铝合金双丝双脉冲MIG焊控制系统研究

作     者：王佳佳 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴开源

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：铝合金脉冲MIG焊 双丝焊 双脉冲 CAN通信 人机交互系统 

摘      要：铝合金由于质量轻、强度高、耐腐蚀性好和可循环利用等优点,在汽车、高铁、船舶和航空等领域应用越来越广泛。然而相对于传统钢铁材料,铝合金的溶解热、导热系数和凝固收缩率较高,使其焊接性较差,制约了其在工业领域的大规模应用。熔化极惰性气体保护焊(Metal inert-gas welding,MIG)生产效率高、易实现自动化,是铝合金焊接生产的主要工艺方法之一。但是,传统MIG焊热输入量大,铝合金焊接时电弧稳定性较差,易产生变形、烧穿和熔池下榻等缺陷且焊接效率低。本课题根据铝合金焊接特性,结合双丝高效焊和双脉冲低频调制细化晶粒的优点,首次提出了铝合金双丝双脉冲MIG焊工艺方法,并设计了铝合金双丝双脉冲MIG焊控制系统。在铝合金双丝双脉冲MIG焊工艺特点的基础上,确定了铝合金双丝双脉冲MIG焊人机交互上位机和下位机硬件系统的总体架构,并优化设计了上位机和下位机各子模块硬件电路。人机交互上位机系统以STM32F429为核心并采用LCD液晶屏为显示界面,下位机焊接电源选用全桥逆变拓扑结构为主电路。介绍了双脉冲低频调制原理,并分析了双脉冲低频调制与波形输出关系,提出了脉冲相位协同优化控制方案。根据铝合金双丝双脉冲MIG焊系统控制需求,设计基于STM32F429和LCD液晶屏的人机交互上位机系统软件,提供焊接系统参数输入、指令发送以及焊接过程电流电压显示窗口;同时设计了下位机电源系统DSP防积分饱和PI控制算法程序、单双脉冲电流波形产生程序和主从机协同控制程序等。采用CAN现场总线构建控制系统通信网络,定义了铝合金双丝双脉冲MIG焊专用CAN应用层协议,用于传输人机交互上位机系统焊接参数和主从电源相位协同控制信号,并验证其正确性和可行性。搭建铝合金双丝双脉冲MIG焊工艺试验平台,在理论分析和焊接工艺试验的基础上,进行铝合金双丝单脉冲和双脉冲在同步和交替相位模式下焊接工艺试验,实现双丝脉冲MIG焊多参数的优化匹配,以获得良好的焊缝成形和比较稳定的焊接工艺匹配参数。对比分析铝合金双丝单脉冲和双脉冲在同步和交替不同相位下焊缝成形以及鱼鳞纹形状,验证了双脉冲优化控制对焊缝成形质量改善的作用,为铝合金双丝双脉冲MIG焊的应用提供理论基础和实际应用依据,以期将其尽快应用于实际生产中。