双逆变方波焊接磁搅拌装置的研制及应用

论文摘要

电磁作用焊接技术是近年来完善起来的一种新的焊接技术,应用也日趋广泛。焊接磁搅拌装置作为电磁作用焊接技术研究中的关键设备,对于材料加工过程的机理研究和质量控制有着直接关系。本文采用双逆变技术研制了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。主电路采用全桥式双逆变结构,分别采用SG3525A和SG3526作为一次逆变控制电路和二次逆变控制电路的PWM芯片,并设计了相应的驱动电路。分析对比了各种常用电力电子器件,选择了功率MOSFET作为一次逆变和二次逆变开关元件。本文对主电路的主要元器件进行了详尽的参数设计与计算。同时设计了软启动电路,可以防止装置在合闸瞬间产生的浪涌电流,保护逆变功率开关管。本文还给出了焊接搅拌装置安装调试过程中的实验波形,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。 利用所研制的焊接磁搅拌装置对2219铝合金MIG焊接过程施加交变间歇纵向磁场,比较施加和未施加磁场两种情况下的铝合金焊缝组织,结果表明,外加交变间歇纵向磁场可以有效地细化焊缝晶粒,使焊缝的熔宽增加、熔深减小,进而提高了焊缝的抗裂性能。通过拉伸对比试验表明,外加交变间歇纵向磁场可以显著的提高铝合金焊接接头的力学性能。通过总结试验结果,本文对电磁搅拌的作用机理进行了分析。焊接磁搅拌试验的成功也进一步验证了所研制的焊接磁搅拌装置的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 电磁作用焊接技术的发展现状
• 1.3 逆变技术的发展现状
• 1.4 逆变电源的发展趋势
• 1.5 课题研究的内容
• 2 磁搅拌装置主电路的选择和设计
• 2.1 磁搅拌装置的整体结构
• 2.2 主电路拓扑结构的选择
• 2.3 主电路元器件参数设计
• 2.3.1 输入整流桥
• 2.3.2 输入滤波电容
• 2.3.3 功率开关元件
• 2.3.4 输出整流滤波电路
• 2.4 主变压器设计
• 2.4.1 变压器设计原则
• 2.4.2 磁芯材料的选用
• 2.4.3 主变压器参数计算
• 2.5 软启动电路
• 2.6 主电路设计遇到的问题及解决措施
• 2.6.1 偏磁问题
• 2.6.2 直通问题
• 2.6.3 尖峰电压
• 3 磁搅拌装置控制电路的设计
• 3.1 控制方式的选择
• 3.2 一次逆变控制系统
• 3.2.1 脉宽调制电路
• 3.2.2 一次逆变驱动电路
• 3.3 二次逆变控制系统
• 3.3.1 二次PWM芯片的选择
• 3.3.2 二次PWM波形产生电路
• 3.3.3 二次驱动电路的设计
• 3.4 外特性控制电路
• 3.5 稳压供电电源
• 4 系统调试与分析
• 4.1 控制系统调试
• 4.1.1 一次驱动波形
• 4.1.2 二次驱动波形
• 4.2 输出波形
• 4.2.1 反馈电流波形
• 4.2.2 输出电压波形
• 5 焊接磁搅拌试验与分析
• 5.1 试验条件
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验设备
• 5.1.3 试验方法
• 5.2 试验结果与分析
• 5.2.1 电磁搅拌对焊逢组织的影响
• 5.2.2 电磁搅拌对焊接接头力学性能的影响
• 5.2.3 电磁搅拌作用机理
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