[发明专利]一种基于单片机控制的焊接同步磁控装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接电磁控制技术领域，具体涉及一种基于单片机控制的焊接同步磁控装置及控制方法。

背景技术

近年来，磁控焊接技术以其控制电弧形态、改善熔滴过渡过程、改善熔池金属流动过程、优化焊缝成形等诸多优点被广泛应用。而磁控装置作为磁控焊接技术研究中的关键组成部分，对焊接过程及焊缝质量控制都有直接关系。多年来，从简易整流电路输出的直流磁控装置到双T网络电路分段调节输出频率的磁控装置，从基于模拟控制技术的磁控装置到数字控制技术的应用，人们做了大量的工作。有文献介绍了一种逆变方波焊接电磁搅拌电源，采用全桥式双逆变结构以及SG3525、SG3526等PWM控制方式，该装置能够改善焊缝组织及性能，适用于多种焊接方法，但由于采用模拟控制，其控制精度及灵活性受到限制；有文献介绍了一种全数字双逆变型磁控电弧交变磁场发生装置，采用LM3S818微控制器为控制核心。也有文献介绍了一种单片机（P87LPC768）控制磁控电弧专用电源，上述两种电磁控制装置或电源，都采用数字控制，其控制灵活性及控制精度大大提高，但由于磁控装置中未对焊接电流等参数进行采样，使得外加磁场在一种无序或随机状态下引入，不能实现与焊接过程的同步控制。专利CN200910047979.7，提出了一种基于模拟电路的磁控装置，主要应用于埋弧堆焊过程的磁场控制。

基于以上认识，本发明提出了一种基于单片机控制的焊接同步磁控装置及控制方法，所谓同步磁场，即外加磁场与焊接过程同步，也就是激磁电流波形与焊接电流电压波形要同步，通过测试焊接电流电压波形，确定激磁电流的相位以及磁场引入的时刻；依据焊接电流的大小，调整激磁电流的幅值，确定磁场引入的强度，以适应电弧形态变化、焊接熔滴过渡以及焊接熔池液态金属流动过程等不同阶段需要不同外磁场力的要求。该磁控装置采用单片机（MSP430F449）控制的全桥双逆变结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单片机控制的焊接同步磁控装置及控制方法。通过测试施焊过程中焊接电流电压波形，并将其送入磁控装置单片机中，依据电流电压波形输出一定幅值和相位的激磁电流波形，从而在线圈中产生与焊接过程同步的外加磁场，以满足焊接过程中电弧形态、熔滴过渡、熔池液态金属流动过程中不同阶段需要不同外磁场力的需求。其主电路采用全桥式双逆变结构，并利用软启动电路防止浪涌电流，保护功率开关管；控制电路采用MSP430F449单片机产生一次和二次逆变的数字信号实现PWM控制以及过流、过热保护等功能，为焊接过程外加磁场的精确控制提供保障。输出可调占空比的同步励磁频率为0-20kHz,输出同步励磁电流为0-10A。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于单片机控制的焊接同步磁控装置及控制方法，其特征在于该方法是按照如下步骤进行：

（1）打开焊机1，开始焊接，霍尔电流传感器2和霍尔电压传感器3开始检测焊接过程中的焊接电流和电弧电压波形并输入到同步磁控装置4中；

（2）同步磁控装置4产生同步磁场所需的激磁电流，输入到激磁线圈5中，激磁线圈5产生同步磁场，对焊接过程进行同步磁场控制；

（3）同步波形电路9接收到霍尔电流传感器2和霍尔电压传感器3传入的焊接电流电压波形信号后，将信号整合为一个与焊接电流电压波形有同步关系的同步信号传入单片机16（MSP430F449）中。

（4）单片机16接收到同步信号后，将该信号与自身产生的一次、二次逆变脉冲波形按照据不同工艺要求设定的调制方式进行分析计算整合后输出一次、二次逆变脉冲波形（同步波形），即根据测试的焊接电流电压波形，使激磁电流波形与之同步，确定脉冲磁场引入的时刻（二次逆变脉冲波形）；依据焊接电流的大小，调整激磁电流的大小，确定磁场引入的强度（一次逆变脉冲波形）。同步一次、二次逆变脉冲波形产生后分别传入一次驱动电路17和二次驱动电路18。

（5）一次驱动电路17和二次驱动电路18接收到同步的一次、二次逆变脉冲波形后，按一次二次逆变主电路中功率开关管所需要求进行整合，并将整合后的波形加到一次二次逆变主电路中功率开关管上。

（6）软启动按钮闭合后，220V工频电输入到逆变主回路中，一次逆变电路23和二次逆变电路27开始工作；

（7）磁控装置激磁电流反馈电路19检测二次逆变电路27中电流波形信号传入单片机16中，单片机16根据检测信号进行PWM脉宽调制，控制设备输出电流趋于给定值。至此，设备正常输出同步磁场激磁电流。