北京邮电大学出版社

由于铝合金材料具有热导率和氢溶解度高、易氧化等物理特性，采用传统变极性TIG焊接工艺对其进行焊接加工时，容易出现裂纹、气孔及热影响区软化等缺陷。作为铝合金焊接工艺优化的有效手段，集超音频脉冲调制功能和变极性功能于一体的超音频脉冲方波变极性TIG焊接电源，在焊接接头性能等方面具有明显效果。
基于所采用的三级并行级联复合结构模式主电路，提出了一种由DSP+CPLD产生PWM的实现方案，实现了具有快速电流沿变化速率且过零无死区的复合超音频脉冲变极性方波电流输出，并且可柔性化实现多种焊接模式。
通过高强铝合金电弧压力试验和焊缝成形试验，分析了典型电流特征参数对电弧压力和焊缝成形的影响规律。基于该电流特征参数一元化调节协调匹配方案，进一步完善了复合超音频脉冲方波变极性TIG焊接工艺参数自动给定功能。以高强铝合金材料为试验对象进一步开展自动焊接试验研究，对试验所得焊接接头进行焊缝成形和缺陷检验、显微组织以及力学性能检测，试验结果表明，超音频脉冲方波变极性TIG焊对消除气孔缺陷、细化晶粒以及提高焊接接头质量方面具有显著效果。

