本发明涉及高效化焊接技术领域，特别涉及大功率双丝脉冲mig焊技术领域，具体涉及一种高低频脉冲相位可调的大功率双丝双脉冲mig焊电源系统及其控制方法。
背景技术
作为焊接技术创新的重要支撑点，高效化焊接主要体现在焊接厚板时提高熔敷效率，改善焊接接头质量。实现高效化焊接，关键在于焊接电流的进一步提高。大功率双丝脉冲mig焊是高效化焊接的主要方式之一，比传统的双丝脉冲mig焊有着明显的优点，焊接电源输出的大电流(脉冲峰值电流大于630a)作用在焊丝上，主从电弧在同一个熔池中燃烧，两个电弧产生射滴过渡的熔滴使熔池宽且深，可明显提高焊接效率。但大功率双丝脉冲mig焊采用大电流输出，电流所产生的磁场强度增大，使得双电弧相互作用力增大，导致严重的双电弧干扰；大功率双丝脉冲mig焊对材料的热输入大，因此引起焊缝区及热影响区晶粒粗大，严重降低了材料的韧性，一些结构焊接后需要进行热处理，使其应用受到限制。
大功率双丝脉冲mig焊在大厚板焊接方面具有广阔的应用前景，特别是一次成型的高效高速焊接，为提高双丝脉冲mig焊的焊接生产效率开辟了新的途径。但大功率双丝脉冲mig焊由于双丝之间距离较近，如果将常规双丝焊中的电流规律应用到大电流双丝焊接，即只是增大双丝焊的两路脉冲电流，将使得双电弧相互作用力增大，从而导致双电弧干扰严重，而且功率愈大干扰愈严重，其电弧的稳定性比常规630a以下双丝脉冲mig焊差，甚至比单丝脉冲mig焊还差，双电弧间歇性断弧时常发生，导致焊接过程不稳定，无法实现理想的高效高速焊接过程。近距离的脉冲大电流双电弧之间的相互干扰、相互作用的电弧行为和熔滴过渡直接影响到电弧、熔滴过渡和焊接过程的稳定性以及焊接质量。双电弧干扰影响焊接质量成为制约其推广应用的主要瓶颈。
由此可见，现有的大功率双丝脉冲mig焊技术，主要有以下几个方面的缺点：
(1)大功率双丝脉冲mig焊对材料的热输入大，引起焊缝区及热影响区晶粒粗大，严重降低了材料的韧性，一些结构焊接后需要进行热处理，使其应用受到限制。
(2)大功率双丝脉冲mig焊由于双丝之间距离较近，如果将常规双丝焊中的电流规律应用到大电流双丝焊接，即只是单纯增大双丝焊的两路脉冲电流，那么电流所产生的磁场将相应增大，使得双电弧相互作用力增大，导致严重的双电弧干扰，干扰情况随功率增大而进一步增大，双电弧间歇性断弧时常发生，导致焊接过程不稳定，无法实现理想的高效化焊接过程，焊接效果比常规的630a以下双丝脉冲mig焊差，甚至比单丝脉冲mig焊还差，无法体现大功率双丝焊接的优点。
目前市面上成熟使用的双丝脉冲mig焊电源功率还比较小，基本上都在630a以下，尤其是国内，1000a级别的大功率双丝脉冲mig焊发展还不是特别成熟；另外，当焊接电源功率越做越大，双丝焊过程中双电弧之间的干扰问题也愈来愈严重，而这限制了双丝脉冲mig焊焊接电流的进一步增大。
电弧的稳定性是实现焊接过程稳定性的前提，电弧的稳定性取决于双电弧中每个电弧所受扰动的大小和每个电弧自身能够承受扰动的能力。大功率双丝脉冲mig焊，由于双电弧电流均较大，则双电弧之间的相互吸引力会较大，双电弧之间的干扰会变得较为严重。双电弧干扰优化控制较理想的思想是提高电弧自身承受扰动的能力和改善双电弧相互作用力的分布，使双电弧的相互吸引力达到最小；电弧的稳定性是焊接工艺参数优化控制的前提。
波形控制技术在优化电弧和熔滴过渡方面起着重要的作用。如果针对双电弧相互干扰形成机理，采取相应的波形控制技术，则有可能达到减少大功率双电弧干扰，达到提高焊接过程稳定性的目的。双脉冲低频调制是波形控制的方式之一，是在高频单脉冲波形的基础上再进行调制，两种单脉冲波形按一定的规则生成周期性的强弱脉冲电流波形的一种新工艺方法。双脉冲主从机输出电流分别有10个可调参数：强脉冲基值电流ib1、强脉冲峰值电流ip1、强脉冲基值时间tb1和强脉冲峰值时间tp1；弱脉冲基值电流ib2、弱脉冲峰值电流ip2、弱脉冲基值时间tb2和弱脉冲峰值时间tp2；强脉冲群电流时间ts和弱脉冲群电流时间tw，从工艺上来说双脉冲具有更好的可调性。
