超音频脉冲方波变极性TIG焊控制及应用研究

第1章 绪论 1.1 课题背景和意义 1.2 超音频脉冲方波变极性TIG焊技术研究现状 1.2.1 超音频直流脉冲电弧焊技术 1.2.2 国外研究与发展现状 1.2.3 国内研究与发展现状 1.2.4 存在的主要问题 1.3 关键技术问题研究 1.3.1 焊接电源数字化解决方案 1.3.2 波形变换和控制策略 1.3.3 参数一元化调节协调匹配技术 1.3.4 桥式逆变电路抗偏磁的研究与发展现状 1.4 本书主要研究内容 第2章 超音频脉冲方波变极性TIG焊电源平台 2.1 超音频脉冲方波变极性TIG焊机主电路方案 2.1.1 主电路结构方案 2.1.2 超音频直流脉冲TIG焊机的基值、正（反）向峰值电流产生主回路 2.1.3 超音频直流脉冲TIG焊机的正（反）向峰值电流切换回路 2.1.4 复合超音频脉冲方波电流的产生过程 2.2 电源控制系统方案设计 2.2.1 控制系统功能要求 2.2.2 双CPU控制系统设计方案 2.3 电源控制系统硬件设计 2.3.1 主要控制芯片选择 2.3.2 电流给定及测量模块 2.3.3 电弧电压测量模块 2.4 人机交互系统设计 2.4.1 人机交互部分系统硬件设计 2.4.2 人机交互系统软件实现 2.5 主开关管的驱动 2.5.1 基值、峰值电流产生回路主开关的驱动 2.5.2 峰值电流切换回路主开关的驱动 2.6 主开关管的保护 2.6.1 主开关管IGBT过流保护 2.6.2 主开关管IGBT过压保护 2.6.3 过热保护 2.7 控制系统软件设计 2.7.1 数字PID控制算法 2.7.2 工艺参数存储及自动给定 2.7.3 焊接过程控制 2.8 控制系统抗干扰措施 2.8.1 硬件抗干扰 2.8.2 软件抗干扰 本章小结 第3章 超音频脉冲方波变极性TIG焊波形控制 3.1 超音频脉冲方波变极性TIG焊波形变换和控制策略 3.1.1 桥式极性变换电路波形变换和控制 3.1.2 正反向脉冲峰值电流切换电路波形变换和控制 3.2 数字化PWM输出实现方案 3.3 数字化PWM输出的软件设计 3.3.1 用DSP实现基准变极性PWM和基准脉冲PWM输出 3.3.2 用CPLD实现变极性PWM和复合调制PWM输出 3.4 快速变换复合超音频脉冲变极性方波电流的实现 3.4.1 超音频脉冲方波变极性电流的实现 3.4.2 超音频脉冲方波直流电流的实现 本章小结 第4章 半桥式逆变电路主变压器的磁分析 4.1 半桥式逆变电路主变压器铁心的工作状态 4.1.1 半桥式逆变电路主变压器铁心的理想工作状态 4.1.2 半桥式逆变电路影响磁通平衡的主要因素 4.1.3 半桥式电路主变压器的偏磁、磁不平衡状态及其产生过程 4.1.4 半桥式电路主变压器的单向偏磁饱和电流 4.2 主变压器工作状态对铁心材料和PWM控制方式的要求 4.2.1 主变压器工作状态对铁心材料的要求 4.2.2 主变压器工作状态对PWM控制方式的要求 4.3 半桥式逆变电路磁通平衡与不平衡的动态过程分析 4.3.1 正、负脉宽不一致导致的磁平衡与磁不平衡过程 4.3.2 开关管导通电阻差异导致的磁不平衡 4.3.3 其他因素导致的磁不平衡 4.4 半桥式逆变电路磁通平衡与不平衡试验 4.4.1 脉宽差异导致的偏磁饱和试验 4.4.2 脉宽差异导致的偏磁饱和试验理论分析 4.5 基于双端PWM数字逻辑生成法的偏磁抑制措施 4.5.1 桥式逆变电路偏磁状态的检测 4.5.2 数字逻辑生成法抑制偏磁的具体实施方式 本章小结 第5章 电流特征参数一元化调节协调匹配 5.1 试验研究方案 5.1.1 复合超音频脉冲方波变极性TIG焊电流特征参数 5.1.2 焊接试验材料 5.2 复合超音频脉冲变极性电弧行为 5.2.1 HPVP-TIG电弧电学特性 5.2.2 HPVP-TIG电弧工作形态及其稳定性 5.3 脉冲电流特征参数对电弧压力的影响 5.3.1 脉冲电流频率对电弧压力的影响 5.3.2 脉冲电流占空比对电弧压力的影响 5.3.3 脉冲电流幅值对电弧压力的影响 5.3.4 脉冲电流参数对电弧压力的影响规律分析 5.4 脉冲电流特征参数对焊缝成形的影响 5.4.1 试验方法 5.4.2 脉冲电流频率对焊缝成形的影响 5.4.3 脉冲电流幅值对焊缝成形的影响 5.4.4 脉冲电流占空比对焊缝成形的影响 5.4.5 脉冲电流参数对焊缝成形的影响 5.5 电流特征参数一元化调节协调匹配方案 本章小结 第6章 超音频脉冲方波变极性TIG焊接适用性试验 6.1 超音频脉冲方波变极性TIG焊铝合金焊接质量及性能分析 6.1.1 试验方法 6.1.2 焊缝成形及缺陷检测 6.1.3 焊缝显微组织 6.1.4 焊缝力学性能 6.2 典型铝合金试验样件焊接加工 6.2.1 低温燃料贮箱锁底结构模拟样件焊接 6.2.2 异种铝合金薄板模拟样件焊接 本章小结 第7章 超音频脉冲TIG焊不锈钢焊接适用性试验 7.1 超音频直流脉冲TIG焊电流特点与电弧特性 7.1.1 超音频直流脉冲电源不锈钢TIG焊接电流波形 7.1.2 超音频直流脉冲电源不锈钢TIG焊接电弧特性 7.2 超音频TIG焊对焊缝组织的影响 7.3 超音频TIG焊对焊接接头性能的影响 7.3.1 材质为301L奥氏体不锈钢的焊接接头性能试验 7.3.2 材质为OCtl8Ni9Ti奥氏体不锈钢的焊接接头性能试验 本章小结 结论与展望 参考文献