專利名稱：復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波mig高效化焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效化逆變焊機(jī)，特別涉及一種復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG 高效化焊機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，節(jié)能、減排、增效、資源化利用已經(jīng)成為目前社 會(huì)發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題。在這一背景下，新型輕合金材料的研發(fā)受到各國(guó)的高度重視，鎂合金 憑借其優(yōu)良的性能，受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。以汽車(chē)制造業(yè)為例，為了降低對(duì)環(huán)境的污 染，汽車(chē)設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)商在提高燃料的利用率和減少C02的排放量方面開(kāi)展了大量的研究， 如尋找新的無(wú)污染燃料、提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能和減輕汽車(chē)質(zhì)量等。其中，減輕汽車(chē)質(zhì)量是最有效 的一種方法。鎂合金以其低密度和高比強(qiáng)度、高比剛度和可再回收利用等優(yōu)點(diǎn)成為人們關(guān) 注的焦點(diǎn)。有關(guān)專家預(yù)計(jì)，鎂合金在汽車(chē)工業(yè)應(yīng)用的年增長(zhǎng)率達(dá)到20%，國(guó)外在汽車(chē)上大規(guī) 模應(yīng)用鎂合金生產(chǎn)的零部件已超過(guò)60種，罩，車(chē)頂板、門(mén)框和輪轂等焊件也將用鎂合金大 批量生產(chǎn)，每輛汽車(chē)中鎂合金的質(zhì)量將增加到40 80kg。 2006年北美、歐洲、日本等地的 汽車(chē)工業(yè)對(duì)鎂合金的需求量超過(guò)20萬(wàn)噸。這些國(guó)家和地區(qū)由汽車(chē)工業(yè)拉動(dòng)的鎂合金的需 求量還將繼續(xù)增長(zhǎng)。 由于鎂合金的物理性能以及自身的冶金特點(diǎn)，決定了鎂合金的焊接性能較差，很 難實(shí)現(xiàn)可靠連接，焊接時(shí)容易產(chǎn)生變形、燒穿、熱裂紋和氣孔等缺陷，其中，最主要的是熱裂 紋和氣孔。鎂合金結(jié)構(gòu)件以及鎂合金與其它材料結(jié)構(gòu)件之間的連接，已成為制約鎂合金應(yīng) 用的技術(shù)瓶頸和急待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。國(guó)內(nèi)外對(duì)鎂合金焊接的研究也越來(lái)越多，應(yīng) 用的焊接方法包括TIG焊、MIG、攪拌摩擦焊(FSW)、摩擦焊(FW)、激光焊(LBW)、電子束焊 (EBW)和電阻點(diǎn)焊(RSW)等。從設(shè)備投入以及實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用情況來(lái)看，MIG焊是一種非常 有前景的鎂合金高效化焊接方法，但是它的調(diào)節(jié)范圍非常窄。采用交流方波MIG焊工藝， 電流過(guò)零點(diǎn)快，電弧比普通交流正弦波焊機(jī)更穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，但由于鎂合金焊接導(dǎo)熱 性好，需要高能量密度的輸入，要將送絲速度、正負(fù)半波波形與熔滴過(guò)渡形態(tài)緊密配合，通 過(guò)良好的波形控制以及其他措施來(lái)獲得較寬的工藝規(guī)范，防止晶粒粗化、熱裂紋以及氣孔 等；此外，由于目前使用的鎂合金焊絲在焊接性能、力學(xué)性能、表面處理狀態(tài)等方面還不夠 理想，對(duì)送絲系統(tǒng)的推拉送絲方式、送絲軟管、送絲輪等方面都有比較高的要求。在國(guó)外，鎂 合金M IG焊接設(shè)備一般采用晶閘管或者逆變式結(jié)構(gòu)的交流焊機(jī)或者直流脈沖MIG焊機(jī)來(lái) 完成。對(duì)于厚大件鎂、鈦、鋁等高性能合金材料的焊接，則采用等離子弧、激光焊、攪拌摩擦 焊或氦弧焊設(shè)備等，價(jià)格昂貴。在國(guó)內(nèi)，情況也大同小異。因此，為滿足高性能鎂合金材料 高效化焊接的需要，研究開(kāi)發(fā)新型的高效化焊機(jī)和工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，高頻逆變技 術(shù)、現(xiàn)代電磁攪拌技術(shù)以及嵌入式數(shù)字化控制技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展為該種高效化焊機(jī)的 研制提供了可能。 采用高頻逆變技術(shù)，大幅度提高了電源的電能變換頻率，使得電源主變壓器的體 積、質(zhì)量大幅度的減?。煌瑫r(shí)，由于電子功率器件工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，變壓器等可以采用鐵損
4很小的磁芯材料，效率得到極大提高；由于主電路中存在電容，功率因數(shù)得到提高，節(jié)能效 果明顯；此外，由于工作頻率很高，主電路中濾波電感值小，電磁慣性小，易于獲得良好的動(dòng) 特性，極大地提高了工藝控制性能。 數(shù)字化控制易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制算法，使得逆變焊機(jī)的智能化程 度更高，易于實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的協(xié)同控制，甚至可以在線修改控制算法及控制參數(shù)，縮短設(shè)計(jì)周 期，集成度高，控制電路元器件少，控制板體積小巧，系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性高，可靠性 好，改善了系統(tǒng)一致性，生產(chǎn)制造方便。 逆變焊機(jī)對(duì)時(shí)間響應(yīng)要求比較苛刻，需要采用高性能的微處理器芯片。ARM微處 理器具有高性能、低功耗、低成本的優(yōu)勢(shì)，在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。為追求更快的響應(yīng)速 度，運(yùn)行于微處理器上的實(shí)時(shí)內(nèi)核非常重要。RTX-Kernel同時(shí)支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法和優(yōu) 先級(jí)占先調(diào)試法，并可以動(dòng)態(tài)改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)，調(diào)試功能十分強(qiáng)大。在任務(wù)同步和通信機(jī) 制方面，RTX-Kernel支持事件標(biāo)志、信號(hào)量、互斥量和信箱等方法，完全可以滿足應(yīng)用程序 的需求。 在焊接過(guò)程中引入磁場(chǎng)控制成為一種正在發(fā)展的先進(jìn)焊接技術(shù)，這種技術(shù)被稱作 磁控電弧焊接技術(shù)。