[發明專利]全數字化雙逆變型交變磁控電弧發生裝置

有效

• 申請號: 200910193428.1
• 申請日: 2009-10-29
• 公開（公告）號: CN101698265A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 王振民;吳祥淼;張岑
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K9/08
• 分類號: B23K9/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李衛東;梁瑩

技術領域

本發明涉及一種磁控電弧發生裝置，特別涉及一種全數字化雙逆變型交變 磁控電弧發生裝置。

背景技術

隨著材料科學與工程技術的發展，各種新型焊接工藝不斷涌現，在焊接過 程中引入磁場控制成為一種正在發展的先進焊接技術，這種技術被稱作磁控電 弧焊接技術。從60年代初Brown等人最先在不銹鋼、鈦合金、鋁合金焊接中 研究電磁攪拌的影響，并且發現晶粒細化現象以來，國內外學者開始對外加磁 場對焊接質量的影響進行了廣泛地研究。在20世紀七、八十年代，國外的學 者對磁場與電弧的相互作用進行了比較多的研究。綜合而言，磁控電弧焊接技 術有以下特點：1)外加磁場的種類較多，形式較豐富。外加磁場包括縱向磁 場、橫向磁場、尖角磁場以及交變磁場等多種形式。能夠較好地滿足多種工礦 條件下不同焊接工藝的要求；2)外加磁場裝置由電源和勵磁線圈兩部分組成， 各部分具有相對獨立的結構，設備體積比較小，使用十分簡單靈活；3)外加 磁場所需的功率一般不大，電能損耗很少，外加磁場強度較小，頻率較低對環 境不產生電磁污染，無接觸控制，無噪音；4)外加磁場控制的焊接技術適用 材料的范圍較廣，除了普通的金屬材料外，也可以應用在合金鋼、不銹鋼、鋁 合金、鈦合金、銅及其合金等金屬材料；5)外加磁場控制的焊接技術所應用 的焊接方法包括GTAW、等離子焊接、MIG/MAG、CO2焊接等焊接工藝方 法；6)外加磁場能量的輸入是無觸點控制的，保證了能量輸入變化快，無觸 點損耗，使得磁場控制焊接過程較為靈敏。

磁控電弧焊接技術以其附加裝置簡單、投入成本低、效益高、環保等優點， 在冶金、化工、壓力容器、電力、航空和航天等領域得到了廣泛的應用。從目 前有關磁控電弧焊接技術的文獻來看，研究內容主要集中于磁控電弧工藝特性 和實驗效果，而且局限于電弧焊領域。磁控電弧發生裝置作為磁控電弧焊接技 術研究中的關鍵設備，對材料加工過程機理研究和質量控制有著直接影響。磁 控電弧發生裝置包括電磁攪拌電源(又稱為激磁電源)和勵磁線圈兩部分組成。 激磁電源的輸出電流一般有直流、正弦波或交流方波，用于產生不同類型的磁 場。直流輸出電流具有一定局限性；正弦波交流多采用R-L-C振蕩電路或雙T 網絡，這種電路在磁控參數調節方面難度較大，不能連續調節；方波交流采用 晶閘管-電抗器式電路或雙逆變技術來實現，前者在晶閘管斷續器和雙路時間 調節器的基礎上按照典型的基本電路制成的，裝置的可靠性較差，而且電路設 計較為復雜，脈沖占空比和脈沖頻率的調節范圍較小，在正負半周轉換過程中 過零時間較長，后者較短，但都以硬開關模式為主，處于模擬控制或者比較基 本的數字控制階段。勵磁線圈一般為空心螺線管，用于產生磁場。

目前，“電磁污染”已經繼“水、氣、渣、聲”之后被確定為第五大環境污 染源。為進一步提高我國電氣電子產品的安全性和可靠性，電氣電子產品的 電磁兼容性要求將納入國家強制性產品認證范圍。隨著世界經濟一體化進程 的加快，電源行業如不加快逆變電源的“綠色化”改造進程，國產電源很可能 被擠出國際甚至國內市場。采用軟開關高頻逆變技術，不僅可以有效改善功 率器件工作環境、提高系統可靠性，還可以有效地降低逆變電源電磁干擾， 提高電磁兼容性，實現“綠色化”設計。

數字化電磁攪拌電源是一個對時間要求比較苛刻的實時嵌入式系統。一 些大的廠商對數字電源的應用采用了穩妥的應對方案，將數字電源方案大多 分為四個應用級別。最簡單的實現方案中，主系統可以開關電源子系統。在 第二個應用級別中，系統電源控制器可以控制電源的輸出與響應。微控制器 只限于訪問環路中的某些元件，如電壓基準等。第三個級別的應用方案仍然 依賴傳統的模擬反饋回路，但是微控制器可以修改電源的拓撲。第四個級別， 則是實現真正的數字控制，它用一個數字控制器集成了所有PWM控制環路以 及監控管理通訊等功能。TI公司推出的基于Cortex-M3內核的ARM芯片組， 以及Silicon實驗室推出的Si8250都是面向這個等級的專用控制芯片。從目前 的情況來看，絕大多數開關電源都采用傳統的模擬電路，數字控制電源作為 一種新興技術還處于摸索階段，從設計人員切換到產品定義，再到廣泛應用， 數字電源的規模應用仍需要一個過程，才會有相當百分比的系統采用某些形 式的數字電源。但可以預料，在不久的將來，數字電源產品將扮演重要的角 色，其前景相當可觀。

發明內容