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变极性GMAW焊接电源仿真建模与设计

焊接学报 2021年第11期42卷 83-89,I0006页

作者：曾敏叶秋金李阳胡子鑫华南理工大学广州510640

针对焊接过程中热输入大、薄板易熔穿等问题,研制了一种基于STM32F405单片机的高效变极性熔化极气体保护焊(variable-polarity gas metal arc welding, VP GMAW)焊接系统,可以通过调整焊接电流正负极性的时间以及电流的大小来控制焊接... 详细信息

针对焊接过程中热输入大、薄板易熔穿等问题,研制了一种基于STM32F405单片机的高效变极性熔化极气体保护焊(variable-polarity gas metal arc welding, VP GMAW)焊接系统,可以通过调整焊接电流正负极性的时间以及电流的大小来控制焊接工件的热输入量.通过分析带耦合电感的半桥式二次逆变电路电流换向状态,建立相应的数学模型.针对变极性焊接过程中存在的问题,设计理想的控制波形并制定相应的控制策略.以上述的数学模型和控制方案为基础,建立变极性熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)焊接系统仿真模型,验证控制策略的可行性.将仿真结果与实际测量波形进行对比分析.结果表明,所建立的仿真模型符合实际预期,可以为变极性电源设计提供较好的参考模型.最后在焊接平台上使用制造的VP GMAW焊接样机在1 mm薄钢板进行堆焊试验.结果表明,焊缝表面光洁、成形规则,即使在变极性下依然能够实现薄板的稳定焊接.

关键词：变极性短路过渡低热输入熔化极气体保护焊

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变极性TIG焊电弧负载特性及换向控制策略

焊接学报 2008年第9期29卷 31-34页

作者：丁坤姚河清范兴辉王守艳河海大学机电工程学院

通过对变极性TIG焊电弧负载特性试验研究,发现EN(钨极接负)时电弧的等效电阻小于EP(钨极接正)时电弧的等效电阻,而且随着电流的增大电弧等效电阻都减小,当从EP切换到EN时刻电弧等效电阻急剧减小。对电弧等效电阻的形成机理进行了分析,... 详细信息

通过对变极性TIG焊电弧负载特性试验研究,发现EN(钨极接负)时电弧的等效电阻小于EP(钨极接正)时电弧的等效电阻,而且随着电流的增大电弧等效电阻都减小,当从EP切换到EN时刻电弧等效电阻急剧减小。对电弧等效电阻的形成机理进行了分析,指出电弧等效电阻与阴极区、弧柱区、阳极区在不同电流条件下的工作机理有关,着重分析了阴极区电子发射和阳离子发射的机理。针对从EP切换到EN时刻电弧等效电阻急剧减小引起的电流冲击问题,提出一种变参数PI控制结合超前控制降低切换极性时的电弧冲击电流的控制策略。结果表明,控制策略既保证了焊接电弧的稳定,又显著降低了切换极性过程中电流冲击的峰值。

关键词：变极性等效电阻电子发射超前控制

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变极性脉冲MIG焊控制系统

焊接学报 2006年第3期27卷 53-56页

作者：廖平黄鹏飞卢振洋殷树言蒋观军北京工业大学机械工程与应用电子技术学院

以DSP(数字信号处理器)芯片TMS320F2812作为控制核心,采用IGBT二次逆变技术研制了变极性脉冲M IG焊的控制系统,一次逆变实现内环的恒流控制,二次逆变实现外环的恒压控制。系统由软件PI调节、I/O口和D/A转换器对输出焊接参数进行控制,控... 详细信息

以DSP(数字信号处理器)芯片TMS320F2812作为控制核心,采用IGBT二次逆变技术研制了变极性脉冲M IG焊的控制系统,一次逆变实现内环的恒流控制,二次逆变实现外环的恒压控制。系统由软件PI调节、I/O口和D/A转换器对输出焊接参数进行控制,控制精度高,明显降低了设备的复杂性,具有多焊接参数调节功能,实现了对变极性脉冲焊接电流输出波形的准确控制。