小电流值或占空比小的高频脉冲群被调制成低频脉冲的弱脉冲，大电流值或占空比大的高频脉冲群被调制成低频脉冲的强脉冲，若干个高频强脉冲群的周期数构成低频脉冲的强脉冲群电流时间ts，若干个高频弱脉冲群的周期数构成低频脉冲的弱脉冲群电流时间tw；高频强弱脉冲群的周期数决定低频脉冲的占空比。低频调制方法可以将高频脉冲的频率降低n倍(n等于高频强弱脉冲群的周期数之和)，控制高频强脉冲群周期数与高频弱脉冲群周期数的比值就可以输出低频脉冲占空比的任意值。通过调制两组高频脉冲的脉冲参数，使脉冲强度按预设的低频频率而周期性切换，从而得到周期性变化的强弱脉冲，同时也使脉冲mig焊的电弧和热输入随低频调制频率变化而变化。双脉冲对焊接熔池的搅拌作用明显，双脉冲可消除焊缝区柱状树枝晶，所得焊缝晶粒比单脉冲焊缝晶粒更细小；双脉冲对熔池的搅拌引起熔池共振打断晶粒的连续长大，从而使得一次结晶所形成的晶粒尺寸变小，具有细化晶粒的效果，从而提高焊缝成形质量。
目前关于单丝单脉冲焊接、单丝低频调制型双脉冲焊接以及双丝单脉冲焊接国内外已有较多研究，关于大功率双丝脉冲mig焊低频调制型双脉冲焊接的研究刚起步，大功率双丝脉冲mig焊低频调制型双脉冲焊接结合了大功率双丝脉冲mig焊高效率和低频调制型双脉冲高焊缝成形质量的优点。但目前大功率双丝脉冲mig焊低频调制型双脉冲焊接的研究主要是高频脉冲相位的调节，而对低频脉冲相位进行调节的研究尚属空白。例如现有技术文献资料中的“低频调制型脉冲mig焊接方法的工艺特点”(仝红军，上山智之.焊接，2001.11)，虽然该焊接方法能得到美观的鱼鳞状焊缝表面，扩大可焊接头间隙的范围，有效抑制焊接气孔缺陷的发生，细化晶粒，降低裂纹敏感性，但仅局限于峰值电流小于630a的单丝脉冲mig焊，不是双丝脉冲mig焊，其输出功率远小于本发明所应用的大功率双丝脉冲mig焊，不能实现高效化焊接。另经检索发现，中国专利申请号为：201510713907.7，名称为：大功率双丝脉冲mig焊低频调制型双脉冲电源系统，该申请案采用dsp数字化协同控制模块内置ecan模块实现主从机之间的数字化协同控制，从而实现同步、交替和随机三种低频调制型双脉冲相位输出。但该电源系统是针对高频脉冲的三种相位而设计的，系统工作时主从机是同时输出强脉冲和弱脉冲，低频相位和高频相位不能同时独立调节。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点与不足，提供一种高低频脉冲相位可调的大功率双丝双脉冲mig焊电源系统及其控制方法。
本发明通过不同高低频脉冲相位的高低频调制型双脉冲作用于大功率双丝脉冲mig焊过程，从而调节双电弧电流磁场的场强及分布情况，优化大功率双电弧之间的电磁力的相互作用情况，减小大功率双电弧相互干扰，增强熔滴过渡的可控性，通过改变双丝电流的输出相位关系，增强熔池搅拌，减少气孔缺陷的发生几率，同时优化热输入，细化焊缝区及热影响区晶粒，获得美观的鱼鳞纹焊缝，从而提高焊接效率和焊接过程稳定性、优化焊缝组织和提高焊缝成形质量。
本发明的第一个目的通过以下技术方案实现：
一种高低频脉冲相位可调的大功率双丝双脉冲mig焊电源系统，包括stm32人机界面模块，所述stm32人机界面模块通过can总线与主机电源中的dsp数字化协同控制模块连接，所述主机电源为主机电弧负载提供电流，所述stm32人机界面模块通过can总线与从机电源中的dsp数字化协同控制模块连接，所述从机电源为从机电弧负载提供电流；
所述主机电源及从机电源分别由两台主电路并联组成，所述主机电源及从机电源的主电路一端与三相交流连接，另一端并联后与电弧负载连接，所述主电路包括输入整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和输出整流滤波模块；
