一种新型超高频脉冲tig焊的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型超高频脉冲TIG焊机，包括焊机和焊机控制系统，其特征在于：焊机控制系统包括两两相互连接的第一电路板、第二电路板、第三电路板,第一电路板、第二电路板均与液晶触摸屏连接，第三电路板通过第一驱动板与第一逆变主电路连接，第二电路板还与第四电路板、第三驱动板、IGBT模块依次相连，第一电路板、第二电路板还均与第五电路板连接,第五电路板通过第二驱动板与第二逆变主电路连接，第五电路板还与第六电路板连接。本实用新型结构简单，设计合理，使用操作便捷，灵活性好，功能完备，性能优异，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
【专利说明】一种新型超高频脉冲TIG焊机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及焊机【技术领域】，尤其是涉及一种新型超高频脉冲TIG焊机。
【背景技术】
[0002]国内外对高频直流脉冲钨极惰性气体保护(TIG)焊的研究表明，超音频直流脉冲电弧焊接具有电弧挺度强、可使焊缝晶粒细化等优点，在某些极端工况下超音频直流脉冲焊接也有优异的表现。在发达国家已有一些将20kHz左右的大功率高频直流脉冲TIG焊机应用于工程实际的报道。
[0003]焊接冶金过程中，容易出现焊缝区和热影响区组织晶粒粗大、焊缝残余应力较大且应力集中、焊缝的冲击韧度下降等普遍现象。如何改善焊接接头的质量一直是学术界研究的热点之一。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种新型超高频脉冲TIG焊机，其结构简单，设计合理，使用操作便捷，灵活性好，功能完备，性能优异，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种新型超高频脉冲TIG焊机，包括焊机和焊机控制系统，其特征在于:所述焊机控制系统包括两两相互连接的第一电路板、第二电路板、第三电路板，所述第一电路板、第二电路板均与液晶触摸屏连接，所述第三电路板通过第一驱动板与第一逆变主电路连接，所述第二电路板还与第四电路板、第三驱动板、IGBT模块依次相连，所述第一电路板、第二电路板还均与第五电路板连接，所述第五电路板通过第二驱动板与第二逆变主电路连接，所述第五电路板还与第六电路板连接。
[0006]上述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第三电路板、第四电路板和第五电路板为同一结构功能的电路板；所述第一电路板、第二电路板为同一结构功能的电路板。
[0007]上述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第一电路板、第二电路板均包括DSP核心系统区、电源PWM控制A区、电源PWM控制B区、电源PWM控制C区4个部分。
[0008]上述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第一电路板、第二电路板的DSP核心系统区提供双口 RAM接口、JTAG接口、串行通信接口、触摸屏接口和TFT液晶接□。
[0009]上述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第一逆变主电路和第二逆变主电路为由IGBT构成的半桥式或全桥式逆变电路。
[0010]上述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第一逆变主电路与依次连接在其后端的主变压器B1、整流二极管Dl和D2、感性负载组成脉冲峰值电流产生主电路。
[0011]上述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第二逆变主电路与依次连接在其后端的主变压器B2、整流二极管D3和D4、感性负载组成脉冲基值电流产生主电路。
[0012]上述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述脉冲峰值电流产生主电路后端还连接超音频脉冲峰值电流切换电路，超音频脉冲峰值电流切换电路由IGBT模块T、电感L2、大功率二极管D5组成。
[0013]上述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:超音频脉冲峰值电流切换电路后端连接焊接电弧。
[0014]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0015]1、本实用新型的直流脉冲TIG焊机基于双DSP并行控制技术全数字化控制，由IGBT构成新型主电路，其基值电流、峰值电流、脉冲电流频率和占空比均独立可调，电流最高脉冲频率可达30kHz以上且脉冲电流的上升沿和下降沿变化速率不小于50A/US。
[0016]2、本实用新型的新型超音频直流脉冲TIG焊机所产生的电弧不仅保持了小电流直流高频脉冲TIG焊接所具有的电弧高频效应，而且超音频直流脉冲TIG焊接电弧所具有的电弧超声作用能细化焊缝晶粒，提高接头性能。
