本文關(guān)鍵詞：核乏燃料池水下局部干法機(jī)器人焊接電源的研究

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【摘要】：由于核輻射對人體健康的影響,采用焊接機(jī)器人代替焊工已成為核電站水下焊接維修的必然趨勢。綜合考慮乏燃料池水深、水質(zhì)、機(jī)器人焊接的便利性以及對焊補(bǔ)質(zhì)量的要求等因素,局部干法是核乏燃料池水下機(jī)器人焊接修復(fù)的優(yōu)選方式。但較薄的乏燃料池壁及焊縫周邊水冷卻作用,極易出現(xiàn)引弧困難、斷弧、熔滴過渡均勻性差等問題,難以獲得優(yōu)質(zhì)的弧焊效果。因此,如何提高弧焊過程穩(wěn)定性從而改善水下焊接質(zhì)量是研究核乏燃料池水下局部干法機(jī)器人焊接電源的關(guān)鍵。論文首先闡述課題背景,分析水下局部干法焊接的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,結(jié)合水下局部干法焊接的工藝要求、高頻逆變技術(shù)和數(shù)字化控制技術(shù),設(shè)計開發(fā)了一種針對核乏燃料池水下局部干法機(jī)器人專用焊接電源。其中焊接電源設(shè)計主要分為主電路設(shè)計、硬件電路設(shè)計和控制軟件設(shè)計三大部分。主電路設(shè)計包括三相EMI濾波器設(shè)計、初級逆變電路設(shè)計和次級逆變電路設(shè)計等關(guān)鍵器件設(shè)計,逆變器件均選用IGBT作為逆變模塊的功率開關(guān)管;硬件電路設(shè)計主要以STM32F405RGT6為核心構(gòu)建外圍電路,包括控制電路設(shè)計、故障診斷保護(hù)電路設(shè)計和通信電路設(shè)計�？刂栖浖O(shè)計主要以FreeRTOS實時內(nèi)核環(huán)境進(jìn)行焊接電源軟件編寫,包括控制系統(tǒng)總體程序設(shè)計、PID控制策略設(shè)計和通信系統(tǒng)軟件設(shè)計。最后,以研制的水下局部干法機(jī)器人焊接電源樣機(jī)為試驗平臺,在模擬負(fù)載下進(jìn)行整機(jī)性能測試,通過改變排水罩、氣體壓力、焊接電流、占空比、焊接頻率和焊接速度等參數(shù)進(jìn)行了大量的水下局部干法焊接工藝試驗,利用示波器、數(shù)字鉗表等試驗儀器采集試驗波形和數(shù)據(jù),并對不同參數(shù)下的焊縫成形進(jìn)行對比分析。試驗結(jié)果表明:采用本文所設(shè)計的水下局部干法排水罩進(jìn)行水下焊接比直接采用濕法焊接電弧穩(wěn)定性要好,焊縫質(zhì)量要高。在不同氣體壓力下試驗得出,氣體壓力較小時,不足以形成穩(wěn)定的氣相區(qū),電弧穩(wěn)定性差,容易斷弧,焊縫成形較差;氣體壓力較大時,電弧由于氣體壓力作用而收縮,電弧不穩(wěn)定,焊縫變窄、變塌。在焊接電流和占空比試驗可得出,適當(dāng)增大焊接平均電流,能提高焊接時輸入的熱量,改善焊縫成形。對比不同焊接頻率試驗可得知,發(fā)現(xiàn)脈沖頻率較低,電弧挺度較低,電弧偏軟,電弧容易受保護(hù)氣體和排水氣體壓力的影響。由焊接速度試驗可得知,提高焊接時線能量的輸入有助于改善焊縫成形,減少咬邊、駝峰等缺陷。
【關(guān)鍵詞】：水下焊接 局部干法 焊接電源 高頻逆變 數(shù)字化控制
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM623;TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 水下焊接方法13-14
• 1.2.1 濕法焊接及其特點(diǎn)13
• 1.2.2 干法焊接及其特點(diǎn)13-14
• 1.2.3 局部干法焊接及其特點(diǎn)14
• 1.3 局部干法焊接的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢14-16
• 1.3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.2 發(fā)展趨勢16
• 1.4 局部干法焊接質(zhì)量研究內(nèi)容16-18
• 1.4.1 焊縫質(zhì)量影響因素16-17
• 1.4.2 水下電弧特性17-18
• 1.4.3 焊接電源影響18
• 1.5 課題研究的主要內(nèi)容18-20
• 第二章 焊接電源的總體設(shè)計20-33
• 2.1 焊接電源總體方案20-21
• 2.1.1 焊接電源性能指標(biāo)20
• 2.1.2 焊接電源總體設(shè)計20-21
• 2.2 三相EMI濾波器設(shè)計分析21-24
• 2.2.1 基本結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2.2 建模分析22-24