所述主电路的拓扑结构可根据实际生产情况，从而选择为硬开关、移相全桥软开关或llc谐振软件开关拓扑其中一种；
所述控制电路包括dsp数字化协同控制模块、高频驱动模块、电压电流检测模块和故障保护模块；
所述高频驱动模块的一端与高频逆变模块的一端连接，另一端与dsp数字化协同控制模块的pwm端连接；
所述电压电流检测模块的一端与电弧负载连接，另一端与dsp数字化协同控制模块的a/d输入端连接；
所述故障保护模块的一端与输入整流滤波模块的一端连接，另一端与dsp数字化协同控制模块的一端连接；
所述stm32人机界面模块与dsp数字化协同控制模块相互连接。
优选地，所述stm32人机界面模块和所述dsp数字化协同控制模块内置ecan模块实现上位机和下位机之间的数字化协同控制，从而实现7种模式的高低频双脉冲相位输出。
优选地，所述dsp数字化协同控制模块具体为tms320f28335。
优选地，所述dsp数字化协同控制模块内置产生pwm信号的epwm输出模块。
优选地，所述电源系统调节高低频脉冲相位可得到7种工作模式，分别是：低频同步高频同步相位模式，低频同步高频交替相位模式，低频同步高频随机相位模式，低频交替高频同步相位模式，低频交替高频交替相位模式，低频交替高频随机相位模式，低频随机高频随机相位模式。
所述电源系统工作在低频同步高频同步相位模式时，主从机输出电流高低频脉冲相位相同，即高低频脉冲相位差φh＝φl＝0°，且主从机高低频脉冲频率分别相等；在此相位模式下，主从机低频脉冲的强弱脉冲同步出现，即当主机低频脉冲处于强脉冲阶段时从机低频脉冲处于强脉冲阶段，反之当主机低频脉冲处于弱脉冲阶段时从机低频脉冲处于弱脉冲阶段；主从机高频脉冲的峰基值同步出现，即当主机高频脉冲处于峰值阶段时从机高频脉冲处于峰值阶段，反之当主机高频脉冲处于基值阶段时从机高频脉冲处于基值阶段；低频同步相位使熔池温度场的温差梯度较大，高频同步相位则使双电弧干扰程度比交替相位基值电弧干扰小，而峰值电弧干扰大。
所述电源系统工作在低频同步高频交替相位模式时，主从机输出电流低频脉冲相位相同，即低频脉冲相位差φl＝0°，主从机低频脉冲的强弱脉冲同步出现，且主从机低频脉冲频率相等；但是主从机高频脉冲相位交替，即高频脉冲相位差φh＝180°，主从机高频脉冲的峰基值交替出现，即在一个高频脉冲群中从机高频脉冲输出比主机高频脉冲输出延迟半个高频脉冲周期，且主从机高频脉冲频率相等；低频同步相位使熔池温度场的温差梯度较大，高频交替相位则使双电弧干扰程度比同步相位峰值电弧干扰少，而基值电弧干扰较大。
所述电源系统工作在低频同步高频随机相位模式时，主从机输出电流低频脉冲相位相同，即低频脉冲相位差φl＝0°，主从机低频脉冲的强弱脉冲同步出现，且主从机低频脉冲频率相等；但是主从机高频脉冲相位随机，主从机高频脉冲的的峰基值随机出现，即在一个高频脉冲群中从机高频脉冲输出与主机高频脉冲输出相位随机，主从机高频脉冲可能同时输出基值或峰值，也可能是基值和峰值交替状态，且主从机高频脉冲相位随机；低频同步相位使熔池温度场的温差梯度较大，高频随机相位则使峰值电弧和基值电弧干扰程度在高频同步和交替相位之间。
所述电源系统工作在低频交替高频同步相位模式时，从机低频脉冲电流输出比主机低频脉冲输出延迟半个低频脉冲周期，即低频脉冲相位差φl＝180°，高频脉冲相位同步，即高频脉冲相位差φh＝0°，在此相位模式下，主从机低频脉冲的强弱脉冲交替出现，即当主机低频脉冲处于强脉冲阶段时从机低频脉冲处于弱脉冲阶段，反之当主机低频脉冲处于弱脉冲阶段时从机低频脉冲处于强脉冲阶段，且主从机低频脉冲频率相等；但是主从机高频脉冲的峰基值同步出现，且主从机高频脉冲频率相等；低频交替相位使熔池温度场的温差梯度较小，高频同步相位则使双电弧干扰程度比交替相位基值电弧干扰小，而峰值电弧干扰较大。