[0017]综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，使用操作便捷，灵活性好，功能完备，性能优异，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0018]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的焊机控制系统总体结构框图；
[0020]图2为本实用新型的超音频直流脉冲TIG焊机电源拓扑结构图；
[0021]图3为本实用新型的脉冲峰值电流产生主电路输出波形图；
[0022]图4为本实用新型的脉冲基值电流产生主电路输出波形图；
[0023]图5为本实用新型的峰值电流切换电路输出波形图；
[0024]图6为本实用新型的基值和峰值电流同时输出时焊接电弧上电流输出波形图；
[0025]图7为本实用新型的第一电路板或第二电路板结构示意图；
[0026]图8为本实用新型的电流频率20KHz时电源输出脉冲电流波形图；
[0027]图9为本实用新型的电流频率30KHz时电源输出脉冲电流波形图。
[0028]附图标记说明:
[0029]1、第一电路板；2、液晶触摸屏；3、第二电路板；4、第一逆变主电路；
[0030]5、第三电路板；6、第一驱动板；7、第四电路板；8、第二逆变主电路；
[0031]9、第二驱动板；10、第五电路板；11、第六电路板；12、IGBT模块；
[0032]13、第三驱动板。
【具体实施方式】
[0033]如图1、图2所示，一种新型超高频脉冲TIG焊机，包括焊机和焊机控制系统，其特征在于:所述焊机控制系统包括两两相互连接的第一电路板1、第二电路板3、第三电路板5，所述第一电路板1、第二电路板3均与液晶触摸屏2连接，所述第三电路板5通过第一驱动板6与第一逆变主电路4连接，所述第二电路板3还与第四电路板7、第三驱动板13、IGBT模块12依次相连，所述第一电路板1、第二电路板3还均与第五电路板10连接，所述第五电路板10通过第二驱动板9与第二逆变主电路8连接，所述第五电路板10还与第六电路板11连接。
[0034]本实施例中，所述第三电路板5、第四电路板7和第五电路板10为同一结构功能的电路板；所述第一电路板1、第二电路板3为同一结构功能的电路板。
[0035]如图4所示，本实施例中，所述第一电路板1、第二电路板3均包括DSP核心系统区、电源PWM控制A区、电源PWM控制B区、电源PWM控制C区4个部分。
[0036]如图4所示，本实施例中，所述第一电路板1、第二电路板3的DSP核心系统区提供双口 RAM接口、JTAG接口、串行通信接口、触摸屏接口和TFT液晶接口。
[0037]本实施例中，所述第一逆变主电路4和第二逆变主电路8为由IGBT构成的半桥式或全桥式逆变电路。
[0038]本实施例中，所述第一逆变主电路4与依次连接在其后端的主变压器B1、整流二极管Dl和D2、感性负载组成脉冲峰值电流产生主电路。
[0039]本实施例中，所述第二逆变主电路8与依次连接在其后端的主变压器B2、整流二极管D3和D4、感性负载组成脉冲基值电流产生主电路。
[0040]本实施例中，所述脉冲峰值电流产生主电路后端还连接超音频脉冲峰值电流切换电路，超音频脉冲峰值电流切换电路由IGBT模块T、电感L2、大功率二极管D5组成。
[0041 ] 本实施例中，超音频脉冲峰值电流切换电路后端连接焊接电弧。
[0042]本实用新型的工作原理及工作过程是:如图1所示，第一电路板I和第二电路板3共享外部数据存储器以构成并行控制系统来控制超音频直流脉冲TIG焊机时，第一电路板I的PWM控制C区和第二电路板3的PWM控制A区同时连接到第五电路板5，第五电路板5通过第一驱动板6来完成第一逆变主电路4的驱动。第一电路板I和第二电路板3的双DSP并行完成第一逆变主电路4的并行采样、闭环控制算法的并行运算和双端PWM的冗余备份输出。
[0043]同理，第一电路板I的PWM控制A区和第二电路板3的PWM控制C区同时接第五电路板10，第五电路板10通过第二驱动板9来完成第二逆变主电路8的驱动。由此，第一电路板I和第二电路板3的双DSP并行完成第二逆变主电路8的并行采样、闭环控制算法的并行运算和双端PWM的冗余备份输出。
[0044]第二电路板3的PWM控制C区连接第四电路板7，第四电路板7通过第三驱动板13完成IGBT模块T的驱动。并行控制系统中的第三电路板5、第四电路板7和第五电路板10均可实现对主电路的采样、监测和保护等功能，并将这些信号通过第一电路板I或第二电路板3的PWM控制区传送到DSP。并行控制系统中的第六电路板11主要完成继电器控制，用来控制电源风扇、交流接触器和引弧模块等。