采用外加磁場(chǎng)促使焊接電弧和熔池金屬有規(guī)律地周期運(yùn)動(dòng)，對(duì)焊接中 熔滴的過(guò)渡、熔池金屬的流動(dòng)、熔池的結(jié)晶形核及結(jié)晶生長(zhǎng)等過(guò)程進(jìn)行有效地干預(yù)，改變焊 縫金屬的結(jié)晶條件，提高焊縫金屬的塑性和韌性，降低結(jié)晶裂紋和氣孔的敏感性，從而全面 改善焊接接頭的質(zhì)量。 但是據(jù)檢索，目前還未有將融合上述技術(shù)，即以32位ARM嵌入式微處理器作為控 制核心、以RTX-Kernel為控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)內(nèi)核，同時(shí)還復(fù)合交變磁場(chǎng)的軟開(kāi)關(guān)方波MIG逆變 焊機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品的相關(guān)報(bào)道，屬于空白。 據(jù)檢索，目前還未有以32位ARM嵌入式微處理器作為控制核心、以RTX-Kernel為 控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)內(nèi)核，同時(shí)還復(fù)合交變磁場(chǎng)的軟開(kāi)關(guān)方波MIG逆變焊機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品的相關(guān)報(bào) 道，屬于空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前鎂合金高效化焊接存在的問(wèn)題以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 趨勢(shì)，提供一種復(fù)合交變磁場(chǎng)的嵌入式數(shù)字化高頻軟開(kāi)關(guān)方波MIG焊機(jī)。該焊機(jī)以32位 ARM嵌入式微處理器為核心，以RTX-Kernel為控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制；結(jié)合 軟開(kāi)關(guān)高頻逆變技術(shù)，使焊機(jī)電源具備優(yōu)異的一致性、可靠性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力；采用交變磁 控電弧發(fā)生裝置，對(duì)焊接中熔滴的過(guò)渡、熔池金屬的流動(dòng)、熔池的結(jié)晶形核及結(jié)晶生長(zhǎng)等過(guò) 程進(jìn)行有效地干預(yù)，進(jìn)一步改善焊縫質(zhì)量和焊接效果，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)匹配和調(diào)節(jié)，提高工藝適 應(yīng)性。 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的采用如下技術(shù)方案一種復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高 效化焊機(jī)，輸入和輸出分別連接三相交流輸入電源和電弧負(fù)載，其特征是，包括主電路、數(shù) 字化控制系統(tǒng)、交變磁控電弧發(fā)生裝置、送絲機(jī)以及焊槍；其中，所述主電路由整流濾波模 塊、一次高頻逆變模塊、二次輸出波形調(diào)制模塊依次連接組成；所述三相交流輸入電源與主 電路的整流濾波模塊相連接，主電路的二次輸出波形調(diào)制模塊與電弧負(fù)載相連接；所述數(shù) 字化控制系統(tǒng)包括MCU最小系統(tǒng)、數(shù)字化面板、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、反饋采樣電路、異常狀態(tài)檢測(cè)電路、CAN總線接口電路、串行通信接口電路以及電源模塊；其中，三相交流輸入電源與 電源模塊相連接，電源模塊與所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中的其他模塊相連接，用于為其他模塊 供電；所述MCU最小系統(tǒng)分別與CAN總線接口電路和串行通信接口電路相互連接；所述串 行通信接口電路還與數(shù)字化面板相互連接；所述MCU最小系統(tǒng)與IGBT驅(qū)動(dòng)電路和主電路中 的一次高頻逆變模塊依次連接；所述MCU最小系統(tǒng)與IGBT驅(qū)動(dòng)電路和主電路中的二次輸出 波形調(diào)制模塊依次連接；所述三相交流輸入電源通過(guò)異常狀態(tài)檢測(cè)電路與MCU最小系統(tǒng)相 連接；所述主電路中的二次輸出波形調(diào)制模塊通過(guò)反饋采樣電路和MCU最小系統(tǒng)連接；所 述交變磁控電弧發(fā)生裝置由ARM控制系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)電路和電感線圈相互連接組成，其中， ARM控制系統(tǒng)與功率調(diào)節(jié)電路相互連接，功率調(diào)節(jié)電路與電感線圈相連接，單相交流輸入 電源與電感線圈相連接，單相交流輸入電源與功率調(diào)節(jié)電路相互連接；所述數(shù)字化控制系 統(tǒng)中的串行通信接口電路還與ARM控制系統(tǒng)相互連接，進(jìn)行數(shù)字通信和交互；主電路中的 二次輸出波形調(diào)制模塊的輸出連接送絲機(jī)；送絲機(jī)與焊槍相互連接；焊槍與電弧負(fù)載相連 接。 為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)中的數(shù) 字化控制系統(tǒng)還包括以太網(wǎng)接口電路和送絲驅(qū)動(dòng)電路；所述MCU最小系統(tǒng)與送絲驅(qū)動(dòng)電路 相互連接，送絲驅(qū)動(dòng)電路還與送絲機(jī)連接；所述MCU最小系統(tǒng)與以太網(wǎng)接口電路相互連接。
所述主電路中的一次高頻逆變模塊采用了移相全橋軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述二次輸 出波形調(diào)制模塊采用了雙半橋并聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中MCU最小系統(tǒng)由具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel 實(shí)時(shí)內(nèi)核、以及能夠同時(shí)產(chǎn)生6路數(shù)字P麗信號(hào)的32位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S8971 及其外圍電路相互連接組成。 所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中數(shù)字化面板由具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel實(shí) 時(shí)內(nèi)核以及具備可編程UART和IAP功能的32位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S818、低功耗 的復(fù)雜可編程邏輯器件EPM240T100、串行通信接口電路、數(shù)碼管、數(shù)字編碼器、LED管及其 外圍電路相互連接組成。 