所述电源系统工作在低频交替高频交替相位模式时，主从机高低频脉冲电流输出分别比主机高低频脉冲输出延迟半个高低频脉冲周期，即高低频脉冲相位差φh＝φl＝180°，在此相位模式下，主从机低频脉冲的强弱脉冲交替出现，主从机高频脉冲的峰基值脉冲也交替出现，且主从机高低频脉冲频率分别相等；低频交替相位使温度场的温差梯度较小，高频交替相位则使双电弧干扰程度比同步相位模式峰值电弧干扰少，而基值电弧干扰较大。
所述电源系统工作在低频交替高频随机相位模式时，从机低频脉冲电流输出比主机低频脉冲输出延迟半个低频脉冲周期，即低频脉冲相位差φl＝180°，在此相位模式下，主从机低频脉冲的强弱脉冲交替出现，且主从机低频脉冲频率相等；但是主从机高频脉冲可能同时输出基值或峰值，也可能是基值和峰值交替状态，且主从机高频脉冲相位随机；低频交替相位使熔池温度场的温差梯度较小，高频随机相位则使峰值电弧和基值电弧干扰程度在高频同步和交替相位之间。
所述电源系统工作在低频随机高频随机相位模式时，焊接过程中主从机的脉冲电流输出互不相关，相互独立，都是各自给定，两者之间没有严格的相位关系，主从机低频脉冲可能同时输出强脉冲或弱脉冲，也可能是强弱脉冲交替状态，且主从机低频脉冲相位随机；主从机高频脉冲可能同时输出基值或峰值，也可能是基值和峰值交替状态，且主从机高频脉冲相位随机；低频随机相位使熔池温度场的温度梯度介于低频同步相位与交替相位之间，高频随机相位则使双电弧干扰程度在高频同步和交替相位之间。
优选地，dsp数字化协同控制模块经过闭环控制算法产生控制信号作用于epwm输出模块，如果主电路采用硬开关则通过动态改变pwm占空比来控制主电路的igbt通断以保持输出脉冲电压或电流；如果主电路采用移相全桥则通过动态调节pwm移相角来控制主电路的igbt通断以保持输出脉冲电压或电流；如果主电路采用llc谐振则通过动态改变pfm频率来控制主电路的mosfet通断以保持输出脉冲电压或电流。
优选地，dsp数字化协同控制模块控制低频脉冲对高频脉冲的脉冲电流和脉冲时间进行周期性切换，获得周期性变化的两路强弱脉冲群，大功率双电弧在周期性变化的两路强弱脉冲群作用下以刚性电弧作用于熔池表面，对熔池产生搅拌作用。搅拌作用可消除焊缝区柱状树枝晶，所得焊缝晶粒比单脉冲焊缝晶粒更细小；双脉冲对熔池的搅拌引起熔池共振打断晶粒的连续长大，从而使一次结晶所形成的晶粒尺寸变小，具有细化晶粒的效果，从而提高焊缝成形质量。
优选地，双丝熔滴在低频调制型双脉冲作用下以射滴过渡的形式过渡到熔池，熔滴携带着大量的热能和动能冲击熔池，对熔池产生强烈冲击作用，从而对熔池产生搅拌作用，所述stm32人机界面模块调制低频调制型双脉冲的频率，使其频率范围与熔池自身固有的频率范围接近，使熔池产生共振。
本发明的另一个目的通过以下技术方案实现：
一种高低频脉冲相位可调的大功率双丝双脉冲mig焊电源系统的控制方法，包括如下步骤：
dsp数字化协同控制模块经过初始化并与stm32人机界面模块验证通信后进入待机状态；
在待机状态下dsp数字化协同控制模块判断焊枪开关断合，若焊枪开关闭合，主机向从机发送引弧信号，接着主从机进入引弧阶段，同时主从机不断循环判断各自电流大小，若电流达到一定阈值，则根据stm32人机界面模块设定的高低频脉冲相位模式分别实现主从机的低频强脉冲和弱脉冲切换以及高频脉冲峰值和基值切换的时序控制，同时根据stm32人机界面模块给定的双脉冲参数实现主从机输出电流的恒流控制。