• 2.2.3 參數(shù)設(shè)計24
• 2.3 初級逆變電路設(shè)計24-30
• 2.3.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇25-26
• 2.3.2 工作原理分析26-27
• 2.3.3 整流橋選擇27
• 2.3.4 功率管IGBT選擇27-28
• 2.3.5 主變壓器設(shè)計分析28-30
• 2.4 次級逆變電路設(shè)計30-32
• 2.4.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇30
• 2.4.2 工作原理分析30-31
• 2.4.3 輸出電感設(shè)計31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 焊接電源的硬件設(shè)計33-51
• 3.1 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計33-34
• 3.2 系統(tǒng)控制芯片選擇34-35
• 3.2.1 芯片選擇34
• 3.2.2 最小系統(tǒng)設(shè)計34-35
• 3.3 控制電路設(shè)計35-44
• 3.3.1 電流電壓采樣電路設(shè)計35-41
• 3.3.2 PWM信號產(chǎn)生電路設(shè)計41-42
• 3.3.3 初級IGBT驅(qū)動電路設(shè)計42
• 3.3.4 次級IGBT驅(qū)動電路設(shè)計42-43
• 3.3.5 線性隔離電路設(shè)計43-44
• 3.4 故障診斷保護(hù)電路設(shè)計44-48
• 3.4.1 過流保護(hù)電路設(shè)計44-45
• 3.4.2 欠壓過壓保護(hù)電路設(shè)計45-46
• 3.4.3 缺相保護(hù)電路設(shè)計46
• 3.4.4 過熱保護(hù)電路設(shè)計46-47
• 3.4.5 粘絲缺絲保護(hù)電路設(shè)計47-48
• 3.5 通信電路設(shè)計48-50
• 3.5.1 通信隔離概述48
• 3.5.2 隔離的實現(xiàn)48
• 3.5.3 隔離式通信電路設(shè)計48-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 第四章 焊接電源軟件設(shè)計51-63
• 4.1 軟件開發(fā)環(huán)境51-52
• 4.1.1 開發(fā)工具Keil MDK-ARM介紹51
• 4.1.2 操作系統(tǒng)FreeRTOS介紹51-52
• 4.1.3 ST固件庫函數(shù)介紹52
• 4.2 控制系統(tǒng)總體程序設(shè)計52-57
• 4.2.1 焊接任務(wù)及模塊化設(shè)計52-53
• 4.2.2 控制程序設(shè)計53-55
• 4.2.3 波形程序設(shè)計55-56
• 4.2.4 故障中斷保護(hù)程序設(shè)計56-57
• 4.3 PID控制策略57-59
• 4.3.1 模擬PID控制57
• 4.3.2 數(shù)字PID控制57-59
• 4.4 通信系統(tǒng)軟件設(shè)計59-62
• 4.4.1 數(shù)字化面板通信軟件設(shè)計60
• 4.4.2 故障診斷顯示屏通信軟件設(shè)計60-61
• 4.4.3 機(jī)器人通信軟件設(shè)計61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第五章 試驗及數(shù)據(jù)分析63-88
• 5.1 試驗平臺介紹63-65
• 5.2 整機(jī)波形測試65-67
• 5.2.1 驅(qū)動波形測試65
• 5.2.2 變壓器波形測試65-66
• 5.2.3 輸出波形測試66-67
• 5.3 電源性能測試67-70
• 5.3.1 輸出外特性測試67-69
• 5.3.2 動態(tài)響應(yīng)特性測試69-70
• 5.4 水下焊接工藝試驗70-87
• 5.4.1 排水罩影響70-72
• 5.4.2 氣體壓力影響72-78
• 5.4.3 焊接電流影響78-82
• 5.4.4 占空比影響82-84
• 5.4.5 焊接頻率影響84-86
• 5.4.6 焊接速度影響86-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 結(jié)論88-90
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果96-97
• 致謝97-98
• 附件98

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：519081