[发明专利]一种用于磁控等离子弧的电源设计方法

说明书

本发明为一种适用于磁控等离子联合型弧的新型电源设计方法，涉及一种基于单片机控制跃零间断正选波形的方法，得到一种不过零点且非平直的交变电流波形。主要用来解决电弧在交变电流信号过零点时所造成电弧不稳定问题以及避免双弧的出现，该方法得到的电流波形由于不会过零点、非平直波形，因此该输出电流波形能起到稳弧更好的效果，磁场对电弧的控制精度也得到进一步提高；其技术方案要点是：该方法包括单片机控制模块、A/D采样模块，利用单片机的控制作用控制跃零间断正弦波形发生电路中的单片机驱动电路、SPWM双桥逆变电路、基波滤波电路通过分离载波得到所需要的基波波形；得到不过零点的跃零间断正弦交流波形；再通过上下沿波形整形电路，最后经过峰值分级功放电路，放大不同倍数将得到多个峰值不同初值的跃零间断正弦交流波形，自适应不同焊接电流的大小焊接场景需求。

技术领域

本发明涉及一种磁控等离子弧的电源设计方法，属于焊接自动化领域，特别是在微束等离子弧焊、熔透型等离子弧焊、穿透型等离子弧焊等操作方式中均采用联合型等离子弧焊接情况。

背景技术

众所周知，常规等离子弧焊接和切割较多采用转移等离子弧，而且用微束等离子焊接和粉末喷焊时则多为联合型等离子弧，目前,国内外等离子焊接一般均采用直流正极性电源,以保证电弧的稳定性和减轻钨极的烧损。但是在焊接铝、镁等金属材料时,由于对阴极雾化的要求,则需要用直流反极性或交流电源,而直流反极性使钨极烧损厉害,为解决此间题,对电极冷却条件的要求十分苛刻,一般很少采用，理想的办法是采用交流。

当采用直流和交流联合型电源时，用直流的维弧和交流的主弧组成混合型等离子弧,这种方法由于维弧恒定存在,提高了主弧的稳定性,但它也存在两个缺点:①主弧没有经过喷咀的压缩,能量不够集中②直流电源形成的恒定电场不利于联合弧的稳定。

而采用直流脉冲等离子焊接技术用于焊接薄板铝合金,维弧(钨极—喷嘴)也是直流电源,而主弧,半波加在钨极和工件之间(电极为负),用于加热工件,另半波加在喷嘴—工件之间,以产生阴极雾化。这样方案的缺点是直流脉冲的恒定电流，在转移型主弧中由于喷嘴与工件之间的电位依旧是恒定不变的，仍然不利于联合弧稳定燃烧，不利于规避双弧的存在,进而联合弧稳定燃烧的极限焊接电流也受到了限制。

在哈尔滨工业大学焊接学报中第10卷第1期，张修智教授、牛济泰副教授关于单电源联合型交流等离子弧焊稳弧机理的探讨，该设计是用一个交流电源,经过一定的阻抗匹配,将交流电同时输送到钨极—喷嘴和钨极—工件之间,维弧和主弧同时存在,从而大大提高了主弧的工作稳定性。由于在转移型弧中喷嘴与工件之间的电位是突变的，不可能形成极性不变的恒定电场，有力地降低了双弧现象的发生可能性。但是该设计产生的交流电仍经过零点，对电弧的稳定性仍旧有着很不利的影响；本设计发明一种磁控等离子弧在微束等离子弧焊、熔透型等离子弧焊、穿透型等离子弧焊等操作方式中不过零点的输出电流的电源的设计方法。

发明内容

本发明主要是为了解决电弧在交变电流信号过零点时所造成电弧不稳定问题，为进一步提高联合等离子弧弧柱的稳定性，提高焊接质量，针对传统电源提供的交流电流都经过零点对弧柱稳弧不利的影响，进而影响磁场对弧柱的控制精度，影响焊接质量，因此提供了一种基于单片机控制SPWM双桥逆变电路，产生不过零点如图3所示交变电流的设计方法，该设计方法主要包括软件部分和硬件部分，软件部分包括单片机控制模块、A/D采样模块、电容充放电自适应系统模块，硬件部分包括跃零间断正弦波形发生电路、上下沿波形整形电路、峰值分级功放电路。该方法产生的波形信号误差小，且能自动适应焊接电流大小的需要得到不同峰值电流波形，在联合等离子弧中有较好的适用范围，使得弧柱不再受到零点电流稳定性的干扰，弧柱更加稳定，磁控精度得到改善。