与此同时，dsp数字化协同控制模块不断循环检测焊枪开关的状态，一旦焊枪开关断开，主机向从机发送收弧信号后主从机进入收弧阶段，主从机收弧完成后，电源系统完成一次焊接过程，主从机进入待机状态。在待机状态下，dsp数字化协同控制模块不断检测焊枪开关，一旦检测到焊枪开关闭合，则开始新一轮焊接过程。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)焊接效率高。传统双丝焊相比单丝焊效率已然有较大的提升，大功率双丝脉冲mig焊由于采用粗焊丝(直径1.6以上)在大电流(单丝峰值电流630a以上)热作用下产生的熔滴量大，熔池宽而深，能很快填满大厚板焊件的坡口，大功率双电弧共同在一个熔池上燃烧，总的热输入远大于传统的单丝电流在630a以下的双丝焊热输入，易于实现一次成型焊接，而传统双丝焊往往需要几至几十道、层焊缝才能填满大厚板焊接坡口，因此可以大大提高焊接速度和熔敷效率。
(2)优化熔池温度场的温度梯度，另外大大减少大功率双电弧相互干扰。可以通过选择不同高低频脉冲相位模式从而调节熔池温度场的温度梯度；大功率双丝脉冲mig焊由于双丝之间距离较近，如果将常规双丝焊中的电流规律应用到大电流双丝焊接，即只是单纯增大双丝焊的两路脉冲电流，那么电流所产生的磁场将相应增大，使得双电弧相互作用力增大，导致严重的双电弧干扰，干扰情况随功率增大而进一步增大，双电弧间歇性断弧时常发生，导致焊接过程不稳定，无法实现理想的高效化焊接过程，焊接效果比常规的630a以下双丝脉冲mig焊差，甚至比单电弧焊接更差，无法体现双丝大功率焊接的优点。本发明通过高低频脉冲相位的调节改变双电弧电流磁场的场强及分布情况，优化大功率双电弧之间的电磁力的相互作用情况，减小大功率双电弧相互干扰。
(3)焊接质量高。大功率双丝脉冲mig焊对材料的热输入大，因此引起焊缝区及热影响区晶粒粗大，严重降低了材料的韧性，一些结构焊接后需要进行热处理，使其应用受到限制。本发明通过低频调制型双脉冲作用于大功率双丝脉冲mig焊过程，通过改变双丝的输出相位关系，增强熔池搅拌，减少气孔缺陷的发生几率，同时降低热输出，细化焊缝区及热影响区晶粒，获得美观的鱼鳞纹焊缝，从而提高焊接过程稳定性、优化焊缝组织和提高焊缝成形质量。
附图说明
图1是本发明的整体结构框图；
图2(a)是本发明的低频调制型双脉冲的高频脉冲的波形参数示意图；
图2(b)是本发明的低频调制型双脉冲的低频脉冲的波形参数示意图；
图3(a)是本发明的低频同步高频同步相位模式双脉冲波形示意图；
图3(b)是本发明的低频同步高频交替相位模式双脉冲波形示意图；
图3(c)是本发明的低频同步高频随机相位模式双脉冲波形示意图；
图3(d)是本发明的低频交替高频同步相位模式双脉冲波形示意图；
图3(e)是本发明的低频交替高频交替相位模式双脉冲波形示意图；
图3(f)是本发明的低频交替高频随机相位模式双脉冲波形示意图；
图3(g)是本发明的低频随机高频随机相位模式双脉冲波形示意图；
图4(a)是本发明的低频调制型双脉冲波形的高频直流方波电流波形产生示意图；
图4(b)是本发明的低频调制型双脉冲波形的中低频矩形波脉冲电流波形产生示意图；
图5(a)是本发明的主机控制程序流程图；
图5(b)是本发明的从机控制程序流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示一种高低频脉冲相位可调的大功率双丝双脉冲mig焊电源系统及其控制方法，包括stm32人机界面模块，所述stm32人机界面模块通过can总线与主机电源中的dsp数字化协同控制模块连接，所述主机电源为主机电弧负载提供电流，所述stm32人机界面模块通过can总线与从机电源中的dsp数字化协同控制模块连接，所述从机电源为从机电弧负载提供电流；
所述主机电源及从机电源分别由两台主电路并联组成，所述主机电源和从机电源的主电路一端与三相交流连接，另一端并联后与电弧负载连接，所述主电路包括输入整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和输出整流滤波模块；
所述控制电路包括dsp数字化协同控制模块，高频驱动模块、电压电流检测模块和故障保护模块；
所述高频驱动模块的一端与高频逆变模块的一端连接，另一端与dsp数字化协同控制模块的pwm端连接；
