薄板鋁合金VP PMIG焊接設備及電弧穩(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，其特點是可以通過調整EN極性占整個變極性脈沖電流周期的比例(簡稱EN比率)，實現(xiàn)對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。 根據薄板鋁合金焊接工藝要求，設計了基于DSP控制的VP PMIG焊接電源的輸出電流波形、焊接設備的結構以及控制系統(tǒng)，并研制成功用于薄板鋁合金焊接的VP

2、 PMIG焊設備，該設備焊接過程穩(wěn)定、控制精度高、參數調節(jié)方便。焊接電源主電路采用IGBT二次逆變技術實現(xiàn)變極性焊接電流的輸出，一次逆變實現(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現(xiàn)電弧弧長的調節(jié)。針對鋁合金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，設計了一種全橋式高壓脈沖穩(wěn)弧電路，可實現(xiàn)小基值電流過零時的雙向穩(wěn)弧，保證了焊接電流過零時電弧燃燒的穩(wěn)定性。 采用DSP(TMS320F2812)

3、作為控制系統(tǒng)核心，充分利用DSP運算速度快、精度高、數據處理能力強、I/O口資源豐富等優(yōu)勢，用軟件編程實現(xiàn)復雜焊接過程的控制，減少了較多復雜的硬件控制電路，使焊接設備向柔性化控制方向發(fā)展。人機交互系統(tǒng)采用單片機控制，通過RS-485總線與DSP通訊實現(xiàn)數據的交換，可對9個焊接參數進行調整，并實時顯示焊接電流和電弧電壓。 設計了VP PMIG焊周期計算方法和弧長調節(jié)控制方法。在弧長調節(jié)中，沒有采用傳統(tǒng)的硬件壓頻轉換電路，而是采用軟

4、件直接計算變極性脈沖電流周期的方法，間接控制脈沖電流頻率。試驗表明：所設計的弧長調節(jié)控制方法，能根據弧長的變化進行自動調整，使弧長保持在一個穩(wěn)定的范圍內，具有較強的適應能力。 從宏觀和微觀兩個方面對焊接電流過零時電弧穩(wěn)定性進行了研究。 在小基值焊接電流過零時，穩(wěn)弧脈沖電壓對電流過零時電弧穩(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電弧穩(wěn)定的一個必要條件，此外還與電流過零時穩(wěn)弧脈沖電壓的上升時間有關。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電弧可靠再引燃燒的依據。穩(wěn)弧脈沖電壓上升率有一個過渡區(qū)間，會使電流過零時電弧處于不穩(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電弧的譜線強度變化特點。焊接電流穩(wěn)定時，EN極性電弧的光譜強度要比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，電弧極

6、性變換前后，其空間的譜線強度變化不明顯，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。當穩(wěn)弧電壓上升率改變時，電流過零后電弧譜線的強度將發(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，熔滴自由過渡時產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上爬狀態(tài)，EN極性時間越長則電弧旋轉的次數越多，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