VPTIG焊接電源與電弧穩(wěn)定性研究.pdf

1、VPTIG焊是一種先進(jìn)的非熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊工藝，其電弧電流頻率、DCEN及DCEP時(shí)間、幅值五個(gè)參數(shù)均可分別獨(dú)立調(diào)節(jié)。因此，鋁合金VPTIG焊時(shí)，可以根據(jù)需要控制焊縫兩側(cè)氧化膜清理區(qū)寬度，以最大限度減少DCEP時(shí)間，使焊接電弧特性向DCENTIG電弧行為靠近，從而提高電弧穩(wěn)定性，延長(zhǎng)鎢極使用壽命；可以通過(guò)調(diào)節(jié)電弧電流參數(shù)控制電弧形態(tài)、電弧力及母材熱輸入量來(lái)控制熔深及焊縫成形。 本文采用高速錄像系統(tǒng)、光譜分析儀、焊接電弧分

2、析儀以及記憶示波器建立了TIG電弧多信息測(cè)試分析系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集電弧電流、電弧電壓、電弧形態(tài)和電弧光譜信息，首先分析了工頻SACTIG電弧在極性轉(zhuǎn)變期間有關(guān)參數(shù)對(duì)電弧穩(wěn)定性的影響機(jī)理。研究表明：由于工頻SACTIG電弧電流每秒有100次為零值，因此電弧極性在DCEN向DCEP轉(zhuǎn)變時(shí)，只要出現(xiàn)再引弧電壓，就會(huì)發(fā)生熄弧和再引弧現(xiàn)象。再引弧電壓越高，熄弧時(shí)間就越長(zhǎng)、電弧穩(wěn)定性就越差；再引弧電壓等于電弧電壓，就不會(huì)發(fā)生熄弧和再引弧現(xiàn)象。在大量實(shí)驗(yàn)

3、的基礎(chǔ)上，根據(jù)電工學(xué)原理建立了以電弧熄滅時(shí)刻至電弧再引弧成功時(shí)刻，兩電極之間的平均電導(dǎo)變化率作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的SACTIG電弧穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型。 本文研制成功了由兩級(jí)變換器組成的一體式逆變VPTIG焊接電源，前級(jí)主電路采用原邊輔助變壓器式FB-ZVZCS-PWM結(jié)構(gòu)?？刂齐娐凡捎秒p閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)控制每個(gè)開(kāi)關(guān)周期流過(guò)功率器件的峰值電流，以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，消除中頻變壓器偏磁現(xiàn)象；外環(huán)控制平均電弧電流，以提高電弧電流的精度和焊接電

4、源系統(tǒng)可靠性。建立了電壓模式和峰值電流模式控制的逆變式弧焊電源的數(shù)學(xué)模型，研究分析了在峰值電流模式控制下，輸出電感被內(nèi)環(huán)“吸收”，電源系統(tǒng)動(dòng)特性提高，以及在全負(fù)載范圍內(nèi)超前臂實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，滯后臂實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)關(guān)的工作原理。后級(jí)主電路采用全波整流雙管變極性式電路結(jié)構(gòu)。 本文分析了VPTIG電弧在極性轉(zhuǎn)變期間有關(guān)參數(shù)對(duì)電弧穩(wěn)定性的影響機(jī)理。研究表明：VPTIG電弧也可能發(fā)生熄弧和再引弧現(xiàn)象。但是，由于熄弧后VPTIG焊接電源施加在兩

5、電極之間的空載電壓上升很快，因此，VPTIG電弧穩(wěn)定性有其特殊性。按照SACTIG電弧穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型的定義、分析方法，建立了VPTIG電弧穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型。VPTIG電弧穩(wěn)定性隨熄弧前半周期電弧電流有效值增加而提高；隨再引弧電壓的降低而提高；隨兩電極之間的空載電壓上升斜率增大而提高。 本文建立了SACTIG電弧和VPTIG電弧穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型通式，對(duì)比分析表明：由于VPTIG與SACTIG電弧本質(zhì)上都是ACTIG電弧，因此它們?cè)谘趸?/p>

6、膜清理、鎢極燒損、電弧穩(wěn)定性等方面具有相似性質(zhì)；由于VPTIG與SACTIG電弧在產(chǎn)熱、散熱、極性轉(zhuǎn)變特性、電弧電流波形、電弧電流參數(shù)可調(diào)性等方面存在差別，因此兩者電弧行為表現(xiàn)出許多不同特點(diǎn)；SACTIG電弧和VPTIG電弧穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型通式表明：ACTIG電弧穩(wěn)定性與電弧電流、焊接電源空載電壓(熄弧后兩電極之間的空間電場(chǎng))變化規(guī)律有關(guān)。 本文進(jìn)行了VPTIG焊接工藝實(shí)驗(yàn)，研究了VPTIG電弧電流參數(shù)對(duì)工藝性能的影響規(guī)律。研究表