所述电压电流检测模块一端与电弧负载连接，另一端与dsp数字化协同控制模块的a/d输入端连接；
所述故障保护模块的一端与输入整流滤波模块的一端连接，另一端与dsp数字化协同控制模块的一端连接；
所述stm32人机界面模块与dsp数字化协同控制模块相互连接。
其中，所述stm32人机界面模块和所述dsp数字化协同控制模块内置ecan模块实现上位机和下位机之间的数字化协同控制，从而实现7种模式的高低频双脉冲相位输出。
本发明的工作原理：通过stm32人机界面模块输入主从机电源的预定输出高低频调制型双脉冲参数，同时dsp数字化协同控制模块通过电压电流检测模块采集到电弧电压和焊接电流信号，dsp数字化协同控制模块将stm32人机界面模块给定的电弧电压和焊接电流信号与从电压电流检测模块采集到的两路电弧电压和焊接电流信号相比较，经过dsp数字化协同控制模块闭环控制算法产生控制信号作用于epwm输出模块，如果主电路采用硬开关则通过动态改变pwm占空比来控制主电路的igbt通断以保持输出脉冲电压或电流；如果主电路采用移相全桥则通过动态调节pwm移相角来控制主电路的igbt通断以保持输出脉冲电压或电流；如果主电路采用llc谐振则通过动态改变pfm频率来控制主电路的mosfet通断以保持输出脉冲电压或电流。
需要指出的是，本发明中所述的主从机指主机和从机，简称为主从机。
本发明通过dsp数字化协同控制模块根据相关脉冲参数通过闭环控制算法不断改变pwm信号的占空比、移相角或pfm频率，从而改变igbt开关信号的占空比、移相角或mosfet开关信号的频率，进而改变电源的输出电流，形成一高一低的脉冲电流。为减小双电弧间作用力对焊接质量的影响，主机电源和从机电源之间由stm32人机界面模块通过can总线通信调节主从机电源的相位工作模式。
电源系统的控制方法包括如下步骤：主从机分别通过stm32人机界面模块输入给定高低频脉冲相位工作模式和高低频脉冲参数(强脉冲基值电流ib1、强脉冲峰值电流ip1、强脉冲基值时间tb1和强脉冲峰值时间tp1；弱脉冲基值电流ib2、弱脉冲峰值电流ip2、弱脉冲基值时间tb2和弱脉冲峰值时间tp2；强脉冲群电流时间ts和弱脉冲群电流时间tw总共10个参数)，dsp数字化协同控制模块经过初始化并与stm32人机界面模块验证通信后进入待机状态。在待机状态下dsp数字化协同控制模块判断焊枪开关断合，若焊枪开关闭合，主机向从机发送引弧信号，接着主从机进入引弧阶段，同时主从机不断循环判断各自电流大小，若电流达到一定阈值，则根据stm32人机界面模块设定的高低频脉冲相位模式分别实现主从机低频强脉冲和弱脉冲切换以及高频脉冲峰值和基值切换的时序控制，同时根据stm32人机界面模块给定的双脉冲参数实现主从机输出电流的恒流控制。与此同时，dsp数字化协同控制模块不断循环检测焊枪开关的状态，一旦焊枪开关断开，主机向从机发送收弧信号后主从机进入收弧阶段，主从机收弧完成后，电源系统完成一次焊接过程，主从机进入待机状态。在待机状态下，dsp数字化协同控制模块不断检测焊枪开关，一旦检测到焊枪开关闭合，则开始新一轮焊接过程。
本发明通过高低频相位调制型双脉冲作用于大功率双丝脉冲mig焊过程，改善大功率双电弧之间的相互作用力，减小大功率双电弧相互干扰，增强熔池搅拌，减少气孔缺陷的发生几率，降低热输出，细化焊缝区及热影响区晶粒，获得美观的鱼鳞纹焊缝，从而提高焊接过程稳定性、优化焊缝组织和提高焊缝成形质量。
如图2(a)及图2(b)所示分别为本发明的低频调制型双脉冲的高频脉冲及低频脉冲的波形参数示意图。低频调制型双脉冲包括强脉冲群和弱脉冲群，强脉冲和弱脉冲波形和单脉冲焊波形类似，频率较高，称为高频脉冲；同时，强脉冲群和弱脉冲群分别作为大脉冲波形的峰值和基值，整体构成频率较低的宏观脉冲，称为低频脉冲。由图2(a)及图2(b)可知，低频调制型双脉冲有10个参数可供调节，它们是：强脉冲基值电流ib1、强脉冲峰值电流ip1、强脉冲基值电流时间tb1和强脉冲峰值电流时间tp1；弱脉冲基值电流ib2、弱脉冲峰值电流ip2、弱脉冲基值电流时间tb2和弱脉冲峰值电流时间tp2；强脉冲群电流时间ts和弱脉冲群电流时间tw总共10个参数。
