| 题名 | 基于80C196KC控制的交变磁控电源研究 |
| 作者 | 任永锦 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 陈克选 |
| 关键词 | 旋转射流过渡 交变磁场 双逆变 单片机控制 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | GMAW(Gas Metal Arc Welding)是现在各种金属构件广泛采用的焊接工艺方法之一,但是常规的GMAW焊丝熔敷效率低,导致生产效率较低。解决该问题最直接的方法就是增加焊接电流,焊接电流增加会同步提高焊接速度和焊丝熔化速度,从而提高焊接效率。但是焊接电流增大到超过第二临界电流,就会形成不稳定的旋转射流过渡,使焊接飞溅增大,焊接质量也会变差,形成各种缺陷,所以无法单纯用增大焊接电流的方法来提高GMAW的焊接效率。由于电弧等离子体的良好导电性,外部磁场可以作用于电弧,对电弧的形状和位置产生影响。所以可以考虑对大电流条件(超过第二临界电流)下的GMAW施加外部磁场,探索磁场对大电流条件下形成的不稳定旋转射流过渡的有益影响,使在磁场的作用下通过提高焊接电流的方法来提高焊接效率成为现实。本课题研发了一套磁场发生装置,包括交变磁控电源和励磁线圈。其中数字化的交变磁控电源可以输出电流调节范围为0~20A,频率调节范围为0~5000Hz,占空比调节范围为0~80%的交变电流。励磁线圈安装在GMAW自动焊枪上,要求与焊丝同轴。励磁线圈作为交变磁控电源的负载,目的是产生一定强度和频率的纵向交变磁场,使其作用于电弧、液流束以及熔池。研发的交变磁控电源主电路采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)式双逆变结构,一次逆变选择半桥逆变拓扑结构实现电流调节,半桥逆变电路中选择的IGBT型号为K30N60HS;二次逆变电路实现频率、占空比的调节,电路中选择的IGBT型号也为K30N60HS。磁控电源设计了数字化的人机界面,并且具有过热、过流以及过/欠压等保护功能。磁控电源控制系统采用16位的80C196KC单片机作为主控芯片,依据磁控电源所要实现的功能,设计了主控芯片最小系统、半桥驱动系统、二次逆变驱动系统、人机交互系统、励磁电流采样及D/A转换系统、保护系统等。设计的各个系统包括硬件电路和软件程序,在硬、软件的配合下共同实现磁控电源设计的功能。根据设计的主电路以及控制系统,通过制作PCB(Printed Circuit Board)和程序调试,研制出交变磁控电源样机。对研制的磁控电源通过单独加载控制电,在整个参数调节区间测试了人机界面给定与显示,以及面板给定参数下半桥逆变和二次逆变的驱动波形,测试结果表明在整个磁控电源参数调节范围内人机界面显示正常,驱动波形符合要求。搭建了交变磁控电源励磁电流和磁感应强度波形测试系统,测试了不同给定参数下的励磁电流波形和励磁线圈轴线一定位置处的磁感应强度波形,并分析了励磁电流波形的有效值,大量的试验数据为后续工艺试验做准备。搭建了纵向交变磁场作用下的GMAW工艺试验系统,在大电流条件下对MIG(Melt Inert-Gas Welding)、MAG(Metal Active Gas Arc Welding)分别进行了施加交变磁场前、后的焊接工艺实验,试验结果表明在外加纵向交变磁场的作用下,存在一个磁感应强度和频率最佳匹配区间,在该区间内纵向磁场对大电流条件下的MIG、MAG形成的不稳定旋转射流过渡有一定的控制作用,使焊缝成型得到改善并降低MAG焊产生的飞溅。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 101 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94951]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 任永锦. 基于80C196KC控制的交变磁控电源研究[D]. 2019. |
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