目录介绍

目录

第1章绪论1

1.1课题背景和意义1

1.2超音频脉冲方波变极性TIG焊技术研究现状3

1.2.1超音频直流脉冲电弧焊技术3

1.2.2国外研究与发展现状5

1.2.3国内研究与发展现状7

1.2.4存在的主要问题14

1.3关键技术问题研究14

1.3.1焊接电源数字化解决方案14

1.3.2波形变换和控制策略19

1.3.3参数一元化调节协调匹配技术21

1.3.4桥式逆变电路抗偏磁的研究与发展现状23

1.4本书主要研究内容27

第2章超音频脉冲方波变极性TIG焊电源平台29

2.1超音频脉冲方波变极性TIG焊机主电路方案29

2.1.1主电路结构方案29

2.1.2超音频直流脉冲TIG焊机的基值、正（反）向峰值电流产生主回路31

2.1.3超音频直流脉冲TIG焊机的正（反）向峰值电流切换回路32

2.1.4复合超音频脉冲方波电流的产生过程33

2.2电源控制系统方案设计36

2.2.1控制系统功能要求36

2.2.2双CPU控制系统设计方案36

2.3电源控制系统硬件设计38

2.3.1主要控制芯片选择38

2.3.2电流给定及测量模块41

2.3.3电弧电压测量模块43

2.4人机交互系统设计44

2.4.1人机交互部分系统硬件设计44

2.4.2人机交互系统软件实现46

2.5主开关管的驱动48

2.5.1基值、峰值电流产生回路主开关的驱动49

2.5.2峰值电流切换回路主开关的驱动51

2.6主开关管的保护52

超音频脉冲方波变极性TIG焊控制及应用研究
｜目录｜

2.6.1主开关管IGBT过流保护52

2.6.2主开关管IGBT过压保护53

2.6.3过热保护55

2.7控制系统软件设计55

2.7.1数字PID控制算法55

2.7.2工艺参数存储及自动给定57

2.7.3焊接过程控制59

2.8控制系统抗干扰措施60

2.8.1硬件抗干扰61

2.8.2软件抗干扰61

本章小结63

第3章超音频脉冲方波变极性TIG焊波形控制64

3.1超音频脉冲方波变极性TIG焊波形变换和控制策略64

3.1.1桥式极性变换电路波形变换和控制65

3.1.2正反向脉冲峰值电流切换电路波形变换和控制71

3.2数字化PWM输出实现方案77

3.3数字化PWM输出的软件设计78

3.3.1用DSP实现基准变极性PWM和基准脉冲PWM输出78

3.3.2用CPLD实现变极性PWM和复合调制PWM输出82

3.4快速变换复合超音频脉冲变极性方波电流的实现84

3.4.1超音频脉冲方波变极性电流的实现85

3.4.2超音频脉冲方波直流电流的实现87

本章小结89

第4章半桥式逆变电路主变压器的磁分析91

4.1半桥式逆变电路主变压器铁心的工作状态91

4.1.1半桥式逆变电路主变压器铁心的理想工作状态91

4.1.2半桥式逆变电路影响磁通平衡的主要因素95

4.1.3半桥式电路主变压器的偏磁、磁不平衡状态及其产生过程96

4.1.4半桥式电路主变压器的单向偏磁饱和电流99

4.2主变压器工作状态对铁心材料和PWM控制方式的要求104

4.2.1主变压器工作状态对铁心材料的要求104

4.2.2主变压器工作状态对PWM控制方式的要求106

4.3半桥式逆变电路磁通平衡与不平衡的动态过程分析108

4.3.1正、负脉宽不一致导致的磁平衡与磁不平衡过程108

4.3.2开关管导通电阻差异导致的磁不平衡111

4.3.3其他因素导致的磁不平衡113

4.4半桥式逆变电路磁通平衡与不平衡试验113

4.4.1脉宽差异导致的偏磁饱和试验113

4.4.2脉宽差异导致的偏磁饱和试验理论分析115

4.5基于双端PWM数字逻辑生成法的偏磁抑制措施118

4.5.1桥式逆变电路偏磁状态的检测118

4.5.2数字逻辑生成法抑制偏磁的具体实施方式120

本章小结123

第5章电流特征参数一元化调节协调匹配125

5.1试验研究方案125

5.1.1复合超音频脉冲方波变极性TIG焊电流特征参数125

5.1.2焊接试验材料128

5.2复合超音频脉冲变极性电弧行为130

5.2.1HPVPTIG电弧电学特性131

5.2.2HPVPTIG电弧工作形态及其稳定性136

5.3脉冲电流特征参数对电弧压力的影响140

5.3.1脉冲电流频率对电弧压力的影响141

5.3.2脉冲电流占空比对电弧压力的影响142

5.3.3脉冲电流幅值对电弧压力的影响143

5.3.4脉冲电流参数对电弧压力的影响规律分析144

5.4脉冲电流特征参数对焊缝成形的影响146

5.4.1试验方法146

5.4.2脉冲电流频率对焊缝成形的影响147

5.4.3脉冲电流幅值对焊缝成形的影响151

5.4.4脉冲电流占空比对焊缝成形的影响153

5.4.5脉冲电流参数对焊缝成形的影响155

5.5电流特征参数一元化调节协调匹配方案156

本章小结159

第6章超音频脉冲方波变极性TIG焊接适用性试验161

6.1超音频脉冲方波变极性TIG焊铝合金焊接质量及性能分析161

6.1.1试验方法161

6.1.2焊缝成形及缺陷检测162

6.1.3焊缝显微组织165

6.1.4焊缝力学性能169

6.2典型铝合金试验样件焊接加工173

6.2.1低温燃料贮箱锁底结构模拟样件焊接173

6.2.2异种铝合金薄板模拟样件焊接175

本章小结177

第7章超音频脉冲TIG焊不锈钢焊接适用性试验178

7.1超音频直流脉冲TIG焊电流特点与电弧特性178

7.1.1超音频直流脉冲电源不锈钢TIG焊接电流波形178

7.1.2超音频直流脉冲电源不锈钢TIG焊接电弧特性180

7.2超音频TIG焊对焊缝组织的影响182

7.3超音频TIG焊对焊接接头性能的影响185

7.3.1材质为301L奥氏体不锈钢的焊接接头性能试验185

7.3.2材质为0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的焊接接头性能试验186

本章小结189

结论与展望190

参考文献192