如图3(a)–图3(g)中，电源系统调节高低频脉冲相位可得到7种工作模式，分别是：低频同步高频同步相位模式，低频同步高频交替相位模式，低频同步高频随机相位模式，低频交替高频同步相位模式，低频交替高频交替相位模式，低频交替高频随机相位模式，低频随机高频随机相位模式。
所述电源系统工作在低频同步高频同步相位模式时，主从机输出电流高低频脉冲相位相同，即高低频脉冲相位差φh＝φl＝0°，且主从机高低频脉冲频率分别相等；在此相位模式下，主从机低频脉冲的强弱脉冲同步出现，即当主机低频脉冲处于强脉冲阶段时从机低频脉冲处于强脉冲阶段，反之当主机低频脉冲处于弱脉冲阶段时从机低频脉冲处于弱脉冲阶段；主从机高频脉冲的峰基值同步出现，即当主机高频脉冲处于峰值阶段时从机高频脉冲处于峰值阶段，反之当主机高频脉冲处于基值阶段时从机高频脉冲处于基值阶段；低频同步相位使熔池温度场的温差梯度较大，高频同步相位则使双电弧干扰程度比交替相位基值电弧干扰小，而峰值电弧干扰大。
所述电源系统工作在低频同步高频交替相位模式时，主从机输出电流低频脉冲相位相同，即低频脉冲相位差φl＝0°，主从机低频脉冲的强弱脉冲同步出现，且主从机低频脉冲频率相等；但是主从机高频脉冲相位交替，即高频脉冲相位差φh＝180°，主从机高频脉冲的峰基值交替出现，即在一个高频脉冲群中从机高频脉冲输出比主机高频脉冲输出延迟半个高频脉冲周期，且主从机高频脉冲频率相等；低频同步相位使熔池温度场的温差梯度较大，高频交替相位则使双电弧干扰程度比同步相位峰值电弧干扰少，而基值电弧干扰较大。
所述电源系统工作在低频同步高频随机相位模式时，主从机输出电流低频脉冲相位相同，即低频脉冲相位差φl＝0°，主从机低频脉冲的强弱脉冲同步出现，且主从机低频脉冲频率相等；但是主从机高频脉冲相位随机，主从机高频脉冲的的峰基值随机出现，即在一个高频脉冲群中从机高频脉冲输出与主机高频脉冲输出相位随机，主从机高频脉冲可能同时输出基值或峰值，也可能是基值和峰值交替状态，且主从机高频脉冲相位随机；低频同步相位使熔池温度场的温差梯度较大，高频随机相位则使峰值电弧和基值电弧干扰程度在高频同步和交替相位之间。
所述电源系统工作在低频交替高频同步相位模式时，从机低频脉冲电流输出比主机低频脉冲输出延迟半个低频脉冲周期，即低频脉冲相位差φl＝180°，高频脉冲相位同步，即高频脉冲相位差φh＝0°，在此相位模式下，主从机低频脉冲的强弱脉冲交替出现，即当主机低频脉冲处于强脉冲阶段时从机低频脉冲处于弱脉冲阶段，反之当主机低频脉冲处于弱脉冲阶段时从机低频脉冲处于强脉冲阶段，且主从机低频脉冲频率相等；但是主从机高频脉冲的峰基值同步出现，且主从机高频脉冲频率相等；低频交替相位使熔池温度场的温差梯度较小，高频同步相位则使双电弧干扰程度比交替相位基值电弧干扰小，而峰值电弧干扰较大。
所述电源系统工作在低频交替高频交替相位模式时，主从机高低频脉冲电流输出分别比主机高低频脉冲输出延迟半个高低频脉冲周期，即高低频脉冲相位差φh＝φl＝180°，在此相位模式下，主从机低频脉冲的强弱脉冲交替出现，主从机高频脉冲的峰基值脉冲也交替出现，且主从机高低频脉冲频率分别相等；低频交替相位使温度场的温差梯度较小，高频交替相位则使双电弧干扰程度比同步相位模式峰值电弧干扰少，而基值电弧干扰较大。
所述电源系统工作在低频交替高频随机相位模式时，从机低频脉冲电流输出比主机低频脉冲输出延迟半个低频脉冲周期，即低频脉冲相位差φl＝180°，在此相位模式下，主从机低频脉冲的强弱脉冲交替出现，且主从机低频脉冲频率相等；但是主从机高频脉冲可能同时输出基值或峰值，也可能是基值和峰值交替状态，且主从机高频脉冲相位随机；低频交替相位使熔池温度场的温差梯度较小，高频随机相位则使峰值电弧和基值电弧干扰程度在高频同步和交替相位之间。
