材料结构件之间的连接，已成为制约镁合金应用的技术瓶颈和急待解决的关键技术之一。国内外对镁合金焊接的研究也越来越多，应用的焊接方法包括TIG焊、MIG、搅拌摩擦焊(FSW)、摩擦焊(FW)、激光焊(LBW)、电子束焊(EBW)和电阻点焊(RSW)等。从设备投入以及实际生产应用情况来看，MIG焊是一种非常有前景的镁合金高效化焊接方法，但是它的调节范围非常窄。采用交流方波MIG焊工艺，电流过零点快，电弧比普通交流正弦波焊机更稳定，自动化程度高，但由于镁合金焊接导热性好，需要高能量密度的输入，要将送丝速度、正负半波波形与熔滴过渡形态紧密配合，通过良好的波形控制以及其他措施来获得较宽的工艺规范，防止晶粒粗化、热裂纹以及气孔等；此外，由于目前使用的镁合金焊丝在焊接性能、力学性能、表面处理状态等方面还不够理想，对送丝系统的推拉送丝方式、送丝软管、送丝轮等方面都有比较高的要求。在国外，镁合金MIG焊接设备一般采用晶闸管或者逆变式结构的交流焊机或者直流脉冲MIG焊机来完成。对于厚大件镁、钛、铝等高性能合金材料的焊接，则采用等离子弧、激光焊、搅拌摩擦焊或氦弧焊设备等，价格昂贵。在国内，情况也大同小异。因此，为满足高性能镁合金材料高效化焊接的需要，研究开发新型的高效化焊机和工艺具有重要的现实意义，高频逆变技术、现代电磁搅拌技术以及嵌入式数字化控制技术的出现和快速发展为该种高效化焊机的研制提供了可能。采用高频逆变技术，大幅度提高了电源的电能变换频率，使得电源主变压器的体积、质量大幅度的减小；同时，由于电子功率器件工作于开关状态，变压器等可以采用铁损-->很小的磁芯材料，效率得到极大提高；由于主电路中存在电容，功率因数得到提高，节能效果明显；此外，由于工作频率很高，主电路中滤波电感值小，电磁惯性小，易于获得良好的动特性，极大地提高了工艺控制性能。数字化控制易于采用先进的控制方法和智能控制算法，使得逆变焊机的智能化程度更高，易于实现多参数的协同控制，甚至可以在线修改控制算法及控制参数，缩短设计周期，集成度高，控制电路元器件少，控制板体积小巧，系统的抗干扰能力和稳定性高，可靠性好，改善了系统一致性，生产制造方便。逆变焊机对时间响应要求比较苛刻，需要采用高性能的微处理器芯片。ARM微处理器具有高性能、低功耗、低成本的优势，在嵌入式系统中应用广泛。为追求更快的响应速度，运行于微处理器上的实时内核非常重要。RTX-Kernel同时支持时间片轮转调度法和优先级占先调试法，并可以动态改变任务的优先级，调试功能十分强大。在任务同步和通信机制方面，RTX-Kernel支持事件标志、信号量、互斥量和信箱等方法，完全可以满足应用程序的需求。在焊接过程中引入磁场控制成为一种正在发展的先进焊接技术，这种技术被称作磁控电弧焊接技术。采用外加磁场促使焊接电弧和熔池金属有规律地周期运动，对焊接中熔滴的过渡、熔池金属的流动、熔池的结晶形核及结晶生长等过程进行有效地干预，改变焊缝金属的结晶条件，提高焊缝金属的塑性和韧性，降低结晶裂纹和气孔的敏感性，从而全面改善焊接接头的质量。但是据检索，目前还未有将融合上述技术，即以32位ARM嵌入式微处理器作为控制核心、以RTX-Kernel为控制系统实时内核，同时还复合交变磁场的软开关方波MIG逆变焊机技术和产品的相关报道，属于空白。据检索，目前还未有以32位ARM嵌入式微处理器作为控制核心、以RTX-Kernel为控制系统实时内核，同时还复合交变磁场的软开关方波MIG逆变焊机技术和产品的相关报道，属于空白。
技术实现思路
本技术的目的在于针对目前镁合金高效化焊接存在的问题以及相关技术的发展趋势，提供一种复合交变磁场的嵌入式数字化高频软开关方波MIG焊机。该焊机以32位ARM嵌入式微处理器为核心，以RTX-Kernel为控制系统实时内核实现全数字化控制；结合软开关高频逆变技术，使焊机电源具备优异的一致性、可靠性和动态响应能力；采用交变磁控电弧发生装置，对焊接中熔滴的过渡、熔池金属的流动、熔池的结晶形核及结晶生长等过程进行有效地干预，进一步改善焊缝质量和焊接效果，实现多参数匹配和调节，提高工艺适应性。为实现本技术的目的采用如下技术方案：一种复合交变磁场的镁合金方波MIG高效化焊机，输入和输出分别连接三相交流输入电源和电弧负载，其特征是，包括主电路、数字化控制系统、交变磁控电弧发生装置、送丝机以及焊枪；其中，所述主电路由整流滤波模块、一次高频逆变模块、二次输出波形调制模块依次连接组成；所述三相交流输入电源与主电路的整流滤波模块相连接，主电路的二次输出波形调制模块与电弧负载相连接；所述数字化控制系统包括MCU最小系统、数字化面板、IGBT驱动电路、反馈采样电路、异常状-->态检测电路、CAN总线接口电路、串行通信接口电路以及电源模块；其中，三相交流输入电源与电源模块相连接，电源模块与所述数字化控制系统中的其他模块相连接，用于为其他模块供电；所述MCU最小系统分别与CAN总线接口电路和串行通信接口电路相互连接；所述串行通信接口电路还与数字化面板相互连接；所述MCU最小系统与IGBT驱动电路和主电路中的一次高频逆变模块依次连接；所述MCU最小系统与IGBT驱动电路和主电路中的二次输出波形调制模块依次连接；所述三相