数字化脉冲MIG焊机的研制

论文摘要

脉冲MIG焊(Pulsed Metal Inert Gas Welding)以其在较大电流调节范围内均能够实现射滴过渡、轴向性好,适用于全位置焊接、热输入量方便可调以及焊接质量好等优点,受到国内外广大焊接工作者的关注。脉冲MIG焊的出现,大大促进了高效率、高自动化程度以及高质量焊接工艺的发展。近年来随着市场对焊接生产效率、产品质量以及焊接生产的自动化、智能化要求的不断提高,传统的模拟控制脉冲MIG焊机并不能满足以上要求,正在逐步被数字化脉冲MIG焊机所取代。本文在国内外脉冲MIG焊电源研究的基础上,设计了基于单片机控制的数字化脉冲MIG焊机。首先,本文介绍了数字化脉冲MIG焊机的主电路结构及工作原理。主电路采用软开关式全桥逆变结构,选用IGBT作为逆变器件,逆变频率选定为20KHz,主电路主要由下述几部分组成:整流滤波电路、逆变电路、高频变压器、输出整流以及输出滤波电路。其次,介绍了所设计的数字化MIG焊机的控制系统,包括控制板的硬件设计以及软件编程。根据MIG焊的特点,控制板分为主控板、送丝板以及驱动板。其中主控板是整个控制系统的核心。作为控制核心的80C196KC单片机主要完成的工作包括:参数预置与显示、焊接过程时序控制、送丝信号以及驱动信号给出、电流电压信号采集以及A/D转换、PI控制、故障处理等。本文主要介绍了基于汇编语言的软件设计以及程序结构、主程序和中断子程序的编写并给出了相应的程序流程图。在程序编写中采用了几种常用的抗干扰措施,如看门狗、冗余指令、数字滤波等。最后,对上述设计的硬件电路以及软件程序进行调试,测出了相应的送丝波形图以及驱动波形图,并用电阻箱进行调试,测出了焊接脉冲波形,达到预期设计的目标。之后对不同直径的焊丝(Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6)以及不同的焊丝材料(碳钢、不锈钢、铝及铝合金)进行焊接试验,给出了各种焊丝直径以及各种材料焊接时的焊接参数的推荐值,并对不同直径以及不同材料在焊接过程中的异同进行了分析。针对焊机调试及焊接过程中出现的问题,本文详细进行了描述,以供今后焊机一元化改进参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 脉冲MIG 焊
• 1.1.1 MIG 焊原理及特点
• 1.1.2 脉冲MIG 焊原理及特点
• 1.1.3 脉冲MIG 焊设备
• 1.2 脉冲MIG 焊机研究现状
• 1.2.1 脉冲MIG 外特性
• 1.2.2 脉冲电流获得方法
• 1.3 本课题设计方案及目标
• 第2章 主电路设计
• 2.1 焊机总体设计目标
• 2.2 电磁兼容（EMC）设计
• 2.3 三相整流滤波电路
• 2.3.1 整流电路及整流器件选择
• 2.3.2 滤波电容计算
• 2.4 逆变电路
• 2.4.1 拓扑结构选择
• 2.4.2 开关器件选择
• 2.4.3 逆变电路工作方式
• 2.5 中频变压器参数计算及设计
• 2.6 输出整流滤波电路设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 控制电路设计
• 3.1 主控电路设计
• 3.1.1 单片机最小系统
• 3.1.2 参数预置与显示电路
• 3.1.3 采样电路
• 3.1.4 D/A 转换电路
• 3.1.5 焊机保护
• 3.2 脉宽调制电路设计
• 3.3 驱动电路设计
• 3.4 送丝电路设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 控制软件结构设计及编程
• 4.1 软件功能概述
• 4.1.1 参数预置与显示
• 4.1.2 焊接过程时序控制
• 4.1.3 PI 算法
• 4.2 控制系统结构及软件编程
• 4.2.1 主程序设计
• 4.2.2 参数预置与显示子程序设计
• 4.2.3 PI 控制子程序
• 4.2.4 焊接过程中电流电压显示程序
• 4.2.5 中断程序设计
• 4.2.6 其它子程序
• 4.3 本章小结
• 第5章 抗干扰措施及焊机面板设计
• 5.1 抗干扰措施
• 5.1.1 硬件抗干扰措施
• 5.1.2 软件抗干扰措施
• 5.2 焊机面板设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 调试及结果分析
• 6.1 独立测试
• 6.1.1 显示电路与参数预置测试
• 6.1.2 保护电路测试
• 6.1.3 送丝电路测试
• 6.1.4 驱动电路测试
• 6.2 整机测试
• 6.2.1 空载电压测试
• 6.2.2 焊机外特性测试
• 6.2.3 焊机输出脉冲测试
• 6.2.4 送丝速度测试
• 6.2.5 焊接实验
• 6.3 对系统进一步完善的几点建议
• 6.3.1 参数一元化调节
• 6.3.2 弧长控制
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文