基于DSP波形控制的GMAW数字化电源系统

摘要

由于GMAW焊接具有高效率、无焊渣、适用范围广及适于全位置焊接等特点，使其在汽车及制造业中的应用越来越广泛，但在一些薄板焊接中，要求焊接热输入量低，以减小焊接时所产生的变形、焊穿及焊缝成形不均匀等问题，这使得低能量输入的焊接方法引起了越来越多的焊接工作者的关注。传统的GMAW方法中电弧的热输入与电弧力是密不可分，相互影响的，传质与传热的过程也因此而紧密联系在一起，这样就使薄板、超薄板的精密焊接受到了限制。为实现均匀稳定、精密可控的焊接过程必须有效的将电弧热和电弧力分别加以控制。
　　本文主要介绍了基于DSP波形控制的GMAW数字化电源系统，其与推拉丝的送丝系统相互配合协调，最终实现低能量输入飞溅小的焊接。
　　推拉丝的送丝的方式，在短路阶段时，借助于机械的拉力及合适的电流完成熔滴过渡，可以显著降低焊接时的热输入，但推拉丝的送丝系统对电源和送丝机的要求较高，推拉丝的频率一般高达50HZ以上，这就要求不但要有较高质量的送丝机，而且还要求焊接电源要有速度较快的控制系统和匹配的控制方案;文中选用了具有较高性能的MCS-06C41型送丝机，同时搭配交流伺服驱动器，可以实现预定的送丝频率;而数字化逆变技术出现，特别是DSP在焊接电源控制系统中的应用，使得焊接电源的响应速度得到了大大的提升，从而使基于推拉丝的焊接成为可能。
　　文中对焊接电源的硬件系统、软件编程及送丝机构均进行了介绍，硬件系统主要包括主电路、驱动电路及控制电路，而控制电路由DSP(TMS320F2812)最小系统、采样电路、参数显示与预置电路及保护电路等组成;软件编程利用DSP专门的开发软件CODE COMPOSER STUDIO V4，用软件的方式对短路过渡及燃弧各阶段电流、电压波形进行控制，使得电路简单、调试方便，具有较强的适应性和可调节性;送丝机构在焊接前设置焊丝运动轨迹，通过推拉丝送丝机和等速送丝机共同完成送丝。
　　最后，进行了一些初步的焊接实验，通过对焊接过程的检测，对焊接过程做了一定的优化及分析;本课题将波形控制法应用于推拉丝的GMAW焊，对于降低热输入、减少焊接飞溅、改善焊缝成形等方面的研究具有重要的价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 数字化焊机的研究现状

1．1．1 国外研究概况

1．1．2 国内研究概况

1．2 波形控制的研究现状

1．3 低能量输入焊接研究概况

1．4 课题研究内容及目标

第2章 焊接电源系统硬件设计

2．1 主电路

2．2 驱动电路

2．2．1 PWM调制芯片

2．2．2 PWM驱动电路

2．3 控制系统

2．3．1 控制芯片的选择

2．3．2 控制系统的主要外围电路

2．3．3 抗干扰性

2．4 本章小结

第3章 送丝系统

3．1 送丝电机的选择

3．2 交流伺服控制器

3．3 推拉丝系统的硬件构成及软件编程

3．3．1 硬件构成

3．3．2 软件编程

3．4 送丝机构的构成

3．5 送丝机构的调试

3．6 本章小结

第4章 焊接波形控制方案及软件设计与编程

4．1 焊接波形控制方案

4．1．1 短路期间波形控制

4．1．2 燃弧期间波形控制

4．2 焊接过程的时序控制

4．3 电源外特性控制算法

4．4 软件设计与编程

4．4．1 软件开发流程

4．4．2 CCS软件介绍

4．4．3 参数预置与显示程序

4．4．4 焊接主程序

4．5 程序的FLASH下载

4．6 软件抗干扰措施

4．6．1 加入看门狗

4．6．2 软件陷阱

4．6．3 多次采样判断

4．7 本章小结

第5章 硬件系统的调试

5．1 控制电路板的调试

5．1．1 5V电源

5．1．2 采样电路的调试

5．1．3 保护电路的调试

5．1．4 焊机外特性

5．1．5 假负载波形的测定

5．2 PI参数的确定

5．3 送丝系统与电源系统的联合调试

5．4 焊机控制面板的设计

5．5 本章小结

第6章 焊接工艺实验及结果分析

6．1 熔滴过渡过程研究及焊接过程的优化

6．1．1 短路过渡电弧能量特点

6．1．2 初期焊接实验

6．1．3 焊接过程的优化

6．1．4 不同焊丝直径的焊接实验

6．1．5 不同气体的焊接实验

6．1．6 弧长调节的研究

6．2 参数对焊接过程的影响

6．3 系统完善意见

6．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文