关键词：数字信号处理器变极性脉冲熔化极惰性气体保护焊

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变极性TIG焊接电源功率因数校正控制策略

焊接学报 2011年第10期32卷 13-16,113页

作者：丁坤姚河清河海大学机电工程学院江苏常州213022

对变极性TIG焊电源的输出功率进行研究,发现其输出功率随变极性周期和占空比变化而变化,EP(钨极接正)时的功率远大于EN(钨极接负)时的功率.这种周期性变化输出功率会导致弧焊电源周期性地从电网抽取能量.当采用常规的PFC(功率因数校正)... 详细信息

对变极性TIG焊电源的输出功率进行研究,发现其输出功率随变极性周期和占空比变化而变化,EP(钨极接正)时的功率远大于EN(钨极接负)时的功率.这种周期性变化输出功率会导致弧焊电源周期性地从电网抽取能量.当采用常规的PFC(功率因数校正)电路和控制策略也会给输入电流带来奇次谐波、偶次谐波、间谐波、直流分量、三相不平衡等"污染."提出了一种基于负载观测器(load observer,LOB)的PFC控制策略,有效解决变极性焊接电弧这类负载周期性变化电源的PFC控制问题.结果表明,该方法可以抑制由于周期性负载导致的谐波"污染",使整机接近于单位功率因数.

关键词：变极性功率因数校正周期性负载负载观测器

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穿孔法变极性等离子立焊的收弧过程

焊接学报 2005年第5期26卷 53-55,60页

作者：郭立杰杨春利林三宝沈鸿原上海交通大学材料科学与工程学院哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001

研究了穿孔法等离子弧焊的收弧规律。发现焊接电流、离子气流量和焊接速度对收弧过程影响较大。在收弧阶段采用适当焊接电流,增大送丝速度,减小离子气流量和焊接速度,以增加焊接热输入,可以实现收弧弧坑的填充。对于不同厚度的铝合金,... 详细信息

研究了穿孔法等离子弧焊的收弧规律。发现焊接电流、离子气流量和焊接速度对收弧过程影响较大。在收弧阶段采用适当焊接电流,增大送丝速度,减小离子气流量和焊接速度,以增加焊接热输入,可以实现收弧弧坑的填充。对于不同厚度的铝合金,收弧阶段的规范参数有一最佳区间。研究了收弧坑的接头性能,其抗拉强度和伸长率均不低于中间焊缝。

关键词：变极性等离子弧焊收弧铝合金

基于移相全桥ZVS-PWM变极性焊接电源的设计

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焊接学报 2006年第7期27卷 65-68页

作者：邱灵杨春利林三宝伍昀哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001

针对提高变极性焊接电源的整机效率和可靠性,设计了基于移相软开关变换的变极性焊接电源。电源一次逆变采用移相软开关控制,并结合具体的变换过程,给出了实现零电压软开关变换的参数设计。一次逆变输出经过全桥硬开关二次逆变以及前后... 详细信息

针对提高变极性焊接电源的整机效率和可靠性,设计了基于移相软开关变换的变极性焊接电源。电源一次逆变采用移相软开关控制,并结合具体的变换过程,给出了实现零电压软开关变换的参数设计。一次逆变输出经过全桥硬开关二次逆变以及前后极的协调控制,实现占空比和正负半波幅值独立调节的变极性输出特性。运用PSPICE对系统电路进行仿真分析,通过仿真结果得出实现软开关变换的条件以及该电路拓扑结构的缺点,验证了一次逆变桥在一定工作范围内,能够可靠地实现零电压软开关变换。

关键词：变极性逆变电源移相全桥软开关

2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊的焊缝成形模糊控制系统

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上海交通大学学报 2016年第10期50卷 1583-1587页

