發(fā)布時間：2021-11-04 19:20

　　傳統(tǒng)的脈沖鎢極惰性氣體保護焊（Tungsten Inert Gas Welding,簡稱脈沖TIG焊）以電弧穩(wěn)定、零飛濺、焊接質(zhì)量高、可焊金屬范圍廣等優(yōu)勢而受到廣泛應用,但其同時存在脈沖頻率較低、電弧能量不集中、熱輸入量較大等問題,容易導致焊縫的熱影響區(qū)增大、晶粒變粗大以及力學性能降低。快頻脈沖TIG焊接方法能夠提高電弧收縮程度,改善能量密度和提高電弧挺度,有望可以解決傳統(tǒng)脈沖TIG焊接方法存在的不足,已成為脈沖TIG焊接領域的研究熱點之一。但是,在快頻脈沖TIG焊中加入的高頻調(diào)制電流會對焊接電源產(chǎn)生強烈電磁干擾,極易出現(xiàn)焊接電流不穩(wěn)定、高頻段電弧控制效果差等問題,尤其是對功率半導體器件的不利影響更甚,如何提升焊接電源的穩(wěn)定性是優(yōu)化快頻脈沖TIG焊的關鍵所在。傳統(tǒng)硅（Si）基功率器件的開關性能難以滿足新一代高性能焊接電源的應用要求,而第三代寬禁帶碳化硅（SiC）功率器件特別適用于高溫、高頻高壓、抗輻射和大功率等應用場合,在提高焊接電源整體性能方面具有極大的潛力。為此,本文采用新型SiC功率器件來研制滿足快頻脈沖TIG焊工藝需求的全數(shù)字化高性能焊接電源。論文首先分析了快頻脈沖TIG焊接的... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 快頻脈沖TIG焊接技術研究進展
        1.2.1 快頻脈沖TIG焊接技術介紹
        1.2.2 快頻脈沖TIG焊接電源研究進展
        1.2.3 快頻脈沖TIG焊接工藝研究進展
    1.3 SiC功率器件的研究及進展分析
        1.3.1 SiC功率器件與Si功率器件比較分析
        1.3.2 SiC功率器件在電源應用中解決的關鍵問題
        1.3.3 SiC功率器件在電源應用中的研究進展
    1.4 課題研究的主要內(nèi)容
第二章 SiC快頻脈沖TIG焊接電源主電路設計
    2.1 焊接電源主電路總體方案設計
        2.1.1 焊接電源主電路拓撲選擇
        2.1.2 焊接電源拓撲分析
    2.2 焊接電源主電路設計
        2.2.1 三相整流濾波電路設計與分析
        2.2.2 高頻變壓器設計與計算
        2.2.3 SiC功率器件選型與分析
        2.2.4 RC吸收電路設計與分析
        2.2.5 輸出濾波電抗設計
    2.3 焊接電源切換電路設計
        2.3.1 切換開關IGBT的設計與分析
        2.3.2 防反灌二極管選型
    2.4 本章小結(jié)
第三章 SiC快頻脈沖TIG焊接電源數(shù)字化控制系統(tǒng)設計
    3.1 焊接電源控制系統(tǒng)總體設計
    3.2 焊接電源控制軟件設計
        3.2.1 總體任務控制程序流程設計
        3.2.2 波形控制程序設計
    3.3 PWM輸出驅(qū)動控制設計
        3.3.1 PWM信號隔離放大輸出電路
        3.3.2 SiC MOSFET驅(qū)動電路及控制
        3.3.3 切換開關IGBT驅(qū)動電路及控制
    3.4 ADC采樣及反饋控制設計
        3.4.1 ADC采樣反饋外圍電路
        3.4.2 數(shù)字PID控制算法
    3.5 高頻高壓脈沖引弧控制
        3.5.1 引弧控制方法分析
        3.5.2 抗干擾措施
    3.6 本章小結(jié)
第四章 快頻脈沖TIG焊電弧特性基礎分析
    4.1 快頻脈沖電弧收縮機理探討
        4.1.1 電磁收縮力
        4.1.2 電磁動壓力
        4.1.3 電場收縮力
    4.2 電弧仿真分析
        4.2.1 脈沖電流頻率對電弧收縮的影響分析
        4.2.2 脈沖電流頻率對電弧壓力的影響分析
    4.3 電流模式對TIG電弧形態(tài)的研究分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 SiC快頻脈沖TIG焊接電源測試與工藝試驗
    5.1 焊接電源試驗平臺介紹
        5.1.1 焊接電源系統(tǒng)搭建
        5.1.2 焊接電源試驗平臺搭建
    5.2 焊接電源波形及性能測試
        5.2.1 驅(qū)動波形測試
        5.2.2 高頻變壓器波形測試
        5.2.3 輸出特性測試
    5.3 SiC快頻脈沖TIG焊接工藝試驗
        5.3.1 基值電流值ID對焊縫成形影響
        5.3.2 主電流值Im對焊縫成形影響
        5.3.3 主電流占空比對焊縫成形影響
        5.3.4 脈沖電流模式對焊縫成形影響
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的研究成果
致謝
附件


