薄板鋁合金VP PMIG焊接設(shè)備及電弧穩(wěn)定性研究.pdf

1、VP PMIG焊是一種交流脈沖熔化極焊接方法，是近幾年才發(fā)展起來的一種新型焊接方法，可用于鋁合金、低碳鋼以及不銹鋼的焊接，其特點(diǎn)是可以通過調(diào)整EN極性占整個(gè)變極性脈沖電流周期的比例(簡(jiǎn)稱EN比率)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電弧能量和焊縫熔深的控制，非常適合于焊接薄板，焊接效率明顯高于TIG焊。 根據(jù)薄板鋁合金焊接工藝要求，設(shè)計(jì)了基于DSP控制的VP PMIG焊接電源的輸出電流波形、焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)，并研制成功用于薄板鋁合金焊接的VP

2、 PMIG焊設(shè)備，該設(shè)備焊接過程穩(wěn)定、控制精度高、參數(shù)調(diào)節(jié)方便。焊接電源主電路采用IGBT二次逆變技術(shù)實(shí)現(xiàn)變極性焊接電流的輸出，一次逆變實(shí)現(xiàn)焊接電流的恒流控制，二次逆變通過控制焊接電流的頻率實(shí)現(xiàn)電弧弧長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。針對(duì)鋁合金VP PMIG焊接電流過零后存在電弧再引燃問題，采用單電源供電方式，設(shè)計(jì)了一種全橋式高壓脈沖穩(wěn)弧電路，可實(shí)現(xiàn)小基值電流過零時(shí)的雙向穩(wěn)弧，保證了焊接電流過零時(shí)電弧燃燒的穩(wěn)定性。 采用DSP(TMS320F2812)

3、作為控制系統(tǒng)核心，充分利用DSP運(yùn)算速度快、精度高、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、I/O口資源豐富等優(yōu)勢(shì)，用軟件編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜焊接過程的控制，減少了較多復(fù)雜的硬件控制電路，使焊接設(shè)備向柔性化控制方向發(fā)展。人機(jī)交互系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，通過RS-485總線與DSP通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，可對(duì)9個(gè)焊接參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并實(shí)時(shí)顯示焊接電流和電弧電壓。 設(shè)計(jì)了VP PMIG焊周期計(jì)算方法和弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)控制方法。在弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)中，沒有采用傳統(tǒng)的硬件壓頻轉(zhuǎn)換電路，而是采用軟

4、件直接計(jì)算變極性脈沖電流周期的方法，間接控制脈沖電流頻率。試驗(yàn)表明：所設(shè)計(jì)的弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)控制方法，能根據(jù)弧長(zhǎng)的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，使弧長(zhǎng)保持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。 從宏觀和微觀兩個(gè)方面對(duì)焊接電流過零時(shí)電弧穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。 在小基值焊接電流過零時(shí)，穩(wěn)弧脈沖電壓對(duì)電流過零時(shí)電弧穩(wěn)定性的影響比基值電流的影響大，穩(wěn)弧脈沖電壓幅值只是電流過零時(shí)電弧穩(wěn)定的一個(gè)必要條件，此外還與電流過零時(shí)穩(wěn)弧脈沖電壓的上升時(shí)間有關(guān)。采用

5、穩(wěn)弧脈沖電壓上升率與穩(wěn)弧電壓幅值可作為判斷電流過零時(shí)電弧可靠再引燃燒的依據(jù)。穩(wěn)弧脈沖電壓上升率有一個(gè)過渡區(qū)間，會(huì)使電流過零時(shí)電弧處于不穩(wěn)定狀態(tài)，只有高于此過渡區(qū)間一定值的穩(wěn)弧脈沖電壓上升率才能保證電流過零時(shí)電弧可靠再引燃。 通過光譜儀，分析了Al金屬譜線Al396.15(nm)在穩(wěn)定焊接電流和電流過零時(shí)電弧的譜線強(qiáng)度變化特點(diǎn)。焊接電流穩(wěn)定時(shí)，EN極性電弧的光譜強(qiáng)度要比EP極性電弧的高；在電弧穩(wěn)定燃燒情況下，焊接電流過零時(shí)，電弧極

6、性變換前后，其空間的譜線強(qiáng)度變化不明顯，沒有出現(xiàn)大幅下落的現(xiàn)象，表明電流過零時(shí)電弧空間保持較高的溫度和穩(wěn)定的能量，因而每次電流過零后電弧都能夠可靠再引燃，沒有出現(xiàn)斷弧現(xiàn)象。當(dāng)穩(wěn)弧電壓上升率改變時(shí)，電流過零后電弧譜線的強(qiáng)度將發(fā)生變化，隨著穩(wěn)弧電壓的提高，電流過零后的電弧譜線強(qiáng)度也升高，如穩(wěn)弧電壓上升率低于使電弧穩(wěn)定燃燒的條件，則電流過零后電弧空間的外加能量不能維持電弧的再引燃，將出現(xiàn)斷弧現(xiàn)象。分析了熔滴過渡時(shí)的受力情況，提出了熔滴過渡的理

7、想過渡過程。通過高速攝像分析了鋁合金VP PMIG焊一脈一滴控制方式中，熔滴自由過渡時(shí)產(chǎn)生飛濺和無飛濺的原因，證明了所提出的理想的熔滴過渡過程是正確的。 通過高速攝像分析了鋁合金VP PMIG焊電弧形態(tài)的變化規(guī)律，在一個(gè)脈沖電流周期中，不同焊接電流階段的電弧形態(tài)有著明顯區(qū)別。EN極性電弧以焊絲軸心為中心呈旋轉(zhuǎn)上爬狀態(tài)，EN極性時(shí)間越長(zhǎng)則電弧旋轉(zhuǎn)的次數(shù)越多，且電弧上爬高度增加。 從不同角度分析了鋁合金VP PMIG焊電弧能