作者：梁明龙周凯荣倪加明马宏波陈善本陈华斌上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 上海航天精密机械研究所上海201600 江苏北人机器人股份有限公司江苏苏州215021

以航天薄壁结构件用2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊(GTAW)为背景,设计和研制了一套基于多信息传感的机器人变极性GTAW焊缝成形模糊控制系统.采用视觉传感系统实时获取焊缝的间隙和错边量,并利用相应的图像处理方法获取液态2219铝... 详细信息

以航天薄壁结构件用2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊(GTAW)为背景,设计和研制了一套基于多信息传感的机器人变极性GTAW焊缝成形模糊控制系统.采用视觉传感系统实时获取焊缝的间隙和错边量,并利用相应的图像处理方法获取液态2219铝合金熔池的正面特征信息;采用模糊逻辑控制方法进行焊缝参数的在线调整和补偿控制,以确保焊缝熔透及其成形的均匀性.结果表明,对于厚度为8mm的2219铝合金对接焊,采用所设计的模糊控制系统能够根据焊缝的间隙量和错边量来实时调整焊接电流和送丝速度,使其熔池正面宽度较为稳定,从而保证了焊缝熔透及其成形均匀.

关键词：铝合金变极性钨极惰性气体保护焊熔池间隙模糊控制

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正负半波主电流通道不同的变极性等离子弧焊

西安交通大学学报 1998年第5期32卷 87-90页

作者：王雅生陈克选蔡洪能薛小怀西安交通大学

介绍了一种适合于铝镁及其合金焊接的变极性等离子弧焊新技术．此技术与由一台逆变电源为主弧电流供电、主弧正负半波共享一个电流通道等离子弧的传统技术相比，最大的不同是主弧正负半波电流由２台直流电源供电，正负半波电流分别流经... 详细信息

介绍了一种适合于铝镁及其合金焊接的变极性等离子弧焊新技术．此技术与由一台逆变电源为主弧电流供电、主弧正负半波共享一个电流通道等离子弧的传统技术相比，最大的不同是主弧正负半波电流由２台直流电源供电，正负半波电流分别流经２个不同的电流通道，对工件（铝）实现了变极性电流焊接．它的负半波不仅避免了传统技术因主、维弧相互干涉而造成的电弧不稳定，而且具有可靠的阴极清理作用．正负半波对焊缝成形的对比实验表明，正半波对焊缝成形起决定性作用，而负半波的影响很小，主要作用是完成对工件氧化膜的清理．

关键词：变极性等离子弧焊电弧干涉

基于电容快速充放电控制的变极性微电阻点焊电源的设计

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焊接学报 2023年第1期44卷 63-70,I0006页

作者：王晓庆杨凯李浩东陈家兑贵州大学现代制造技术教育部重点实验室贵阳550025

针对传统晶体管式电阻点焊电源负载持续率低,电源输出模式单一和焊接接头一致性差等问题,设计了一种可实现电容快速充放电的变极性晶体管式微电阻点焊电源.分析了电源负载特性,设计了基于全桥逆变+H桥双相斩波电路的电源主电路拓扑,设... 详细信息

针对传统晶体管式电阻点焊电源负载持续率低,电源输出模式单一和焊接接头一致性差等问题,设计了一种可实现电容快速充放电的变极性晶体管式微电阻点焊电源.分析了电源负载特性,设计了基于全桥逆变+H桥双相斩波电路的电源主电路拓扑,设计了基于高性能STM32双核控制器的数字化电源控制系统,提出了多阶段变脉宽式电容组快速充电方法,开展了电源输出特性测试和铜-镍薄片单面双点工艺试验.试验结果表明,设计的电源输出负载持续率可达5%以上,极性切换时间可低至0.1 ms以下,变极性输出模式可有效解决单极性模式下因极性效应现象造成的焊点尺寸不一的问题,电压控制模式焊接过程焊接接头性能优于电流控制模式和功率控制模式.

关键词：快速充放电电阻点焊变极性极性效应