一种铝合金双丝双脉冲数字化软开关逆变焊接电源制造技术

本实用新型专利技术涉及一种铝合金双丝双脉冲数字化软开关逆变焊接电源，主要包括一体化的ＩＧＢＴ软开关主电路、ＤＳＰ控制电路以及人机交互系统。本实用新型专利技术首次提出在双丝焊机上实现双脉冲铝合金焊接，利用ＴＩ?ＤＳＰ?２８０８作为控制核心实现了全数字化控制，利用软件直接产生８路ＰＷＭ信号，控制两个主电路，减少了通信所带来的控制上的问题，提高了系统反应速度和可靠性。通过将两个主电路集中于同一焊机中，使整体结构比主从式焊机大为减小，焊机更加轻便灵活，最后利用对双丝相位的合理调节控制，从而获得更加美观优良的焊缝外观与质量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于铝合金高速弧焊加工
，特别涉及铝合金双丝双脉冲焊接
，具体是指一种铝合金双丝双脉冲数字化软开关逆变焊接电源。
技术介绍
铝及其合金不仅具有比重小、强度高、抗腐蚀性能强的特点，并且拥有优良的挤压 性能、良好的可焊性、较高的比强，所以近年来已经被广泛应用在航空、航天、核能以及军事 工业等各个领域，而随之相应的铝合金焊接技术也在突飞猛进的发展。按照现有技术，铝及铝合金其焊接工艺和方法除了直流单脉冲MIG焊以外，还有 以下几种。(I)TIG 焊(Tungsten Inert Gas)TIG焊是铝合金焊接中应用最广的一种焊接方法。从焊接工艺特点分为直流正接 TIG焊、直流反接TIG焊和交流TIG铝焊。直流正接TIG焊，钨极可以承受很大的电流而不 被烧损，长时期保持钨极端部形状的稳定性，易于获得性能一致的焊接接头，但是没有阴极 雾化作用，不易清除掉焊接过程中产生的氧化膜。直流反接TIG焊，铝合金表面阴极斑点能 量密度高，并且氧化膜的电子逸出功小，电弧阴极斑点容易在它上面建立，受到质量很大的 正离子的撞击时，表面氧化膜破碎蒸发被清除掉，从而达到阴极清理的目的。交流TIG铝焊 较好的熔深和清除氧化膜分别是正、负极性钨极气保焊的基本特性，使用交流电源的钨极 气保焊在这两种特性上取得了平衡，在正极性的半周，电弧有效地破除了附着在材料表面 的氧化铝薄膜，而在负极性的半周，则将材料熔合。(2)交流 MIG 焊交流MIG焊发展较早，它可以有效克服直流电弧的磁偏吹。交流MIG焊可以看成 是交替切换DCEP PMIG电弧及DCEN PMIG电弧形成的。它的电弧力及电弧热的特点介于 DCEP PMIG及DCEN PMIG之间，其熔深介于二者之间，有利于稳定焊接过程及焊接质量。在 许多国家，特别是日本，仍在不断的加强、完善它，如过零技术、起弧技术等等。交流MIG焊 可用于焊非常薄的铝板。焊丝位于负极时，可加快焊丝的熔化速度。当焊丝为正极时，可实 现阴极破碎作用，因此可很灵活地调节电流波形来满足焊接现场的要求。(3)铝合金变极性等离子弧焊(VPPA)在航空、航天领域，飞行器的制造过程经常涉及到铝合金厚件的焊接，由于TIG焊 热效率较低，一般只能焊接3mm以下的铝合金板材，厚度增加必须开坡口，厚度达到一定值 时需要采用多层焊的方法，大大降低了生产效率，且电极烧损较快。采用变极性等离子弧焊 技术能有效地解决上述问题。变极性等离子弧焊接方法与钨极氩弧焊(电弧温度8000K) 相比较，具有能量集中、电弧温度高(16000 33000K)、穿透性强、稳定性好、焊接速度快等 特点，焊缝质量好、热影响区小，变形小等优点，能一次性焊透12mm的铝合金板材，而不用 开坡口，大大提高了焊接生产效率。通过小孔型立焊工艺可消除气孔等焊接缺陷，实现“无 缺陷”焊接，从而可解决长期以来难以解决的铝合金构件焊接质量不稳定的问题。