[0045]超音频直流脉冲主电路拓扑结构由于焊接电流高达几百安，故要实现大电流超音频方波输出的关键是解决其电流脉冲的上升和下降的变化速率问题。为此，我们研制出图2所示结构的超音频直流脉冲TIG焊电源。焊机电源由三相整流滤波电路、脉冲峰值电流产生主电路、超音频脉冲峰值电流切换电路、脉冲基值电流产生主电路等几部分组成。脉冲峰值电流产生主电路部分由IGBT构成的半桥式或全桥式逆变电路、主变压器B1、整流二极管Dl和D2等构成，其功能是向后级感性负载提供峰值电流Ip，电流波形如图3所示，控制方式为恒流控制。脉冲基值电流产生主电路部分由IGBT构成的半桥式或全桥式逆变电路、主变压器B2、整流二极管D3和D4、滤波电感LI等构成，其功能是产生基值电流Ib，波形如图4所示，控制方式也为恒流控制。超音频脉冲峰值电流切换电路由IGBT模块T、电感L2、大功率二极管D5等组成，模块T、电感L2和大功率二极管D5构成Boost变换器拓扑结构。当模块T开通时，峰值电流由电感L2、模块T构成回路，维持稳定的Ip ;当模块T关闭时，峰值电流产生主电路串联电感L2共同给焊接电弧提供脉冲峰值电流Ipp,该电流波形如图5所示。在基值和峰值电流同时输出的情况下，焊接电弧上电流Ipo的波形如图6所示。电极与工件之间并有吸收保护电路，吸收电路由功率阻容网络组成，用于吸收电压尖峰，当电压尖峰超限时保护电路关断上述各电流回路。为保证焊机可靠性，同时对上述主回路和吸收保护电路采用风冷方式进行冷却。采用图2所示的拓扑结构，快速切换模块T可在电源输出端得到频率不小于20kHz，峰值高达上百安且具有快速的上升沿和下降沿变化速率的方波电流输出，变化速率不小于50A/US。
[0046]图8和图9分别为电流频率20KHz和电流频率30KHz时的超音频直流脉冲波形图，电源在钨极直径为2.6mm,基值电流Ib = 50A,峰值电流Ip = 120A,占空比为50%的情况下，采用直流正接方式焊接5mm厚的lCrl8Ni9Ti不锈钢板时的实测电流波形。示波器采用的是Tektronix公司生产的TPS3012示波器。
[0047]从测试结果可以看出，所研制的原理样机可输出超音频脉冲大电流，脉冲电流上升沿、下降沿的电流变化速率di/dt嗷50A/US，能够满足超音频脉冲TIG焊大电流焊接的要求。
[0048]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种新型超高频脉冲TIG焊机，包括焊机和焊机控制系统，其特征在于:所述焊机控制系统包括两两相互连接的第一电路板(1)、第二电路板(3)、第三电路板(5)，所述第一电路板(1)、第二电路板(3)均与液晶触摸屏(2)连接，所述第三电路板(5)通过第一驱动板(6)与第一逆变主电路(4)连接，所述第二电路板(3)还与第四电路板(7)、第三驱动板(13)、IGBT模块(12)依次相连，所述第一电路板(1)、第二电路板(3)还均与第五电路板(10)连接，所述第五电路板(10)通过第二驱动板(9)与第二逆变主电路⑶连接，所述第五电路板(10)还与第六电路板(11)连接。
2.按照权利要求1所述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第三电路板(5)、第四电路板(7)和第五电路板(10)为同一结构功能的电路板；所述第一电路板(1)、第二电路板⑶为同一结构功能的电路板。
3.按照权利要求2所述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第一电路板⑴、第二电路板(3)均包括DSP核心系统区、电源PWM控制A区、电源PWM控制B区、电源PWM控制C区4个部分。
4.按照权利要求3所述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第一电路板(1)、第二电路板(3)的DSP核心系统区提供双口 RAM接口、JTAG接口、串行通信接口、触摸屏接口和TFT液晶接口。
5.按照权利要求1所述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第一逆变主电路(4)和第二逆变主电路(8)为由IGBT构成的半桥式或全桥式逆变电路。
6.按照权利要求1所述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第一逆变主电路(4)与依次连接在其后端的主变压器B1、整流二极管D1和D2、感性负载组成脉冲峰值电流产生主电路。
7.按照权利要求1所述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述第二逆变主电路(8)与依次连接在其后端的主变压器B2、整流二极管D3和D4、感性负载组成脉冲基值电流产生主电路。
8.按照权利要求6所述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:所述脉冲峰值电流产生主电路后端还连接超音频脉冲峰值电流切换电路，超音频脉冲峰值电流切换电路由IGBT模块T(12)、电感L2、大功率二极管D5组成。
9.按照权利要求8所述的一种新型超高频脉冲TIG焊机，其特征在于:超音频脉冲峰值电流切换电路后端连接焊接电弧。
【文档编号】B23K9/09GK204094290SQ201420498128
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】吴友能, 阳宜均, 李霄 申请人:成都三方电气有限公司