所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中IGBT驅(qū)動(dòng)電路由能夠?qū)崿F(xiàn)6路數(shù)字量P麗信號(hào)隔離與放 大的隔離電路、正負(fù)偏壓電路和功率管異常狀態(tài)檢波電路相互連接組成；所述隔離電路由 光耦器件及其外圍電路相互連接組成；所述正負(fù)偏壓電路由穩(wěn)壓二極管、三極管及其外圍 電路相互連接組成；所述功率管異常狀態(tài)檢波電路由二極管、穩(wěn)壓二極管和三極管相互連 接組成。 所述交變磁控電弧發(fā)生裝置的ARM控制系統(tǒng)由具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有 RTX-Kernel實(shí)時(shí)內(nèi)核、具備可編程UART和IAP特性，以及能夠產(chǎn)生6路數(shù)字P麗信號(hào)的32 位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S818及其外圍電路相互連接組成。 所述交變磁控電弧發(fā)生裝置的功率調(diào)節(jié)電路由單相整流濾波電路、一次逆變器以 及二次逆變器相互連接組成；其中，所述功一次逆變器采用具有LC諧振的移相全橋軟開(kāi)關(guān) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述二次逆變器采用全橋硬開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述交變磁控電弧發(fā)生裝置的電感 線圈由碳鋼管、多股漆包線以及固定支架連接構(gòu)成。 所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中CAN總線接口電路由芯片CT8251T及其外圍電路相互連接 組成。
所述異常狀態(tài)檢測(cè)電路由包含橋式檢測(cè)電路以及與非門(mén)及其外圍電路的過(guò)壓欠壓檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路、過(guò)流檢測(cè)電路相互連接組成。 本發(fā)明的原理是這樣的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，主電路的一次高頻逆變模塊為全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功率開(kāi)關(guān)器件工作于移相軟開(kāi)關(guān)模式，而二次輸出波形調(diào)制模塊采用雙半橋并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提高功率輸出能力，功率開(kāi)關(guān)器件工作于硬開(kāi)關(guān)模式；在MCU最小系統(tǒng)中的基于RTX-Kernel實(shí)時(shí)內(nèi)核的嵌入式軟件對(duì)焊機(jī)的數(shù)字化面板給定信號(hào)和反饋采樣電路的反饋信號(hào)進(jìn)行比較和運(yùn)算，通過(guò)編程的方式輸出6路數(shù)字P麗信號(hào)，其中四路數(shù)字P麗信號(hào)為移相調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路之后直接控制一次高頻逆變模塊的四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，實(shí)現(xiàn)恒流控制，另外2路數(shù)字P麗信號(hào)為互為推挽的P麗信號(hào)，經(jīng)過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路之后變成4路P麗信號(hào)，直接控制二次輸出波形調(diào)制模塊的雙半橋并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的4個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，控制功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)直流/直流脈沖/交流方波/脈沖交流方波波形輸出。在電弧負(fù)載電流輸出端用霍爾元件檢測(cè)輸出電流，通過(guò)電阻分壓的方式檢測(cè)輸出電壓，得到采樣信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、比較，再輸送到MCU最小系統(tǒng)，來(lái)改變一次高頻逆變模塊功率管的導(dǎo)通與截止時(shí)間，實(shí)現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié)以達(dá)到二次輸出波形調(diào)制模塊的輸入電流為恒流特性的目的；根據(jù)數(shù)字化面板設(shè)定的脈沖頻率、正負(fù)半波脈寬、占空比等參數(shù)，MCU最小系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)2路推挽的數(shù)字P麗信號(hào)的頻率、脈寬以及占空比，從而直接控制
二次輸出波形調(diào)制模塊功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)輸出電流波形的調(diào)制。交變磁控電弧發(fā)生裝置的功率調(diào)節(jié)電路的功率開(kāi)關(guān)管全部采用高頻MOSFET管，一次逆變器的高
頻逆變電路為移相全橋結(jié)構(gòu)，而二次逆變器的逆變電路采用硬開(kāi)關(guān)全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；交變磁控電弧發(fā)生裝置的ARM控制系統(tǒng)通過(guò)串行通信接口電路接收到數(shù)字化控制系統(tǒng)的數(shù)字化面板的參數(shù)之后，通過(guò)軟件編程產(chǎn)生4路移相的數(shù)字P麗信號(hào)和2路推挽的數(shù)字P麗信號(hào)，其中，4路移相的P麗信號(hào)控制一次逆變器的高頻逆變電路的4個(gè)功率M0SFET，實(shí)現(xiàn)一次逆變器高頻逆變電路功率管的軟開(kāi)關(guān)換流和恒流特性控制，而2路推挽的P麗信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離放大之后變成4路P麗信號(hào)，直接控制二次逆變器電路的四個(gè)功率M0SFET，硬開(kāi)關(guān)換流，實(shí)現(xiàn)交流方波輸出；輸出的波形直接加載于電感線圈上，由電感線圈產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。MCU最小系統(tǒng)、數(shù)字化面板和交變磁控電弧發(fā)生裝置之間的通信均通過(guò)串行通信接口電路進(jìn)行。多臺(tái)復(fù)合交變磁場(chǎng)的方波MIG高效化焊機(jī)可以通過(guò)數(shù)字化控制系統(tǒng)的CAN總線接口電路進(jìn)行連接，通過(guò)CAN總線進(jìn)行雙機(jī)或者多機(jī)的數(shù)字通信和協(xié)同工作。
