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在焊接过程中引入磁场控制是一种正在发展的先进焊接技术,这种技术被称作磁控电弧焊接技术。由于电场与磁场的可相互作用性,用外部磁场可以改变电弧的形态和运动特性,影响焊缝熔池和熔滴过渡形式,改善焊接工艺,提高焊接生产效率。焊接电磁搅拌装置作为电磁作用焊接技术研究中的关键设备,对于材料加工机理研究和质量控制有着直接的关系。在国家自然科学基金项目(50805051)和广东省科技计划(2008801040041)的资助下,本课题采用双逆变技术研制一种新型的焊接磁搅拌装置。该装置输出交变间歇方波脉冲,频率,占空比和电流幅值均连续可调,且具有体积小,重量轻,电路简单,调节方便等特点。
文中对所研制的焊接磁搅拌装置的主电路,控制电路,驱动电路进行了研究和设计。对主电路的主要元器件进行了详尽的参数设计和计算。采用ARM微控制器LM3S818作为焊接电磁搅拌发生装置的控制核心,产生四路数字移相PWM信号驱动一次逆变全桥,实现软开关控制,通过软件编程实现数字PI控制,利用电流闭环反馈控制变换器的输出,获得后级所需的恒定输出电流。后级采用全桥逆变电路,由ARM微控制器产生两路推挽的数字PWM信号对后级逆变桥进行低频交流调制,输出频率、占空比和电流幅值均连续可调的交变间歇方波脉冲。
通过仿真分析以及研制样机的试验,给出了焊接搅拌装置调试过程中的仿真试验波形,并对各波形进行了分析。试验结果表明,焊接磁搅拌装置能输出稳定的交变间歇方波脉冲。各项性能指标均达到设计要求。
最后对电磁搅拌机理做详细说明,分析了外加磁场作用下焊接电弧运动机理以及磁控电弧运动动态过程。采用ANSYS有限元分析的方法,对各种情况下磁场的分布情况进行了仿真和计算。分析了励磁线圈的励磁电流的大小、铁芯长度等诸多因素对磁场分布的影响。为选择合理的外加纵向磁场发生装置提供了理论上的验证和支持。