高频逆变式弧焊机电源的研制初探

弧焊机电源是电弧焊机的重要组成部分,它是对焊接电弧供给电能的装置,它应满足电弧焊所要求的电气特性。弧焊机电源电气性能的优劣,在很大程度上决定了电弧焊机焊接过程的稳定性。没有先进的弧焊机电源,要实现先进的焊接工艺和焊接过程自动化也是难以办到的。弧焊机电源具有较大的短路电流和较高的空栽电压等特点。高频逆变式弧焊机电源是近年来世界焊接电源界研究的新技术。它具有控制性能优异、动特性好、焊接工艺性优良、重量轻、效率高、功率因数高、引弧性能好、焊接速度快等优点,是当前国际上焊接电源设备发展的主流和方向。这种电源除了能够用于弧焊机外,还可以用作喷涂等需要大电流,低电压的设备的电源。     

弧焊过程的动态电阻波形分析

利用自行研制的焊接动态电弧小波分析仪对两台CO2焊机的焊接过程进行了分析测试.结果表明,动态电阻能综合反映焊接电源的电气特性.起弧时动态电阻值应迅速上升到稳定值,以保证引弧顺利.在焊接过程中应减少动态电阻纹波干扰,其峰值维持一段时间有利于熔滴平稳过渡.收弧时动态电阻值应在一个过渡周期内,由峰值平稳上升至无穷大,避免尖峰.分析结果可为改进焊接工艺和波形控制方法提供依据.     

铝的MIG焊接电弧固有自调节作用的机理及新型MIG焊接电源研制中有关问题的探讨

本文指出铝的MIG焊接亚射流电弧的“固有自调节作用”产生的机理,是弧长变化引起了阳极电压和熔滴过渡形式改变的结果。而固有自调节作用的灵敏度在熔化特性曲线的各区段有不同的强度,其最强点在亚射流过渡区熔化特性曲线出现熔滴短路过渡的拐点上,该点所对应的弧长就是采用“等速送丝—恒流电源”调节系统焊接时应选择的最佳弧长。论文指出新型MIG焊接电源必须具有恒流带外拐的外特性,其焊接电流和送丝速度均要保证线性调节,同时按照最佳规范匹配,此种焊接工艺方法是容易实现的。     

精密微电弧焊接逆变电源的设计

为了提高微电弧焊接过程中的电流控制精度和小电流稳定性,设计了一种精密微电弧焊接逆变电源.该电源在传统钨极氩弧焊电源的基础上加入了基于数字信号处理器的全数字化控制系统,采用有限双极性控制方法实现了全桥逆变电路的软开关.文中还介绍了电弧负载的电特性,分析了焊接工艺对电源电气特性的要求,设计了直流和脉冲两种波形控制方案,阐述了电源系统的软件流程及控制算法.结果表明:通过精确控制电流、时间、频率、脉宽等输出参数,可实现对输出能量的精密控制,且波形一致性较好;采用积分分离PID控制算法,可实现电弧"起弧-燃烧-收弧"过程的柔顺过渡,提高小电流输出时的电弧稳定性.     

逆变式 MMA 弧焊电源控制系统研究

针对手工焊条电弧焊（ＭＭＡ）弧焊过程特点，建立了绝缘栅型晶体管逆变式弧焊电源控制系统。该系统采用新的外特性控制方法，能够区分空载和近空载燃弧状态并分别进行闭环控制，使得空载损耗小于１０Ｗ，并有利于焊接过程电弧稳定。将所提出的弧焊逆变器“本脉冲反馈控制”技术应用于恒流输出及电弧推力控制。研究表明：在焊接规范调节全范围内，电源输出电流动态响应时间均小于０．５ｍｓ，且无超调。由燃弧或短路向空载状态转换时，空载电压建立时间实测值小于２μｓ，上述指标能够很好地满足ＭＭＡ弧焊工艺要求。     