本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果 1、本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)逆變焊機(jī)參數(shù)設(shè)置、過(guò)程控制以及主電路調(diào)制的全數(shù)字化，使焊機(jī)具有更好的一致性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和可靠性。 2、本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎂合金焊接過(guò)程能量的精細(xì)控制，由于能夠?qū)崿F(xiàn)直流/直流脈沖/交流方波/脈沖交流方波波形輸出，各種波形的輸出順序可以自由組合，既能獲得良好的電弧剛性和清潔作用，又能保證電弧能量的分布適合鎂合金MIG焊接的特點(diǎn)。 3、本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)復(fù)合了交變磁控電弧裝置，產(chǎn)生的交變脈沖磁場(chǎng)具有電磁攪拌作用，能夠?qū)附又腥鄣蔚倪^(guò)渡、熔池金屬的流動(dòng)、熔池的結(jié)晶形核及結(jié)晶生長(zhǎng)等過(guò)程進(jìn)行有效地干預(yù)，提高焊縫金屬的性能，能夠全面改善焊接接頭的質(zhì)量。 4、本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)能夠?qū)㈡V合金焊接過(guò)程中的電弧能量大小和分布進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)和控制，同時(shí)交變磁場(chǎng)還能夠?qū)﹄娀∵M(jìn)行壓縮，促進(jìn)熔滴的過(guò)渡和熔池的成形，能夠進(jìn)一步提高鎂合金焊接的速度和效率。 5、本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)采用高頻軟開(kāi)關(guān)逆變技術(shù)和雙半橋并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在進(jìn)一步提高輸出能力、效率和逆變頻率、節(jié)省制造材料的同時(shí)，也極大的改善了器件的工作環(huán)境，提高了逆變焊機(jī)的電磁兼容能力和可靠性。


圖1是本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方框 圖2是本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的主電路的電路原理圖； 圖3是本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖； 圖4是本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的數(shù)字化面板的結(jié)構(gòu)方框圖； 圖5是本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)方框圖； 圖6是本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧發(fā)生裝置的功率調(diào)節(jié)電路原理圖； 圖7是本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧發(fā)生裝置的ARM控制系統(tǒng)與功率調(diào)節(jié)電路的連接方框圖； 圖8是本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧發(fā)生裝置的IGBT驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖9為本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧發(fā)生裝置的CAN總線接口電路的原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。 如圖1、圖3和圖5所示，本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)由主電路100、數(shù)字化控制系統(tǒng)200、交變磁控電弧發(fā)生裝置300、送絲機(jī)400和焊槍500相互連接組成。數(shù)字化控制系統(tǒng)200與交變磁控電弧發(fā)生裝置300通過(guò)串行通信接口電路相互連接進(jìn)行數(shù)字通信，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。主電路100分別與三相交流輸入電源和電弧負(fù)載相連接。焊槍500 —端與電弧負(fù)載連接，一端與送絲機(jī)400相互連接。送絲機(jī)400與主電路100和數(shù)字化控制系統(tǒng)200相連接。本發(fā)明的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，輸入和輸出分別連接三相交流輸入電源和電弧負(fù)載，其中，主電路由整流濾波模塊101、一次高頻逆變模塊102、二次輸出波形調(diào)制模塊103依次連接組成；三相交流輸入電源與主電路的整流濾波模塊101相連接，主電路的二次輸出波形調(diào)制模塊103與電弧負(fù)載相連接；數(shù)字化控制系統(tǒng)包括MCU最小系統(tǒng)201、數(shù)字化面板202、IGBT驅(qū)動(dòng)電路203、反饋采樣電路204、異常狀態(tài)檢測(cè)電路205、CAN總線接口電路206、串行通信接口電路210以及電源模塊207 ;其
8中，三相交流輸入電源與電源模塊207相連接，電源模塊207與所述數(shù)字化控制系統(tǒng)200中 的其他模塊相連接，用于為其他模塊供電；MCU最小系統(tǒng)201分別與CAN總線接口電路206 和串行通信接口電路210相互連接；串行通信接口電路210還與數(shù)字化面板202相互連接； MCU最小系統(tǒng)201與IGBT驅(qū)動(dòng)電路203和主電路中的一次高頻逆變模塊102依次連接；MCU 最小系統(tǒng)201與IGBT驅(qū)動(dòng)電路203和主電路中的二次輸出波形調(diào)制模塊103依次連接；三 相交流輸入電源通過(guò)異常狀態(tài)檢測(cè)電路205與MCU最小系統(tǒng)201相連接；主電路中的二次 輸出波形調(diào)制模塊103通過(guò)反饋采樣電路204和MCU最小系統(tǒng)201連接；交變磁控電弧發(fā) 生裝置由ARM控制系統(tǒng)301、功率調(diào)節(jié)電路302和電感線圈303相互連接組成，其中，ARM控 制系統(tǒng)301與功率調(diào)節(jié)電路302相互連接，功率調(diào)節(jié)電路302與電感線圈303相連接，單相 交流輸入電源與電感線圈303相連接，單相交流輸入電源與功率調(diào)節(jié)電路302相互連接；數(shù) 字化控制系統(tǒng)中的串行通信接口電路210還與ARM控制系統(tǒng)301相互連接，進(jìn)行數(shù)字通信 和交互；主電路中的二次輸出波形調(diào)制模塊103的輸出連接送絲機(jī)400 ;送絲機(jī)400與焊槍 500相互連接；焊槍500與電弧負(fù)載相連接。復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)中 的數(shù)字化控制系統(tǒng)還可以包括以太網(wǎng)接口電路208和送絲驅(qū)動(dòng)電路209 ;MCU最小系統(tǒng)201 與送絲驅(qū)動(dòng)電路209相互連接，送絲驅(qū)動(dòng)電路209還與送絲機(jī)400連接；MCU最小系統(tǒng)201 與以太網(wǎng)接口電路208相互連接。 