[实用新型]复合交变磁场的镁合金方波MIG高效化焊机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高效化逆变焊机，特别涉及一种复合交变磁场的镁合金方波MIG高效化焊机。

背景技术

随着国内经济和社会的快速发展，节能、减排、增效、资源化利用已经成为目前社会发展中的关键问题。在这一背景下，新型轻合金材料的研发受到各国的高度重视，镁合金凭借其优良的性能，受到了国内外的广泛关注。以汽车制造业为例，为了降低对环境的污染，汽车设计者和生产商在提高燃料的利用率和减少CO₂的排放量方面开展了大量的研究，如寻找新的无污染燃料、提高发动机性能和减轻汽车质量等。其中，减轻汽车质量是最有效的一种方法。镁合金以其低密度和高比强度、高比刚度和可再回收利用等优点成为人们关注的焦点。有关专家预计，镁合金在汽车工业应用的年增长率达到20％，国外在汽车上大规模应用镁合金生产的零部件已超过60种，罩，车顶板、门框和轮毂等焊件也将用镁合金大批量生产，每辆汽车中镁合金的质量将增加到40～80kg。2006年北美、欧洲、日本等地的汽车工业对镁合金的需求量超过20万吨。这些国家和地区由汽车工业拉动的镁合金的需求量还将继续增长。

由于镁合金的物理性能以及自身的冶金特点，决定了镁合金的焊接性能较差，很难实现可靠连接，焊接时容易产生变形、烧穿、热裂纹和气孔等缺陷，其中，最主要的是热裂纹和气孔。镁合金结构件以及镁合金与其它材料结构件之间的连接，已成为制约镁合金应用的技术瓶颈和急待解决的关键技术之一。国内外对镁合金焊接的研究也越来越多，应用的焊接方法包括TIG焊、MIG、搅拌摩擦焊(FSW)、摩擦焊(FW)、激光焊(LBW)、电子束焊(EBW)和电阻点焊(RSW)等。从设备投入以及实际生产应用情况来看，MIG焊是一种非常有前景的镁合金高效化焊接方法，但是它的调节范围非常窄。采用交流方波MIG焊工艺，电流过零点快，电弧比普通交流正弦波焊机更稳定，自动化程度高，但由于镁合金焊接导热性好，需要高能量密度的输入，要将送丝速度、正负半波波形与熔滴过渡形态紧密配合，通过良好的波形控制以及其他措施来获得较宽的工艺规范，防止晶粒粗化、热裂纹以及气孔等；此外，由于目前使用的镁合金焊丝在焊接性能、力学性能、表面处理状态等方面还不够理想，对送丝系统的推拉送丝方式、送丝软管、送丝轮等方面都有比较高的要求。在国外，镁合金MIG焊接设备一般采用晶闸管或者逆变式结构的交流焊机或者直流脉冲MIG焊机来完成。对于厚大件镁、钛、铝等高性能合金材料的焊接，则采用等离子弧、激光焊、搅拌摩擦焊或氦弧焊设备等，价格昂贵。在国内，情况也大同小异。因此，为满足高性能镁合金材料高效化焊接的需要，研究开发新型的高效化焊机和工艺具有重要的现实意义，高频逆变技术、现代电磁搅拌技术以及嵌入式数字化控制技术的出现和快速发展为该种高效化焊机的研制提供了可能。

采用高频逆变技术，大幅度提高了电源的电能变换频率，使得电源主变压器的体积、质量大幅度的减小；同时，由于电子功率器件工作于开关状态，变压器等可以采用铁损很小的磁芯材料，效率得到极大提高；由于主电路中存在电容，功率因数得到提高，节能效果明显；此外，由于工作频率很高，主电路中滤波电感值小，电磁惯性小，易于获得良好的动特性，极大地提高了工艺控制性能。

数字化控制易于采用先进的控制方法和智能控制算法，使得逆变焊机的智能化程度更高，易于实现多参数的协同控制，甚至可以在线修改控制算法及控制参数，缩短设计周期，集成度高，控制电路元器件少，控制板体积小巧，系统的抗干扰能力和稳定性高，可靠性好，改善了系统一致性，生产制造方便。

逆变焊机对时间响应要求比较苛刻，需要采用高性能的微处理器芯片。ARM微处理器具有高性能、低功耗、低成本的优势，在嵌入式系统中应用广泛。为追求更快的响应速度，运行于微处理器上的实时内核非常重要。RTX-Kernel同时支持时间片轮转调度法和优先级占先调试法，并可以动态改变任务的优先级，调试功能十分强大。在任务同步和通信机制方面，RTX-Kernel支持事件标志、信号量、互斥量和信箱等方法，完全可以满足应用程序的需求。

在焊接过程中引入磁场控制成为一种正在发展的先进焊接技术，这种技术被称作磁控电弧焊接技术。采用外加磁场促使焊接电弧和熔池金属有规律地周期运动，对焊接中熔滴的过渡、熔池金属的流动、熔池的结晶形核及结晶生长等过程进行有效地干预，改变焊缝金属的结晶条件，提高焊缝金属的塑性和韧性，降低结晶裂纹和气孔的敏感性，从而全面改善焊接接头的质量。