(4)低频调制型脉冲焊(双脉冲MIG焊)低频调制型脉冲焊是用0. 5-50HZ的低频脉冲对频率较高的单位脉冲(控制熔滴过渡的脉冲)的峰值和时间进行调制，使单位脉冲的强度在强和弱之间低频周期性切换， 得到周期性变化的强弱脉冲群，电弧力和热输入相应地也随低频调制频率而变化。用于焊 铝及其合金，不仅能获得鱼鳞状焊缝表面，而且能扩大可焊焊接接头的间隙变化范围，减少 焊接气孔，细化焊缝晶粒，降低焊缝裂纹敏感性。(5)激光焊用于铝合金的激光焊设备从介质上分，主要有两种，一种是CO2激光装置，目前已开发用于工业焊接的整机功率已达45KW ；另一种是一个带钇铝石榴石涂层的钕单晶棒的 激光Nd: YAG装置，已开发的整机功率已达5KW。激光焊的主要特点是焊速高，变形小，较易 实现焊接的自动化，例如铝制汽车车体的焊接。激光焊用于钢铁件的焊接是非常成功的，但 用于铝的焊接工作时，就会出现问题。由于铝件表面对激光的反射作用以及铝的高热传导 率，需要增大激光能量密度，在有的激光装置中，经过聚焦，其能量密度已大于107W/cm2。在 CO2激光装置中，能量密度应大于4X 106W/cm2，否则焊束缺乏穿透力；焊缝气孔较多，并且 容易产生裂纹。在Nd:YAG激光装置中，由于所产生的激光波长较短，为1. 06 μ m，铝合金表 面对其产生的反射作用较小，所以以上问题尚不突出。其中，低频调制型脉冲焊(双脉冲MIG焊)生产率高、易实现自动化，是铝合金焊 接生产的主要工艺方法之一。以往几乎所有脉冲焊的研究和应用都是针对钢，而随着铝的 广泛应用，最近几年关于铝合金脉冲焊接的研究也逐渐增多。但是在实际的铝焊接应用中 依然存在着很多的问题，为了获得更好的焊接质量，对双脉冲MIG焊铝的工艺特点进行研 究具有重要的意义。双脉冲MIG焊是在常规脉冲MIG焊技术的基础上针对铝合金焊接而设计的一种新 工艺。如果参数设置得当，就可以降低气孔发生率，细化焊缝晶粒，扩宽焊接头间隙范围，从 而在确保焊接质量的前提下，实现较高的焊接效率。然而，在进行双脉冲MIG焊的时候需要 调节的参数非常多，所以它也是一项相对比较复杂的工艺.一些重要参数，如强弱脉冲的 基值峰值电流大小和时间，强弱脉冲的频率和占空比，送丝速度和焊接速度等，对于焊接过 程的稳定性和焊缝成形都有直接的影响。如果要在每次焊接前正确搭配好所有的参数，无 疑给焊接人员带来了巨大挑战。并且铝合金的物理特性与钢差别较大，对焊接参数的搭配 要求比较高，任何一个参数选择不合理都有可能导致焊接效果急剧恶化。所以如何进行各 项参数的合理匹配，并形成一元化调节的专家数据库，是摆在焊接领域研究人员面前的重 要课题。可以看出，数字控制在这个过程当中能够起到显著的作用。因此，在MIG焊工艺研 究的基础上进行铝合金双脉冲MIG焊的数字控制研究，对获得优异的铝合金自动焊效果具 有极其重要的意义。在国外，FR0NIUS公司和CLOOS公司都已经开发出了一系列带有专家数据库的数字化逆变式脉冲MIG/MAG焊机，这些焊机售价高昂，其核心技术就是其中可以不断升级的 专家数据库。但在国内，双脉冲焊铝技术正在研究之中，国内产焊机都还不能进行双脉冲 MIG焊的稳定焊接，更不用说带有双脉冲焊接专家库系统了。
技术实现思路
