[发明专利]一种超音频复合脉冲GMAW焊接电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种超音频复合脉冲GMAW焊接电源装置。

背景技术

脉冲熔化极气体保护焊(Pulsed Gas Metal Arc Welding，简称P-GMAW)可在平均焊接电流小于临界电流的条件下实现喷射过渡，具有较宽的电流调节范围，同时，由于其焊接飞溅少、生产效率高、熔透性好，焊接热输入小，适合全位置焊接等优点，广泛应用于工业生产。但是，与其他电弧焊类似，P-GMAW同样存在易产生气孔缺陷、焊缝组织粗大、接头力学性能与母材相比衰减严重等问题，尤其是脉冲焊维弧期间电流小，电弧易受干扰，稳定性较差，在实际应用中有一定的局限性。

随着超声技术和设备的发展，功率超声越来越多地应用于焊接领域。电弧焊中，超声波的引入能改善母材熔化和熔池金属凝固结晶行为，进而使焊缝组织得到细化，接头性能得到提高。清华大学吴敏生等人提出了电弧超声方法，通过隔离、耦合方式由超声激励源在焊接过程中激发出超声振动，通过电弧超声作用使焊缝晶粒细化，改善焊缝应力分布，提高焊缝接头冲击韧度和疲劳寿命。哈尔滨工业大学杨春利团队通过超声振动装置与焊枪机械耦合的方式，实现了超声振动与焊接电弧的复合，并成功应用于非熔化极和熔化极气体保护焊，研究表明超声电弧复合焊接方法在提高焊接效率，改善熔滴过渡过程，增强焊接稳定性，细化接头组织，减少气孔等方面存在一定优势。

但是，外部激励源耦合超音频脉冲的方式，所激发的超音频脉冲电流上升沿、下降沿变化率低，致使脉冲电流幅值较低，作用效果较弱。采用超声振动装置与焊枪机械耦合时，需要设计特殊结构的专用焊枪，其结构复杂，应用场合受到限制。

发明内容

本发明提供一种超音频复合脉冲GMAW焊接电源装置，用以解决现有技术中采用外部激励源耦合超音频脉冲的方式致使脉冲电流幅值较低，作用效果较弱的技术问题。

本发明提供的超音频复合脉冲GMAW焊接电源装置，包括用于为BUCK型主电路提供恒定电压的恒压源、BUCK型主电路、用于为超音频脉冲电流切换电路提供恒定电流的恒流源和超音频脉冲电流切换电路，其中，恒压源与BUCK型主电路连接；恒流源与超音频脉冲电流切换电路连接；BUCK型主电路与超音频脉冲电流切换电路并联；

BUCK型主电路用于为焊接提供第一输出电流，所述第一输出电流为直流或脉冲形式；

超音频脉冲电流切换电路用于为焊接提供第二输出电流，所述第二输出电流为超音频脉冲电流。

进一步的，BUCK型主电路包括第一功率开关管、电感和第一二极管，其中，第一功率开关管的漏极与恒压源的正极相连通，第一功率开关管的源极与电感相连通，第一二极管的正极接恒压源负极，第一二极管的负极与第一功率开关管的源极和电感相连通。

进一步的，超音频脉冲电流切换电路包括第二功率开关管、第三功率开关管和第二二极管，其中，第二二极管的正极与恒流源正极相连，第二二极管的负极与电感的电流输出端相连，第二功率开关管的漏极与恒流源的正极相连，第二功率开关管的源极与恒流源的负极相连，第三功率开关管的源极与恒流源的负极相连，第三功率开关管的漏极与恒压源的负极相连。

进一步的，超音频脉冲电流切换电路还包括第三二极管和第三电容，其中，第三二极管的正极与恒流源的正极相连，负极与尖峰电压吸收电路相连，尖峰电压吸收电路还与恒流源负极相连，第三电容的一端与第三二极管的负极相连，另一端与恒流源负极相连；

尖峰电压吸收电路用于吸收超音频脉冲电流切换电路产生的尖峰电压。

进一步的，第二功率开关管和第三功率开关管交替导通和关断，第二功率开关管和第三功率开关管的驱动信号频率为20kHz至100kHz之间，占空比调节范围为0到100％；超音频脉冲电流幅值为0到100A，电流上升沿、下降沿变化速率在50A/μs以上。

进一步的，第二功率开关管和第三功率开关管的驱动信号的频率和占空比均由数字信号处理器设置。

进一步的，所述装置的焊接电源总输出电流为第一输出电流与第二输出电流的叠加，其中，第二输出电流为从第二二极管输出的电流。

进一步的，还包括第一电容和第二电容，其中第一电容为电解电容，第二电容为高频电容，第一、第二电容均并联在恒压源输出端。

进一步的，还包括第四电容和第四二极管，其中，第四电容一端与恒流源的负极相连，另一端与第四二极管的负极相连，第四二极管的正极与恒压源的负极相连，第四二极管的负极还与第三二极管的负极相连。