[发明专利]高低频脉冲相位可调的大功率双丝双脉冲MIG焊电源系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种高低频脉冲相位可调的大功率双丝双脉冲MIG焊电源系统及其控制方法，该电源系统包括STM32人机界面模块、主机电源和从机电源，该STM32人机界面模块通过CAN总线分别与主机电源和从机电源中的DSP数字化协同控制模块连接，主机电源为前丝提供电流，从机电源为后丝提供电流；主机电源及从机电源分别由两台并联主电路及控制电路组成，该电源系统可实现7种高低频脉冲相位模式，通过主从机两路低频调制型双脉冲作用于大功率双电弧、双丝熔滴和引起熔池共振，优化熔池温度场的温度梯度且减少双电弧干扰，从而提高焊接过程稳定性、优化焊缝组织和提高焊缝成形质量。

技术领域

本发明涉及高效化焊接技术领域，特别涉及大功率双丝脉冲MIG焊技术领域，具体涉及一种高低频脉冲相位可调的大功率双丝双脉冲MIG焊电源系统及其控制方法。

背景技术

作为焊接技术创新的重要支撑点，高效化焊接主要体现在焊接厚板时提高熔敷效率，改善焊接接头质量。实现高效化焊接，关键在于焊接电流的进一步提高。大功率双丝脉冲MIG焊是高效化焊接的主要方式之一，比传统的双丝脉冲MIG焊有着明显的优点，焊接电源输出的大电流(脉冲峰值电流大于630A)作用在焊丝上，主从电弧在同一个熔池中燃烧，两个电弧产生射滴过渡的熔滴使熔池宽且深，可明显提高焊接效率。但大功率双丝脉冲MIG焊采用大电流输出，电流所产生的磁场强度增大，使得双电弧相互作用力增大，导致严重的双电弧干扰；大功率双丝脉冲MIG焊对材料的热输入大，因此引起焊缝区及热影响区晶粒粗大，严重降低了材料的韧性，一些结构焊接后需要进行热处理，使其应用受到限制。

大功率双丝脉冲MIG焊在大厚板焊接方面具有广阔的应用前景，特别是一次成型的高效高速焊接，为提高双丝脉冲MIG焊的焊接生产效率开辟了新的途径。但大功率双丝脉冲MIG焊由于双丝之间距离较近，如果将常规双丝焊中的电流规律应用到大电流双丝焊接，即只是增大双丝焊的两路脉冲电流，将使得双电弧相互作用力增大，从而导致双电弧干扰严重，而且功率愈大干扰愈严重，其电弧的稳定性比常规630A以下双丝脉冲MIG焊差，甚至比单丝脉冲MIG焊还差，双电弧间歇性断弧时常发生，导致焊接过程不稳定，无法实现理想的高效高速焊接过程。近距离的脉冲大电流双电弧之间的相互干扰、相互作用的电弧行为和熔滴过渡直接影响到电弧、熔滴过渡和焊接过程的稳定性以及焊接质量。双电弧干扰影响焊接质量成为制约其推广应用的主要瓶颈。

由此可见，现有的大功率双丝脉冲MIG焊技术，主要有以下几个方面的缺点：

（1）大功率双丝脉冲MIG焊对材料的热输入大，引起焊缝区及热影响区晶粒粗大，严重降低了材料的韧性，一些结构焊接后需要进行热处理，使其应用受到限制。

（2）大功率双丝脉冲MIG焊由于双丝之间距离较近，如果将常规双丝焊中的电流规律应用到大电流双丝焊接，即只是单纯增大双丝焊的两路脉冲电流，那么电流所产生的磁场将相应增大，使得双电弧相互作用力增大，导致严重的双电弧干扰，干扰情况随功率增大而进一步增大，双电弧间歇性断弧时常发生，导致焊接过程不稳定，无法实现理想的高效化焊接过程，焊接效果比常规的630A以下双丝脉冲MIG焊差，甚至比单丝脉冲MIG焊还差，无法体现大功率双丝焊接的优点。

目前市面上成熟使用的双丝脉冲MIG焊电源功率还比较小，基本上都在630A以下，尤其是国内，1000A级别的大功率双丝脉冲MIG焊发展还不是特别成熟；另外，当焊接电源功率越做越大，双丝焊过程中双电弧之间的干扰问题也愈来愈严重，而这限制了双丝脉冲MIG焊焊接电流的进一步增大。

电弧的稳定性是实现焊接过程稳定性的前提，电弧的稳定性取决于双电弧中每个电弧所受扰动的大小和每个电弧自身能够承受扰动的能力。大功率双丝脉冲MIG焊，由于双电弧电流均较大，则双电弧之间的相互吸引力会较大，双电弧之间的干扰会变得较为严重。双电弧干扰优化控制较理想的思想是提高电弧自身承受扰动的能力和改善双电弧相互作用力的分布，使双电弧的相互吸引力达到最小；电弧的稳定性是焊接工艺参数优化控制的前提。