如圖2，本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的主電路100由整流濾 波模塊101、一次高頻逆變模塊102、二次輸出波形調(diào)制模塊103依次連接組成，所述整流濾 波模塊101與三相交流輸入電源相連接，所述二次輸出波形調(diào)制模塊103與電弧負(fù)載相連 接；三相交流輸入電源連接整流濾波模塊101的諧波吸收電容C2 C4，整流橋BR1，然后連 接濾波環(huán)節(jié)L1、C5 C8，R3 R4，再連接一次高頻逆變模塊102的逆變橋TR1 2、C11 C14， R5 R8，其中，Cll C14為外接的諧振電容，R5 R8為零電阻，經(jīng)過(guò)高頻逆變之后 獲得高頻方波交流電，接入高頻功率變壓器Tl初級(jí)，變壓器Tl的次級(jí)通過(guò)高頻全波整流電 路D1 D4、濾波環(huán)節(jié)L2后輸出直流電。該直流電接入到二次輸出波形調(diào)制模塊103，經(jīng)過(guò) 二次輸出波形調(diào)制模塊103中的逆變橋TR3 4以及相應(yīng)的吸收保護(hù)電路之后輸出到電弧 負(fù)載，以上環(huán)節(jié)構(gòu)成焊機(jī)的主電路。 一次高頻逆變模塊102包括TR1和TR2兩個(gè)逆變橋臂 (分別為超前橋臂TR1和滯后橋臂TR2) ， 二次輸出波形調(diào)制模塊103也包含了兩個(gè)逆變橋 (TR3 4)，每個(gè)橋臂包含兩個(gè)單元的功率開(kāi)關(guān)管。 如圖3，本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)200 由MCU最小系統(tǒng)201、數(shù)字化面板202、 IGBT驅(qū)動(dòng)電路203、反饋采樣電路204、異常狀態(tài)檢 測(cè)電路205、 CAN總線接口電路206、電源模塊207、以太網(wǎng)接口電路208、送絲驅(qū)動(dòng)電路209 和串行通信接口電路210等相互連接組成。電源模塊207給MCU最小系統(tǒng)201、數(shù)字化面 板202、 IGBT驅(qū)動(dòng)電路203、反饋采樣電路204、異常狀態(tài)檢測(cè)電路205、 CAN總線接口電路 206、以太網(wǎng)接口電路208、送絲驅(qū)動(dòng)電路209和串行通信接口電路210等供電；所述MCU最 小系統(tǒng)由具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel實(shí)時(shí)內(nèi)核、以及能夠同時(shí)產(chǎn)生6路數(shù)字 P麗信號(hào)的32位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S8971及其外圍電路相互連接組成，它與數(shù)字 化面板202通過(guò)串行通信接口電路210進(jìn)行串行通信，接收設(shè)定的工藝參數(shù)，然后與反饋采 樣電路204采集到的實(shí)際焊接電流和焊接電壓信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)運(yùn)算之后產(chǎn)生6路數(shù)字 P麗信號(hào)，經(jīng)過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路203隔離放大，主電路100的一次高頻逆變模塊102的逆變橋TRl-2、二次輸出波形調(diào)制模塊103的逆變橋TR3-4的功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程，使 本發(fā)明的焊機(jī)實(shí)現(xiàn)期望的輸出；所述異常狀態(tài)檢測(cè)電路205對(duì)三相輸入電源的過(guò)壓欠壓檢 情況、IGBT功率開(kāi)關(guān)管以及主功率變壓器溫度、主變壓器原邊線圈過(guò)流的情況等進(jìn)行檢測(cè)， 并將該檢測(cè)結(jié)果輸入到MCU最小系統(tǒng)201，一旦發(fā)生異常，MCU最小系統(tǒng)201 —方面立刻關(guān) 斷數(shù)字P麗輸出，同時(shí)通過(guò)串行通信接口電路210與數(shù)字化面板202進(jìn)行通信，將異常情況 的信息在數(shù)字化面板202上顯示出來(lái)。所述送絲驅(qū)動(dòng)電路209 —方面根據(jù)MCU最小系統(tǒng)的 指令輸出相應(yīng)的電樞電壓，驅(qū)動(dòng)送絲機(jī)400的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將實(shí)際的電樞電壓反饋回MCU 最小系統(tǒng)201，保證送絲平穩(wěn)；所述以太網(wǎng)接口電路208主要用于與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程綜合管理和系統(tǒng)更新；所述CAN總線接口電路主要用于多臺(tái)復(fù)合交變磁場(chǎng)的方波 MIG高效化焊機(jī)之間的連接，通過(guò)CAN總線進(jìn)行雙機(jī)或者多機(jī)的數(shù)字通信和協(xié)同工作，提高 系統(tǒng)在復(fù)雜焊接環(huán)境下的數(shù)據(jù)通信的可靠性和效率。 如圖4，本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的數(shù)字化面板202由具 備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel實(shí)時(shí)內(nèi)核以及具備IAP功能的32位ARM嵌入式微 處理器芯片LM3S818，低功耗的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)EPM240T100，以及串行通信接 口電路、鍵盤(pán)、數(shù)碼管、正交編碼器、LED管及其他外圍電路相互連接組成。MCU與CPLD之間 采用SPI總線進(jìn)行通信。數(shù)碼管和LED連接到CPLD的通用I/O引腳(GPIO)，由CPLD進(jìn)行 控制，鍵盤(pán)連接到MCU的I/O 口 (GPIO)，正交編碼器則通過(guò)CPLD進(jìn)行信號(hào)去毛剌處理后連 接到MCU的正交編碼器(QEI)接口 。數(shù)字化面板的MCU芯片LM3S818通過(guò)串行通信接口電 路210與數(shù)字化控制系統(tǒng)的MCU最小系統(tǒng)201進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 如圖5，本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧發(fā)生 裝置300由ARM控制系統(tǒng)301、功率調(diào)節(jié)電路302和電感線圈303構(gòu)成。ARM控制系統(tǒng)301 以32位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S818為控制核心，通過(guò)串行通信接口電路210與數(shù)字 化控制系統(tǒng)200進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的設(shè)定和協(xié)同工作；
