【摘 要】
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TIG点焊是传统TIG焊接的特殊应用,适用于薄壁零件的微区域连接。在轻量化制造背景下,复杂薄壁零件对TIG点焊需求较大。传统TIG焊接存在单次放电时间长、电弧能量密度低等缺点,无法满足微区域点焊要求。因此,有必要设计一种能实现焊接能量、时间精密控制的TIG点焊电源,并研究基于电特性调节的电弧能量密度调控方法。首先,基于逆变变流技术和嵌入式控制技术设计了数字化脉冲TIG点焊电源。电源主电路包含输入整
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TIG点焊是传统TIG焊接的特殊应用,适用于薄壁零件的微区域连接。在轻量化制造背景下,复杂薄壁零件对TIG点焊需求较大。传统TIG焊接存在单次放电时间长、电弧能量密度低等缺点,无法满足微区域点焊要求。因此,有必要设计一种能实现焊接能量、时间精密控制的TIG点焊电源,并研究基于电特性调节的电弧能量密度调控方法。首先,基于逆变变流技术和嵌入式控制技术设计了数字化脉冲TIG点焊电源。电源主电路包含输入整流滤波电路、全桥逆变电路、高频变压器和全波整流电路,采用高频高压引弧电路实现非接触引弧,采用变压器同步驱动电路实现MOSFET并联驱动。电源控制系统由以STM32H745为核心的硬件电路和软件系统构成,采用双MCU构架实现焊接过程控制与信息交互处理分离,提高系统稳定性。然后,基于设计的电源和高速摄影仪等检测设备,构建电源测试与电弧调控平台,研究基于电源输出特性调节的电弧特性调控方法。电源具有直流和脉冲两种输出模式,焊接过程分引弧、缓升、焊接、缓降和维弧等阶段进行控制。采用高速摄影仪获取电弧形貌图,利用图像灰度化、Gabor滤波、中值滤波、阈值分割、Canny边缘检测等算法对电弧图像进行分析处理,可实现电弧形貌特征参数提取。电源输出电特性调控对电弧形貌影响明显,脉冲模式下电弧更密集,选择合适的焊接参数电弧集束性更好。最后,通过开展不锈钢薄板的脉冲TIG点焊工艺试验,研究电参数对焊接接头性能的影响规律。脉冲模式下脉冲调制功能使焊接缺陷减少,接头成形更美观、结合更致密。脉冲峰值电流、基值电流、脉冲频率和占空比对接头性能影响较大,其中焊接电流影响最大,频率、占空比次之。焊接接头拉伸强度随焊接峰值电流与电源输出频率增加而增加,随基值电流与占空比增加呈先增大后减小的趋势。
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