[發(fā)明專利]復合交變磁場的鎂合金方波MIG高效化焊機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910193429.6
• 申請日: 2009-10-29
• 公開（公告）號: CN101712092A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王振民;吳祥淼;張岑
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K9/10
• 分類號: B23K9/10;B23K9/08;B23K9/173;B23K103/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李衛(wèi)東;梁瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高效化逆變焊機，特別涉及一種復合交變磁場的鎂合金方波MIG高效化焊機。?

背景技術(shù)

隨著國內(nèi)經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，節(jié)能、減排、增效、資源化利用已經(jīng)成為目前社會發(fā)展中的關(guān)鍵問題。在這一背景下，新型輕合金材料的研發(fā)受到各國的高度重視，鎂合金憑借其優(yōu)良的性能，受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。以汽車制造業(yè)為例，為了降低對環(huán)境的污染，汽車設(shè)計者和生產(chǎn)商在提高燃料的利用率和減少CO₂的排放量方面開展了大量的研究，如尋找新的無污染燃料、提高發(fā)動機性能和減輕汽車質(zhì)量等。其中，減輕汽車質(zhì)量是最有效的一種方法。鎂合金以其低密度和高比強度、高比剛度和可再回收利用等優(yōu)點成為人們關(guān)注的焦點。有關(guān)專家預計，鎂合金在汽車工業(yè)應用的年增長率達到20％，國外在汽車上大規(guī)模應用鎂合金生產(chǎn)的零部件已超過60種，罩，車頂板、門框和輪轂等焊件也將用鎂合金大批量生產(chǎn)，每輛汽車中鎂合金的質(zhì)量將增加到40～80kg。2006年北美、歐洲、日本等地的汽車工業(yè)對鎂合金的需求量超過20萬噸。這些國家和地區(qū)由汽車工業(yè)拉動的鎂合金的需求量還將繼續(xù)增長。?

由于鎂合金的物理性能以及自身的冶金特點，決定了鎂合金的焊接性能較差，很難實現(xiàn)可靠連接，焊接時容易產(chǎn)生變形、燒穿、熱裂紋和氣孔等缺陷，其中，最主要的是熱裂紋和氣孔。鎂合金結(jié)構(gòu)件以及鎂合金與其它材料結(jié)構(gòu)件之間的連接，已成為制約鎂合金應用的技術(shù)瓶頸和急待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。國內(nèi)外對鎂合金焊接的研究也越來越多，應用的焊接方法包括TIG焊、MIG、攪拌摩擦焊(FSW)、摩擦焊(FW)、激光焊(LBW)、電子束焊(EBW)和電阻點焊(RSW)等。從設(shè)備投入以及實際生產(chǎn)應用情況來看，MIG焊是一種非常有前景的鎂合金高效化焊接方法，但是它的調(diào)節(jié)范圍非常窄。采用交流方波MIG焊工藝，電流過零點快，電弧比普通交流正弦波焊機更穩(wěn)定，自動化程度高，但由于鎂合金焊接導熱性好，需要高能量密度的輸入，要將送絲速度、正負半?波波形與熔滴過渡形態(tài)緊密配合，通過良好的波形控制以及其他措施來獲得較寬的工藝規(guī)范，防止晶粒粗化、熱裂紋以及氣孔等；此外，由于目前使用的鎂合金焊絲在焊接性能、力學性能、表面處理狀態(tài)等方面還不夠理想，對送絲系統(tǒng)的推拉送絲方式、送絲軟管、送絲輪等方面都有比較高的要求。在國外，鎂合金M?IG焊接設(shè)備一般采用晶閘管或者逆變式結(jié)構(gòu)的交流焊機或者直流脈沖MIG焊機來完成。對于厚大件鎂、鈦、鋁等高性能合金材料的焊接，則采用等離子弧、激光焊、攪拌摩擦焊或氦弧焊設(shè)備等，價格昂貴。在國內(nèi)，情況也大同小異。因此，為滿足高性能鎂合金材料高效化焊接的需要，研究開發(fā)新型的高效化焊機和工藝具有重要的現(xiàn)實意義，高頻逆變技術(shù)、現(xiàn)代電磁攪拌技術(shù)以及嵌入式數(shù)字化控制技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展為該種高效化焊機的研制提供了可能。?

采用高頻逆變技術(shù)，大幅度提高了電源的電能變換頻率，使得電源主變壓器的體積、質(zhì)量大幅度的減小；同時，由于電子功率器件工作于開關(guān)狀態(tài)，變壓器等可以采用鐵損很小的磁芯材料，效率得到極大提高；由于主電路中存在電容，功率因數(shù)得到提高，節(jié)能效果明顯；此外，由于工作頻率很高，主電路中濾波電感值小，電磁慣性小，易于獲得良好的動特性，極大地提高了工藝控制性能。?

數(shù)字化控制易于采用先進的控制方法和智能控制算法，使得逆變焊機的智能化程度更高，易于實現(xiàn)多參數(shù)的協(xié)同控制，甚至可以在線修改控制算法及控制參數(shù)，縮短設(shè)計周期，集成度高，控制電路元器件少，控制板體積小巧，系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性高，可靠性好，改善了系統(tǒng)一致性，生產(chǎn)制造方便。?

逆變焊機對時間響應要求比較苛刻，需要采用高性能的微處理器芯片。ARM微處理器具有高性能、低功耗、低成本的優(yōu)勢，在嵌入式系統(tǒng)中應用廣泛。為追求更快的響應速度，運行于微處理器上的實時內(nèi)核非常重要。RTX-Kernel同時支持時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法和優(yōu)先級占先調(diào)試法，并可以動態(tài)改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級，調(diào)試功能十分強大。在任務(wù)同步和通信機制方面，RTX-Kernel支持事件標志、信號量、互斥量和信箱等方法，完全可以滿足應用程序的需求。?

在焊接過程中引入磁場控制成為一種正在發(fā)展的先進焊接技術(shù)，這種技?術(shù)被稱作磁控電弧焊接技術(shù)。采用外加磁場促使焊接電弧和熔池金屬有規(guī)律地周期運動，對焊接中熔滴的過渡、熔池金屬的流動、熔池的結(jié)晶形核及結(jié)晶生長等過程進行有效地干預，改變焊縫金屬的結(jié)晶條件，提高焊縫金屬的塑性和韌性，降低結(jié)晶裂紋和氣孔的敏感性，從而全面改善焊接接頭的質(zhì)量。?