[发明专利]一种辅助焊接励磁电源系统及多模态电流产生方法

说明书

本发明公开了一种辅助焊接励磁电源系统及多模态电流产生方法，该辅助焊接磁电源系统包括依次连接的励磁电源主电路和数字化控制电路；励磁电源主电路的前端连接工频交流市电，励磁电源主电路的后端连接磁场发生装置；励磁电源主电路包括整流滤波模块和N路励磁电流输出通道，N≥2，数字化控制电路控制N路励磁电流通道独立输出或复合输出包括直流电流、脉冲电流、变极性脉冲电流、正弦电流及其复合电流等多种模态电流，同时通过通信模块实现根据焊接工艺的需求而在线动态调整励磁电流参数。本发明以一体化设计方案实现同时驱动多个磁场发生装置或者驱动更复杂的磁场发生装置，实现理想的磁场控制焊接过程，可控性和稳定性好，输出精度高。

技术领域

本发明涉及磁控焊接技术领域，具体涉及一种辅助焊接励磁电源系统及多模态电流产生方法。

背景技术

锁孔效应TIG(Keyhole Tungsten Inert Gas，K-TIG)焊是在传统的钨极氩弧焊(TIG)基础上使用较大电流来产生能量高、挺度好、穿透能力强的电弧，从而实现焊接的一种新型深熔焊接技术，在焊接过程中能够实现中厚板不开坡口一道焊透，单面焊双面成形，焊接效率高。K-TIG焊接过程中能够形成贯穿整个被焊工件的锁孔，并且K-TIG焊接熔池内部能够在液体金属静压力、液体金属表面张力以及电弧压力的作用下保持动态平衡。然而，当采用K-TIG焊这种新型高效的焊接方式进行焊接时，由于这是一种大电流以及高热输入的焊接方式，对于低碳钢而言，大热输入容易导致焊缝的晶粒粗大，焊缝的力学性能也较差，达不到使用要求。

磁控焊接技术是一项日渐完善起来的新型焊接技术，利用磁场改变电弧特性以及熔池的结晶，不仅让焊接设备变得简单使投入成本变低、耗能少、而且还减少了工艺流程，从而提高了焊接效率，改善并提高焊接质量等，在K-TIG焊接过程中加入外来磁场以控制电弧形态进而改善焊接效果的研究，在汽车、船舶、航空、航天、石油化工等领域中具有良好的发展前景。磁场形态有横向偏转磁场、横向旋转磁场、纵向磁场和尖角磁场四种，励磁方式有直流、交流、脉冲等。

随着电力电子技术和磁控焊接技术的发展，人们更寄予对新型磁场发生装置的开发，希望通过对空间磁场的合理分布与控制，获得理想的磁场形态，从而更有效的控制焊接电弧，完善焊接工艺。对于磁场发生装置，众多研发者根据自身需要而设计满足要求的磁场装置，例如申请号CN202011390594.3，发明名称“一种磁场发生装置和一种焊枪”提出一种磁场发生装置，包括线圈连接件、电源、接线切换装置与控制装置，控制装置分别与电源和接线切换装置连接，控制接线切换装置的切换动作以及电源的切换，从而产生横向偏转磁场、横向摆动磁场、横向旋转磁场或尖角磁场。由于该磁场发生装置要产生多种磁场形式，因而需要一个较为复杂且多电流输出的励磁电源来驱动，或者在普通励磁电源外围添加一些辅助元器件从而实现励磁电流的切换。

对于不同的磁场发生装置，其所需的励磁电源的接线方式不同，励磁电流波形也不同。对于励磁电源，有些学者提出不同的设计方案，例如申请号CN201510053313.8，发明名称“多功能磁场发生控制电路”提出一种多功能磁场发生控制电路，该控制电路包括电源、可调电阻、双H桥电路模块、线圈、电容、可控开关、开关控制部分和信号源，信号源产生同步信号，通过开关控制实现同步控制双H桥电路模块中的可控开关，产生ON/OFF切换组合，使得双H桥电路模块之间既可相互独立也可协同作用，从而产生不同的脉冲磁场电流波形。申请号CN202010673192.8，发明名称“一种摆动磁场发生装置及其多模态电流产生方法”提供了一种开关自动切换依次产生正弦脉冲的摆动磁场发生装置，在直流电源U对电容C每次充电后，在微控制器的作用下依次让电流经过线圈L1、L2、L3产生摆动磁场。

通过对上述案例与其他相关文献进行分析，发现现有的励磁电源有以下几方面的局限性：