【參考文獻】：
期刊論文
[1]新一代SiC MOSFET脈沖MIG逆變焊接電源研制[J]. 吳健文,范文艷,謝芳祥,葉春顯,王振民.  電焊機. 2018(11)
[2]TIG電弧輔助MIG焊非接觸引弧的參數(shù)適應性[J]. 湯瑩瑩,朱志明,楊中宇,符平坡.  清華大學學報(自然科學版). 2018(05)
[3]超高頻脈沖TIG焊電弧形態(tài)分析[J]. 黃鵬飛,丁斌,胡伊通,周震國,盧振洋.  焊接學報. 2018(02)
[4]不同電流密度下的TIG焊電弧行為分析[J]. 張曉鴻,陳靜青,張康,馬朋召,陳輝.  焊接學報. 2017(12)
[5]超音頻復合脈沖GMAW電源設計[J]. 王強,齊鉑金,王義朋,鄭敏信.  北京航空航天大學學報. 2017(10)
[6]橋式電路中不同封裝SiC MOSFET串擾問題分析及低柵極關斷阻抗的驅(qū)動電路[J]. 梁美,李艷,鄭瓊林,趙紅雁.  電工技術學報. 2017(18)
[7]水下機器人局部干法焊接系統(tǒng)[J]. 王振民,謝芳祥,馮允樑,張芩.  焊接學報. 2017(01)
[8]中低壓碳化硅材料、器件及其在電動汽車充電設備中的應用示范[J]. 盛況,郭清,于坤山,丁曉偉.  浙江大學學報(理學版). 2016(06)
[9]超音頻脈沖電源及其與焊接電源的并聯(lián)耦合[J]. 朱志明,湯瑩瑩,紀圣儒,楊中宇.  焊接學報. 2016(08)
[10]超高頻脈沖GTAW工藝特性分析[J]. 齊鉑金,楊舟,楊明軒,從保強.  機械工程學報. 2016(02)

博士論文
[1]小電流脈沖TIG焊接電源及電弧物理特征的研究[D]. 劉強.北京工業(yè)大學 2012
[2]全數(shù)字脈沖逆變焊接電源控制策略與應用的研究[D]. 段彬.山東大學 2010
[3]小電流脈沖TIG弧的高頻特征[D]. 牛永.天津大學 2010

碩士論文
[1]基于SiC的水下機器人局部干法焊接電源研究[D]. 謝芳祥.華南理工大學 2018
[2]熱輸入變化對AZ鎂合金TIG焊接接頭組織和力學性能的影響[D]. 李洋.重慶大學 2015
[3]高頻逆變電阻點焊電源的研制[D]. 周華飛.華南理工大學 2015
[4]數(shù)字化高壓引弧式TIG焊機的研制[D]. 段然.北京工業(yè)大學 2006



本文編號：3476308