交流输入电源通过异常状态检测电路与MCU最小系统相连接；所述主电路中的二次输出波形调制模块通过反馈采样电路和MCU最小系统连接；所述交变磁控电弧发生装置由ARM控制系统、功率调节电路和电感线圈相互连接组成，其中，ARM控制系统与功率调节电路相互连接，功率调节电路与电感线圈相连接，单相交流输入电源与电感线圈相连接，单相交流输入电源与功率调节电路相互连接；所述数字化控制系统中的串行通信接口电路还与ARM控制系统相互连接，进行数字通信和交互；主电路中的二次输出波形调制模块的输出连接送丝机；送丝机与焊枪相互连接；焊枪与电弧负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合交变磁场的镁合金方波ＭＩＧ高效化焊机，输入和输出分别连接三相交流输入电源和电弧负载，其特征是，包括主电路、数字化控制系统、交变磁控电弧发生装置、送丝机以及焊枪；其中，所述主电路由整流滤波模块、一次高频逆变模块、二次输出波形调制模块依次连接组成；所述三相交流输入电源与主电路的整流滤波模块相连接，主电路的二次输出波形调制模块与电弧负载相连接；所述数字化控制系统包括ＭＣＵ最小系统、数字化面板、ＩＧＢＴ驱动电路、反馈采样电路、异常状态检测电路、ＣＡＮ总线接口电路、串行通信接口电路以及电源模块；其中，三相交流输入电源与电源模块相连接，电源模块与所述数字化控制系统中的其他模块相连接，用于为其他模块供电；所述ＭＣＵ最小系统分别与ＣＡＮ总线接口电路和串行通信接口电路相互连接；所述串行通信接口电路还与数字化面板相互连接；所述ＭＣＵ最小系统与ＩＧＢＴ驱动电路和主电路中的一次高频逆变模块依次连接；所述ＭＣＵ最小系统与ＩＧＢＴ驱动电路和主电路中的二次输出波形调制模块依次连接；所述三相交流输入电源通过异常状态检测电路与ＭＣＵ最小系统相连接；所述主电路中的二次输出波形调制模块通过反馈采样电路和ＭＣＵ最小系统连接；所述交变磁控电弧发生装置由ＡＲＭ控制系统、功率调节电路和电感线圈相互连接组成，其中，ＡＲＭ控制系统与功率调节电路相互连接，功率调节电路与电感线圈相连接，单相交流输入电源与电感线圈相连接，单相交流输入电源与功率调节电路相互连接；所述数字化控制系统中的串行通信接口电路还与ＡＲＭ控制系统相互连接，进行数字通信和交互；主电路中的二次输出波形调制模块的输出连接送丝机；送丝机与焊枪相互连接；焊枪与电弧负载相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种复合交变磁场的镁合金方波MIG高效化焊机，输入和输出分别连接三相交流输入电源和电弧负载，其特征是，包括主电路、数字化控制系统、交变磁控电弧发生装置、送丝机以及焊枪；其中，所述主电路由整流滤波模块、一次高频逆变模块、二次输出波形调制模块依次连接组成；所述三相交流输入电源与主电路的整流滤波模块相连接，主电路的二次输出波形调制模块与电弧负载相连接；所述数字化控制系统包括MCU最小系统、数字化面板、IGBT驱动电路、反馈采样电路、异常状态检测电路、CAN总线接口电路、串行通信接口电路以及电源模块；其中，三相交流输入电源与电源模块相连接，电源模块与所述数字化控制系统中的其他模块相连接，用于为其他模块供电；所述MCU最小系统分别与CAN总线接口电路和串行通信接口电路相互连接；所述串行通信接口电路还与数字化面板相互连接；所述MCU最小系统与IGBT驱动电路和主电路中的一次高频逆变模块依次连接；所述MCU最小系统与IGBT驱动电路和主电路中的二次输出波形调制模块依次连接；所述三相交流输入电源通过异常状态检测电路与MCU最小系统相连接；所述主电路中的二次输出波形调制模块通过反馈采样电路和MCU最小系统连接；所述交变磁控电弧发生装置由ARM控制系统、功率调节电路和电感线圈相互连接组成，其中，ARM控制系统与功率调节电路相互连接，功率调节电路与电感线圈相连接，单相交流输入电源与电感线圈相连接，单相交流输入电源与功率调节电路相互连接；所述数字化控制系统中的串行通信接口电路还与ARM控制系统相互连接，进行数字通信和交互；主电路中的二次输出波形调制模块的输出连接送丝机；送丝机与焊枪相互连接；焊枪与电弧负载相连接。2.根据权利要求1所述的复合交变磁场的镁合金方波MIG高效化焊机，其特征是，所述复合交变磁场的镁合金方波MIG高效化焊机中的数字化控制系统还包括以太网接口电路和送丝驱动电路；所述MCU最小系统与送丝驱动电路相互连接，送丝驱动电路还与送丝机连接；所述MCU最小系统与以太网接口电路相互连接。3.根据权利要求1或2所述的复合交变磁场的镁合金方波MIG高效化焊机，其特征是，所述主电路中的一次高频逆变模块采用了移相全桥软开关拓扑结构；所述二次输出波形调制模块采用了双半桥并联型拓扑结构。4.根据权利要求1或2所述的复合交变磁场的镁合金方波MIG高效化焊机，其特征是，所述数字化控制系统中M...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，吴祥淼，张芩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]