交变间歇励磁电源的研制及在TIG焊接中的应用

摘要

磁控焊接技术是近年来逐渐完善起来的一种新型焊接技术，通过励磁电源产生的外加磁场可以改变焊接电弧、熔池的形态以及熔滴过渡等，能有效地细化焊缝晶粒，减少化学成分不均匀性，降低结晶裂纹和气孔的敏感性，从而提高焊接接头的力学性能，改善焊缝质量。施加不同的外加磁场，是磁控焊接技术的关键，因此，研制一种新型的外加交变间歇磁场发生电源，并将其应用于TIG焊接，为磁控焊接技术的研究提供一些理论依据，对磁控焊接技术的发展具有一定的理论意义与实际价值。
　　本文研制了一种新型的能产生交变间歇方波的励磁电源，该电源采用键盘输入参数的方式调节交变频率及占空比，参数调节直观方便。电源由主电路、控制电路、放大驱动电路以及逆变电路组成，对电路的组成结构进行了设计，并对各电路的工作原理进行了详细的分析。主电路由变压器、整流器、稳压器等组成，将交流电降压整流为稳定的直流电。控制电路中，由单片机作为主控芯片产生数字交变间歇脉冲方波信号，并采用键盘输入参数的方式，调节电源的交变频率及占空比。控制电路的程序通过软件编程来实现，对软件编程的四个方面（主程序、键盘输入程序、交变间歇方波产生程序以及液晶显示输出程序）进行了设计。放大驱动电路以L298N驱动芯片为核心，将单片机产生的交变间歇方波信号进行功率放大。通过对比分析几种逆变电路的结构，选择了全桥式的逆变形式作为该电源的逆变电路。对电源研制过程中遇到的问题提出了解决的方法。结果表明：研制的电源能稳定地输出交变间歇方波，电源的频率、占空比、电压及电流幅值均可调节，电源的设计结构合理，性能基本满足磁控焊接的要求。
　　利用该电源产生的交变间歇磁场作用于低碳钢TIG焊接过程，探索有外加交变间歇磁场及交变间歇磁场的交变频率对焊接电弧的形态以及焊缝熔宽、熔深的影响，并对磁场作用于焊接的机理进行了探讨。试验结果表明有外加交变间歇磁场作用TIG焊接过程时，焊缝熔宽明显增加，熔深明显减小，电弧上部收缩，下部扩张，形态变为钟罩形，且随着交变频率的增大，焊缝熔宽逐渐减小，熔深逐渐增大，电弧发生收缩的现象。

目录

第一章 绪论

1.1 选题的依据

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的研究意义

1.4 课题的研究内容

第二章 交变间歇励磁电源电路的设计

2.1 交变间歇励磁电源电路的整体结构

2.2 交变间歇励磁电源主电路的选择

2.3 交变间歇励磁电源控制电路的设计

2.4 放大驱动电路的结构设计

2.5 逆变电路的结构设计

2.6 励磁电源电路设计遇到的问题及解决方法

2.7 本章小结

第三章 交变间歇励磁电源控制程序的设计

3.1 控制程序的实现

3.2 控制程序的整体结构

3.2本章小结

第四章 交变间歇励磁电源的安装调试及结果分析

4.1 交变间歇励磁电源的安装与调试

4.2 励磁电源主要技术参数

4.3 励磁线圈的设计

4.4 本章小结

第五章 磁控TIG焊接试验及结果分析

5.1 磁控TIG焊接试验

5.2 试验结果及其分析

5.3 磁场作用TIG焊接机理分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

发表论文情况说明

致谢

附录

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