如圖6，本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧發(fā)生 裝置的功率調(diào)節(jié)電路302由單相整流濾波電路、一次逆變器以及二次逆變器構(gòu)成。 一次逆 變器采用的是零電壓移相控制全橋變換器，利用變壓器漏感或者原邊串聯(lián)電感和功率開(kāi)關(guān) 管的寄生電容諧振來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)， 一次逆變器由全橋開(kāi)關(guān)管Sl-4和高頻變壓器TK組 成。二次逆變器采用推挽帶死區(qū)P麗控制全橋變換器，由S5-8和負(fù)載線圈L。組成。單相 交流電源經(jīng)過(guò)單相整流濾波電路之后變成高壓平滑直流電V^，經(jīng)一次逆變器的Sl-4逆變 橋后變成高頻交流方波電壓，然后經(jīng)高頻變壓器TK降壓和DK1—K2、 Lf、 Cf整流濾波后，變?yōu)榈?壓平滑直流電，經(jīng)二次逆變器S5-8逆變?yōu)榈皖l方波交流電，二次全橋逆變電路的輸出接負(fù) 載線圈L。。由于二次逆變是硬開(kāi)關(guān)，需要在每個(gè)開(kāi)關(guān)管上并聯(lián)吸收電路。
如圖7，本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧發(fā)生 裝置的ARM控制系統(tǒng)301由具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel實(shí)時(shí)內(nèi)核的32位 ARM嵌入式微處理器芯片LM3S818以及欠過(guò)壓、過(guò)流、采樣反饋等外圍電路相互連接組成。 LM3S818擁有多達(dá)6路的控制P麗單元，能夠產(chǎn)生6路數(shù)字P麗信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路的隔離 放大之后，可以直接控制一次逆變器以及二次逆變器的功率開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)。ARM芯片 LM3S818具有2路完全可編程的16C550型UART，ARM控制系統(tǒng)301通過(guò)其可編程的16C550 型UART與串行通信接口電路相連接，然后與數(shù)字化控制系統(tǒng)200的串行通信接口電路210
10連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，從數(shù)字化面板202獲得相關(guān)的頻率設(shè)置、占空比設(shè)置以及交流電流值 設(shè)置等工藝參數(shù)；通過(guò)與采樣反饋信號(hào)的比較，進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算，獲得相應(yīng)的數(shù)字P麗信 號(hào)輸出，以控制功率調(diào)節(jié)電路302獲得期望的輸出特性。 如圖8所示為本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧 發(fā)生裝置的IGBT驅(qū)動(dòng)電路203的原理圖。由于逆變橋的功率開(kāi)關(guān)管工作于大電流狀態(tài)，需 采用電流承載能力較高的功率開(kāi)關(guān)管，因此，IGBT驅(qū)動(dòng)電路203需要較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。圖 8中，IGBT驅(qū)動(dòng)電路203的輸入與MCU最小系統(tǒng)中ARM嵌入式微處理器芯片LM3S8971的 P麗端口連接，采用光耦器件U19實(shí)現(xiàn)數(shù)字P麗信號(hào)與主電路的隔離，然后利用穩(wěn)壓二極管 ZD19 20產(chǎn)生+15V，ZD16產(chǎn)生-7. 5V的偏壓，由快速三極管Q30 32組成時(shí)序開(kāi)關(guān)控制 電路，使得驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出跟隨數(shù)字P麗信號(hào)的高低電平而輸出正負(fù)偏壓，驅(qū)動(dòng)逆變 橋中的功率開(kāi)關(guān)管Q1 4的開(kāi)通和關(guān)斷。另外，利用二極管D20 21、穩(wěn)壓管ZD17 18以 及三極管Q25 28以及外圍電路構(gòu)造了一個(gè)檢波電路，檢測(cè)功率開(kāi)關(guān)的C/E極開(kāi)通和關(guān)斷 時(shí)間的電壓降，判斷功率開(kāi)關(guān)管是否工作在正常狀態(tài)，一旦該電壓降超過(guò)預(yù)設(shè)的閥值電壓， 該檢波電路通過(guò)三極管Q29控制時(shí)序開(kāi)關(guān)電路，迅速關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)管，保證主電路安全。
如圖9所示為本發(fā)明復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的交變磁控電弧 發(fā)生裝置的CAN總線接口電路206的原理圖。利用MCU最小系統(tǒng)的ARM芯片LM3S8971的 CAN總線外設(shè)，通過(guò)CANTXD和CANRXD將ARM芯片產(chǎn)生的TTL電平輸出，采用雙路隔離CAN 收發(fā)器CTM8251T作為電平轉(zhuǎn)換裝置，將該TTL電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平，該接口電 路具有高達(dá)2500V的隔離能力，提高了控制電路的安全性。 本發(fā)明是這樣工作的三相380V工頻交流電經(jīng)過(guò)整流濾波模塊101后成為平滑直 流電，進(jìn)入一次高頻逆變模塊102，數(shù)字化控制系統(tǒng)200的MCU最小系統(tǒng)201通過(guò)串行通信 接口電路210從數(shù)字化面板202處獲得設(shè)定值，然后與從反饋采樣電路204檢測(cè)到的電弧 負(fù)載的電流電壓值進(jìn)行高速數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理，經(jīng)過(guò)MCU最小系統(tǒng)201中的P麗模塊輸出6 路數(shù)字P麗控制信號(hào)，其中四路數(shù)字P麗信號(hào)為移相調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路203之 后直接控制一次高頻逆變模塊102的四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，功率開(kāi)關(guān)管處于軟開(kāi)關(guān)換流狀態(tài)， 經(jīng)過(guò)高頻變壓器變壓以及整流濾波之后變成平滑的直流電，作為二次輸出波形調(diào)制模塊的 輸入，另外2路數(shù)字P麗信號(hào)為互為推挽的P麗信號(hào)，經(jīng)過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路203之后變成4 路P麗信號(hào)，直接控制二次輸出波形調(diào)制模塊103的雙半橋并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的4個(gè)功率開(kāi)關(guān) 管，控制功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)閉，通過(guò)脈寬調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)直流/直流脈沖/交流方波/脈 沖交流方波波形輸出，滿足鎂合金焊接工藝的要求。