本技术的目的在于针对铝合金焊接技术的发展趋势，为扩大焊接电源使用范围并提高焊接效率，提供一种适用于铝合金双脉冲MIG焊接的，系统稳定性好、焊接效率 高、调试方便、具有良好操作界面、使用简单、带有焊接专家系统的铝合金双丝双脉冲数字 化软开关逆变焊接电源。为了实现上述目的，本技术包括一种由绝缘栅双极性晶体管(IGBT)作为开 关元件的移相软开关全桥逆变主电路、DSP控制电路以及人机交互系统。所述主电路由依次连接的整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块、整流平滑 模块组成。整流滤波输入模块与三相交流电相连，再连接高频逆变模块，高频逆变模块的输出 连接功率变压模块。整流平滑模块与负载相连。同时，过流检测模块的传感器连接在功率变 压模块初级线圈上；传感器与负载连接获得电流采样信号，电压信号直接从负载两端取得。所述DSP控制电路主要由DSP控制器TI DSP 2808与外围电路构成。包括过压欠 压保护检测模块、DSP控制器、电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金双丝双脉冲数字化软开关逆变焊接电源，主要是用于铝合金的高速焊接，其特征在于包括一体化的ＩＧＢＴ软开关主电路，ＤＳＰ控制电路以及人机交互系统，其中，所述的ＩＧＢＴ软开关主电路包括依次连接的整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块、整流平滑模块，ＤＳＰ控制电路包括过压欠压保护检测模块、ＤＳＰ控制器、电流电压采样检测与反馈模块、高频驱动模块、过流检测模块和温度检测模块，以及一ＪＴＡＧ口，同时，ＤＳＰ控制器内设有一个ＤＳＰ控制软件模块，进一步，所述的电源系统具体由一个ＤＳＰ控制电路控制两个ＩＧＢＴ软开关主电路。

【技术特征摘要】
一种铝合金双丝双脉冲数字化软开关逆变焊接电源，主要是用于铝合金的高速焊接，其特征在于包括一体化的IGBT软开关主电路，DSP控制电路以及人机交互系统，其中，所述的IGBT软开关主电路包括依次连接的整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块、整流平滑模块，DSP控制电路包括过压欠压保护检测模块、DSP控制器、电流电压采样检测与反馈模块、高频驱动模块、过流检测模块和温度检测模块，以及一JTAG口，同时，DSP控制器内设有一个DSP控制软件模块，进一步，所述的电源系统具体由一个DSP控制电路控制两个IGBT软开关主电路。2.根据权利要求1所述的一种铝合金双丝双脉冲数字化软开关逆变焊接电源，其特征 在于，所述的整流滤波模块的输入与三相交流电相连，整流滤波模块的输出连接高频逆变 模块，高频逆变模块的输出连接功率变压模块，连接功率变压模块的输出连接整流平滑模 块，整流平滑模块的输出与负载相连。3.根据权利要求1所述的一种铝合金双丝数字化软开关逆变焊接电源，其特征在于， 所述的温度检测模块包括温度传感器、过热光耦、外围电路，温度检测模块的一端与散热器 相连接，另一端与DSP控制器的中断输入引脚相连。4.根据权利要求1所述的一种铝合金双丝双脉冲数字化软开关逆变焊接电源，其特征 在于，所述的DSP控制器分别与高频驱动模块、电流电压采样检测与反馈模块、过压欠压保 护检测模块、温度检测模块和过流检测模块相连接，同时，DSP控制器与人机交互系统相连 接，电流电压采样检测与反馈模块与人机交互系统相连接，所述的过流检测模块的另一端 与功率变压模块的初级相连，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛家祥，姚屏，蒙万俊，魏仲华，
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]