所述电源系统工作在低频随机高频随机相位模式时，焊接过程中主从机的脉冲电流输出互不相关，相互独立，都是各自给定，两者之间没有严格的相位关系，主从机低频脉冲可能同时输出强脉冲或弱脉冲，也可能是强弱脉冲交替状态，且主从机低频脉冲相位随机；主从机高频脉冲可能同时输出基值或峰值，也可能是基值和峰值交替状态，且主从机高频脉冲相位随机；低频随机相位使熔池温度场的温度梯度介于低频同步相位与交替相位之间，高频随机相位则使双电弧干扰程度在高频同步和交替相位之间。
如图4(a)及图4(b)所示分别为本发明的低频调制型双脉冲波形的高频直流方波电流波形及中低频矩形波脉冲电流波形产生示意图。以硬开关主电路为例，低频调制型双脉冲波形产生的基本工作原理为：三相交流电经整流变成直流电后进入逆变器逆变成20khz的高频交流方波电流，然后通过变压整流后变成高频直流方波电流，该高频直流方波电流经电感滤波后最终转变成中低频矩形波脉冲电流。必须加以强调的是，输出电流的大小与占空比有关，占空比越大，电流越大；占空比越小，电流越小。因此，改变占空比大小即可改变输出电流大小。基于这一原理可知，通过改变脉冲电流的占空比，即可让输出电流变大变小，形成1～200hz的中低频矩形波脉冲电流。事实上，正是dsp程序根据相关脉冲参数不断改变pwm信号的占空比，从而改变igbt开关信号占空比，进而改变电源的输出电流，形成一高一低的中低频矩形波脉冲电流。总的脉冲波形的实现原理为用dsp内部程序实现了对20khz高频载波波形的脉冲宽度调制，滤波电感则实现了对调制波形的解调，最终得到满足焊接工艺所需的低频调制型双脉冲波形。
如图5(a)及图5(b)所示分别为本发明的主机控制方法流程图和从机控制方法流程图。低频调制型双脉冲焊接波形参数包括强脉冲基值电流ib1、强脉冲峰值电流ip1、强脉冲基值电流时间tb1和强脉冲峰值电流时间tp1；弱脉冲基值电流ib2、弱脉冲峰值电流ip2、弱脉冲基值电流时间tb2和弱脉冲峰值电流时间tp2；强脉冲群电流时间ts和弱脉冲群电流时间tw总共10个参数。主机低频调制型双脉冲产生主要通过定时器t2实现低频调制型双脉冲的切换。从机的工作过程受主机控制，从机波形切换亦是根据主机发送过来的强弱脉冲相位模式信号实现高低频脉冲波形的切换。主机发送的强弱脉冲相位模式信号包含了高低频脉冲各个阶段的状态，从机则不断扫描主机发送的强弱脉冲相位模式信号，并根据接收到的强弱脉冲相位模式信号实现高低频脉冲的输出。低频调制型双脉冲焊接波形的10个参数，全部由stm32人机界面模块给定，为便于使用，这些参数在脉冲参数计算中要进行一定程度的转换。
该电源系统的控制方法包括如下步骤：dsp数字化协同控制模块经过初始化并与stm32人机界面模块验证通信后进入待机状态。在待机状态下dsp数字化协同控制模块判断焊枪开关断合，若焊枪开关闭合，主机向从机发送引弧信号，接着主从机进入引弧阶段，同时主从机不断循环判断各自电流大小，若电流达到一定阈值，则根据stm32人机界面模块设定的高低频脉冲相位模式分别实现主从机低频强脉冲和弱脉冲切换以及高频脉冲峰值和基值切换的时序控制，同时根据stm32人机界面模块给定的双脉冲参数实现主从机输出电流的恒流控制。与此同时，dsp数字化协同控制模块不断循环检测焊枪开关的状态，一旦焊枪开关断开，主机向从机发送收弧信号后主从机进入收弧阶段，主从机收弧完成后，系统完成一次焊接过程，主从机进入待机状态。在待机状态下，dsp数字化协同控制模块不断检测焊枪开关，一旦检测到焊枪开关闭合，则开始新一轮焊接过程。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。