在焊接過(guò)程中，ARM控制系統(tǒng)301通過(guò) 其可編程的16C550型UART與串行通信接口電路相連接，然后與數(shù)字化控制系統(tǒng)200的串 行通信接口電路210連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，從數(shù)字化面板202獲得相關(guān)的頻率設(shè)置、占空比 設(shè)置以及交流電流值設(shè)置等工藝參數(shù)；通過(guò)與采樣反饋信號(hào)的比較，進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算，獲 得相應(yīng)的數(shù)字P麗信號(hào)輸出，以控制功率調(diào)節(jié)電路302獲得期望的輸出特性，實(shí)現(xiàn)焊接電弧 能量控制與電磁場(chǎng)作用的協(xié)同。在焊接過(guò)程中，MCU最小系統(tǒng)201給送絲驅(qū)動(dòng)電路209 — 個(gè)控制給定信號(hào)，控制送絲驅(qū)動(dòng)電路209的輸出電樞電壓值的大小，從而控制送絲機(jī)的送 絲速度，同時(shí)將實(shí)際輸出的電樞電壓值反饋回MCU最小系統(tǒng)201，形成一個(gè)閉環(huán)反饋回路， 保證送絲速度均勻一致。這就是復(fù)合交變磁場(chǎng)的方波MIG焊機(jī)的整個(gè)控制過(guò)程。在復(fù)合交 變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)的工作過(guò)程里，異常狀態(tài)檢測(cè)電路205檢測(cè)整流濾波模塊101、一次高頻逆變模塊102、二次輸出波形調(diào)制模塊103的溫度以及過(guò)壓、欠壓和過(guò)流 等異常情況，一旦發(fā)生異常，異常狀態(tài)檢測(cè)電路205將該信息發(fā)送到MCU最小系統(tǒng)201，MCU 最小系統(tǒng)201迅速關(guān)斷6路數(shù)字P麗的輸出，保障逆變焊機(jī)的工作安全，并且通過(guò)串行通信 接口電路210發(fā)送相關(guān)的故障信息給數(shù)字化面板202，在面板上顯示相關(guān)故障類型并發(fā)出 相關(guān)的警示，同時(shí)通過(guò)串行通信接口電路210發(fā)送相應(yīng)的指令給ARM控制系統(tǒng)301，使得交 變磁控電弧發(fā)生裝置停止工作。數(shù)字化控制系統(tǒng)200通過(guò)以太網(wǎng)接口電路208與上位計(jì)算 機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的綜合管理和更新維護(hù)。
本發(fā)明的上述實(shí)施例具有以下特點(diǎn) 1、全數(shù)字化本實(shí)施例首次以具備Cortex-M3內(nèi)核、以及能夠同時(shí)產(chǎn)生6路數(shù)字 P麗信號(hào)的32位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S8971為核心，以RTX-Kernel為實(shí)時(shí)內(nèi)核，構(gòu) 建了逆變焊機(jī)的數(shù)字化控制平臺(tái)，采用模塊化、可移植的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)P麗 控制信號(hào)的數(shù)字化輸出；以具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel實(shí)時(shí)內(nèi)核以及具備 CAN總線接口 . UART總線接口和IAP功能的32位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S818為控 制核心，結(jié)合低功耗的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)EPM240T100，構(gòu)建了數(shù)字化面板，實(shí)現(xiàn)了 參數(shù)設(shè)定和人機(jī)交互的數(shù)字化；由具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel實(shí)時(shí)內(nèi)核、具備 UART總線接口 ，以及能夠產(chǎn)生6路數(shù)字P麗信號(hào)的32位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S818 為核心，構(gòu)建了變磁控電弧發(fā)生裝置的數(shù)字化控制系統(tǒng)；MCU最小系統(tǒng)、數(shù)字化面板和交變 磁控電弧發(fā)生裝置之間通過(guò)串行通信接口電路進(jìn)行數(shù)字通信，從而實(shí)現(xiàn)了逆變焊機(jī)的全數(shù) 字化，使整個(gè)焊機(jī)系統(tǒng)具有更好的一致性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和可擴(kuò)展性。 2、能量控制精細(xì)本實(shí)施例充分利用了全數(shù)字化控制的優(yōu)勢(shì)，能夠柔性的實(shí)現(xiàn)直 流/直流脈沖/交流方波/脈沖交流方波波形輸出，并且各種波形的輸出順序可以自由組 合，既能獲得良好的電弧剛性和清潔作用，又能保證電弧能量的分布適合鎂合金MIG焊接 的特點(diǎn)，能量的控制非常精確和靈活； 3、工藝性能好本實(shí)施例采用了軟開(kāi)關(guān)高頻技術(shù)，提高了能量轉(zhuǎn)換效率和電磁兼
容能力，動(dòng)態(tài)性能好；各種波形的柔性組合，使得電弧的能量控制精細(xì)；在復(fù)合交變磁場(chǎng)的
作用下，電弧形態(tài)的可控性更好；在這幾個(gè)因素的綜合作用下，能夠保證在鎂合金高速焊接
過(guò)程具有更好的工藝適應(yīng)性，焊縫透而不塌，焊縫晶粒細(xì)化，成形美觀，接頭強(qiáng)度高。 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的
限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，
均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，輸入和輸出分別連接三相交流輸入電源和電弧負(fù)載，其特征是，包括主電路、數(shù)字化控制系統(tǒng)、交變磁控電弧發(fā)生裝置、送絲機(jī)以及焊槍；其中，所述主電路由整流濾波模塊、一次高頻逆變模塊、二次輸出波形調(diào)制模塊依次連接組成；所述三相交流輸入電源與主電路的整流濾波模塊相連接，主電路的二次輸出波形調(diào)制模塊與電弧負(fù)載相連接；所述數(shù)字化控制系統(tǒng)包括MCU最小系統(tǒng)、數(shù)字化面板、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、反饋采樣電路、異常狀態(tài)檢測(cè)電路、CAN總線接口電路、串行通信接口電路以及電源模塊；其中，三相交流輸入電源與電源模塊相連接，電源模塊與所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中的其他模塊相連接，用于為其他模塊供電；所述MCU最小系統(tǒng)分別與CAN總線接口電路和串行通信接口電路相互連接；所述串行通信接口電路還與數(shù)字化面板相互連接；所述MCU最小系統(tǒng)與IGBT驅(qū)動(dòng)電路和主電路中的一次高頻逆變模塊依次連接；所述MCU最小系統(tǒng)與IGBT驅(qū)動(dòng)電路和主電路中的二次輸出波形調(diào)制模塊依次連接；所述三相交流輸入電源通過(guò)異常狀態(tài)檢測(cè)電路與MCU最小系統(tǒng)相連接；所述主電路中的二次輸出波形調(diào)制模塊通過(guò)反饋采樣電路和MCU最小系統(tǒng)連接；所述交變磁控電弧發(fā)生裝置由ARM控制系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)電路和電感線圈相互連接組成，其中，ARM控制系統(tǒng)與功率調(diào)節(jié)電路相互連接，功率調(diào)節(jié)電路與電感線圈相連接，單相交流輸入電源與電感線圈相連接，單相交流輸入電源與功率調(diào)節(jié)電路相互連接；所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中的串行通信接口電路還與ARM控制系統(tǒng)相互連接，進(jìn)行數(shù)字通信和交互；主電路中的二次輸出波形調(diào)制模塊的輸出連接送絲機(jī)；送絲機(jī)與焊槍相互連接；焊槍與電弧負(fù)載相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，其特征是，所述 復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)中的數(shù)字化控制系統(tǒng)還包括以太網(wǎng)接口電路 和送絲驅(qū)動(dòng)電路；所述MCU最小系統(tǒng)與送絲驅(qū)動(dòng)電路相互連接，送絲驅(qū)動(dòng)電路還與送絲機(jī) 連接；所述MCU最小系統(tǒng)與以太網(wǎng)接口電路相互連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，其特征是， 所述主電路中的一次高頻逆變模塊采用了移相全橋軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述二次輸出波形調(diào) 制模塊采用了雙半橋并聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，其特征是， 所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中MCU最小系統(tǒng)由具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel實(shí)時(shí)內(nèi) 核、以及能夠同時(shí)產(chǎn)生6路數(shù)字P麗信號(hào)的32位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S8971及其 外圍電路相互連接組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，其特征是， 所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中數(shù)字化面板由具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel實(shí)時(shí)內(nèi)核以 及具備可編程UART和IAP功能的32位ARM嵌入式微處理器芯片LM3S818、低功耗的復(fù)雜可 編程邏輯器件EPM240T100、串行通信接口電路、數(shù)碼管、數(shù)字編碼器、LED管及其外圍電路 相互連接組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，其特征是， 所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中IGBT驅(qū)動(dòng)電路由能夠?qū)崿F(xiàn)6路數(shù)字量P麗信號(hào)隔離與放大的隔離 電路、正負(fù)偏壓電路和功率管異常狀態(tài)檢波電路相互連接組成；所述隔離電路由光耦器件 及其外圍電路相互連接組成；所述正負(fù)偏壓電路由穩(wěn)壓二極管、三極管及其外圍電路相互 連接組成；所述功率管異常狀態(tài)檢波電路由二極管、穩(wěn)壓二極管和三極管相互連接組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，其特征是， 所述交變磁控電弧發(fā)生裝置的ARM控制系統(tǒng)由具備Cortex-M3內(nèi)核、固化有RTX-Kernel實(shí) 時(shí)內(nèi)核、具備可編程UART和IAP特性，以及能夠產(chǎn)生6路數(shù)字P麗信號(hào)的32位ARM嵌入式 微處理器芯片LM3S818及其外圍電路相互連接組成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，其特征是， 所述交變磁控電弧發(fā)生裝置的功率調(diào)節(jié)電路由單相整流濾波電路、一次逆變器以及二次逆 變器相互連接組成；其中，所述功一次逆變器采用具有LC諧振的移相全橋軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，所述二次逆變器采用全橋硬開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述交變磁控電弧發(fā)生裝置的電感線圈由 碳鋼管、多股漆包線以及固定支架連接構(gòu)成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，其特征是， 所述數(shù)字化控制系統(tǒng)中CAN總線接口電路由芯片CT8251T及其外圍電路相互連接組成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，其特征 是，所述異常狀態(tài)檢測(cè)電路由包含橋式檢測(cè)電路以及與非門(mén)及其外圍電路的過(guò)壓欠壓檢測(cè) 電路、溫度檢測(cè)電路、過(guò)流檢測(cè)電路相互連接組成。
全文摘要
本發(fā)明為一種復(fù)合交變磁場(chǎng)的鎂合金方波MIG高效化焊機(jī)，輸入和輸出分別連接三相交流輸入電源和電弧負(fù)載，其包括主電路、數(shù)字化控制系統(tǒng)、交變磁控電弧發(fā)生裝置、送絲機(jī)及焊槍；其中，三相交流輸入電源與主電路和電弧負(fù)載依次連接；主電路與送絲機(jī)連接；三相交流輸入電源與數(shù)字化控制系統(tǒng)連接；數(shù)字化控制系統(tǒng)與交變磁控電弧發(fā)生裝置相互連接；數(shù)字化控制系統(tǒng)與送絲機(jī)相互連接；送絲機(jī)與焊槍相互連接；焊槍與電弧負(fù)載連接。本發(fā)明確保電弧在鎂合金高速焊接中能夠保持良好的清潔作用及足夠的穩(wěn)定性和穿透能力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池金屬的電磁攪拌，細(xì)化晶粒，抑制裂紋傾向，改善熱應(yīng)力分布，全面改善和提高鎂合金焊接接頭的強(qiáng)度和質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K103/08GK101712092SQ200910193429
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者吳祥淼, 張岑, 王振民 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)