水蒸气保护焊短路过渡动态过程研究

在测定了水蒸气作为保护气体时的电弧物理特性参数的基础上,对水蒸气保护焊下短路过渡的动态过程进行了模拟．模拟结果与实验结果相吻令,随着电源电压与电感值的升高,短路过渡形式由燃弧──熄弧—短路—燃弧,向燃弧──短路──燃弧过渡。研究了电源电压、电感和送丝速度等焊接参数对短路过渡动态过程的影响．把电弧过程呈燃弧—熄弧—短路－燃弧交替进行,并且熄弧时间最短,短路频率最高作为研究目标,找出此条件下具体的电源电压与电感值及其关系,为制定焊接规范提供依据．     

脉冲旁路耦合电弧MIG焊一体化专用电源建模及仿真

脉冲旁路耦合电弧MIG焊是一种低能量输入的焊接方法,其普遍采用双电源协同的方式来实现.针对双电源系统结构复杂、协同控制困难的问题,采用一体化专用电源的思想,提出了主弧和旁弧两路脉冲电流使用同一控制系统进行统一协调控制的总体设计方案.设计了基于三相输入整流滤波、有限双极性全桥逆变、变压及二次整流滤波的主电路,采用模糊自适应整定PID控制算法进行反馈控制.搭建了主电路、控制算法和PWM波生成器的系统整体模型,模拟仿真了脉冲旁路耦合电弧MIG焊主弧和旁弧脉冲电流波形同步相位和交替相位时的情况,仿真结果结果表明,脉冲旁路耦合电弧MIG焊一体化专用焊接电源的设计方案是可行的,能够满足其电流波形匹配的要求.     

低气压对自保护药芯焊丝电弧特性的影响

为了研究气压降低对电弧特性的影响,对不同大气压情况下的焊接工艺数据进行研究和机理分析。研究结果表明:自保护药芯焊丝的电弧静特性呈下降趋势;随着焊炬高度(电弧长度)的增加,电弧静特性曲线上移。在低气压环境下,电弧空间的气体密度和温度降低,导致导电粒子密度降低,焊接电流减小;焊接电弧的扩展,导致弧柱直径增大、电场强度降低,但阴极和阳极压降增加,仍使总电弧电压增加。由于低气压时的弧柱电场强度降低,电弧的自身调节能力减弱,电弧稳定性和弧柱挺度下降,从而影响焊缝成形和接头质量。在低气压地区进行自保护药芯焊丝电弧焊接时,必须严格控制焊接工艺参数,尽可能采用低电弧电压进行焊接。     

铝的熔化极氩弧焊电弧稳定性研究

本文对铝MiG焊接电弧固有自身调节作用及其物理本质,形成机理及影响因素进行了研究。用自制的电弧演示装置及平特性(CV)电源和垂直下降特性(CC)电源及垂直陡降带短路补偿的等电弧电流(CAC)电源,测出了不同送丝速度下不同弧长的熔化特性曲线,并对曲线的各部走向进行了分析,得出最强的电弧固有自身调节作用是在上部短路过渡区。这是由于过渡型式的变化和接触型过渡熔滴尺寸(即短路频率)的变化引起的。     

模拟焊接电弧负载控制器的研制

分析了采用模拟焊接电弧负载测试弧焊电源外特性和动特性的可行性 ;确定了模拟电弧负载用电阻的制作材料、结构形式 ;明确了模拟电弧负载电阻值的变化规律并研制了实现该阻值变化规律的控制器。     

ZP-5型弧焊电源主电路设计

设计了一种晶闸管整流式平特性弧焊电源主电路,分析了其工作过程。通过主回路、引弧电路、稳弧电路的共同作用,解决了一般弧焊电源输出脉动大、功率因数低的缺点。实测证明,采用该电路的电源可获得优良的静动特性,能很好地满足ＣＯ２气保焊的应用。     

单片机控制IGBT逆变埋弧焊机的研制

针对IGBT逆变埋弧焊机设计了基于单片机80C196KC的控制系统,介绍了系统的软、硬件组成和控制原理.焊接电源采用PWM控制技术,通过电流反馈PI控制算法调节电源输出外特性.送丝及行走小车调速系统采用MOSFET型开关电源,采用电弧电压反馈PI算法,实现了送丝速度的闭环控制.研制的焊机具有参数预置、数字显示和自动引弧收弧等功能.试验结果表明,样机性能稳定,工作可靠,达到了设计要求.     

单片机控制等离子喷涂(焊)电源研制

研制了 80 98单片机控制的等离子喷涂和喷焊两用电源 .主电路为带平衡电抗器晶闸管整流电路结构 ,空载电压可分档调节 ,最大输出功率为 1 2 0 k W,电流连续调节范围 30～ 630 A.恒流输出 ,抗网压波动能力强 ,且具有电流预置和规范参数实时数显等功能 ,满足等离子喷涂 (焊 )对电源的要求 .     

变极性等离子弧焊电源的研制

根据铝合金焊接的要求和逆变电源的发展趋势提出了变极性等离子焊接电源主电路、控制系统和控制软件的设计方案.采用单片机80C196KC作为控制系统的核心,主电路采用全桥双逆变结构,功率开关器件为绝缘栅双极晶体管IGBT.采用PI算法实现了恒流外特性,变极性等离子焊接电源获得的电流频率、电流幅值和正负半波导通比均可以独立调节不对称方波.试验表明,变极性等离子焊接电源控制系统运行稳定、可靠.     

数字化控制的埋弧自动焊装备研究

应用数字化控制技术、模糊控制方法、功率调节技术等有机地结合,进行了数字化控制的埋弧自动焊装备研究。在深入分析埋弧焊工艺要求的基础上,引入电流双闭环控制以及限制最小脉宽的方法,研究了一种恒流带外拖的埋弧焊电源外特性。设计了基于80C320和80C552单片机双核控制的埋弧自动焊控制器;采用模糊控制算法,将80C320用于电源外特性控制,80C552完成埋弧焊焊接过程的控制;控制器之间通过RS485串行接口交换数据。实验表明,该埋弧自动焊装备具有操作控制简单、运行可靠;焊接过程稳定,起弧成功率高,焊缝熔深大、成形好等优点。     

大功率埋弧焊交流方波逆变电源研究

应用逆变并联技术、双闭环控制技术、嵌入式控制等有机地结合,研制了大功率埋弧焊交流方波逆变电源。通过对所研制电源进行了测试与试验,实验结果表明,该电源具有引弧容易、动态性能好,电流过零速度快,焊接过程稳定,焊缝成型光滑,美观等优点,可用于粗丝或多丝高效埋弧自动焊。     

焊接电弧的电子模拟负载

通过分析焊接电弧动特性和绝缘栅双极晶体管(IGBT)特性，设计了焊接电弧电子模拟负载，提出了一种弧焊电源动特性测试的新的试验方法．该方法采用IGBT作为可变电阻来模拟实际焊接过程中电弧的动态变化，通过弧焊电源的动态电参数来进行综合评判，并对所设计的电子模拟负载进行了工艺实验研究．实验结果表明，采用IGBT可以作为电子模拟负载来模拟焊接电弧的电流、电压的动态变化．     

基于ARM的多功能数字化逆变电源

针对不同焊接方式的不同控制方法,设计了基于先进精简指令集处理器(ARM)控制的多功能数字化逆变电源.利用基于ARM和复杂可编程逻辑器件的人机交互系统,通过软件设计,在一台电源上实现了CO2气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊、手工焊条焊等多种焊接方式的转换与选择.采用小波分析仪采集焊接过程的电流电压信号,考察了多功能数字化逆变电源的工艺性能,结果表明所设计的电源可满足各种焊接工艺要求,实现了数字化逆变电源的多功能化,提高了数字化逆变电源的实用性.     

微机控制的IGBT逆变CO2电源

介绍了一种高性能的16位单片机80C196KB控制的IGBT逆变CO2电源的主电路结构、控制系统硬件电路的基本工作原理、软件设计和焊接工艺实验.实验表明:所研制的单片机控制的IGBT逆变CO2电源,能够精确控制输出恒压特性并配等速送丝,焊接过程稳定,飞溅明显降低,控制系统线路简单可靠.