[發明專利]熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統及其焊接方法

在審

• 申請號: 202010690193.3
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111975178A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 王振民;陳浩宇;鐘啟明;吳健文;張芩;吳祥淼
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/095;B23K9/09;B23K9/32;B23K37/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 霍健蘭;梁瑩

1.一種熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統，其特征在于：包括工業機器人、快頻脈沖焊接電源、主控制系統、人機交互系統、焊炬高度調節裝置、氣體裝置、送絲裝置、焊槍以及水冷裝置；所述工業機器人、快頻脈沖焊接電源、人機交互系統、焊炬高度調節裝置、氣體裝置、送絲裝置和水冷裝置分別與主控制系統信號連接；所述焊槍分別與快頻脈沖焊接電源、焊炬高度調節裝置、水冷裝置和氣體裝置連接；

所述快頻脈沖焊接電源包括功率模塊和功能模塊；所述功率模塊包括用于提供低頻脈沖電流的主功率模塊和用于提供基值電流的至少一組從功率模塊；所述功能模塊包括用于對所述主功率模塊提供的低頻脈沖電流進行斬波調制的高頻斬波調制模塊，以及高頻高壓引弧模塊；所述主功率模塊、高頻斬波調制模塊和高頻高壓引弧模塊依次連接；從功率模塊并聯在高頻斬波調制模塊的輸出端。

2.根據權利要求1所述的熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統，其特征在于：所述主功率模塊包括依次連接的輸入整流濾波電路、高頻逆變電路、高頻變壓器以及輸出整流濾波電路；其中，輸入整流濾波電路與三相電連接；輸出整流濾波電路與高頻斬波調制模塊連接。

3.根據權利要求2所述的熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統，其特征在于：所述從功率模塊與主功率模塊在拓撲結構上完全相同。

4.根據權利要求1所述的熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統，其特征在于：所述高頻斬波調制模塊包括并聯功率開關管Q9、串聯功率開關管Q10以及防反灌二極管VD3；所述并聯功率開關管Q9并聯在主功率模塊輸出端正極與負極之間；主功率模塊輸出端正極依次與串聯功率開關管Q10和防反灌二極管VD3串聯；工作時，并聯功率開關管Q9和串聯功率開關管Q10交替導通。

5.根據權利要求4所述的熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統，其特征在于：所述并聯功率開關管Q9和串聯功率開關管Q10均采用Si基MOSFET功率開關管、Si基IGBT功率開關管、SiC型MOSFET功率開關管、SiC型IGBT功率開關管和GaN型功率開關管中的任一種。

6.根據權利要求1所述的熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統，其特征在于：所述主控制系統包括核心控制模塊，以及分別與核心控制模塊信號連接的電源驅動模塊、鎖孔特征量采樣模塊和開關控制模塊；

所述電源驅動模塊分別與主功率模塊、從功率模塊和高頻斬波調制模塊連接；所述鎖孔特征量采樣模塊分別與主功率模塊和從功率模塊連接；所述開關控制模塊分別與高頻高壓引弧模塊和水冷裝置連接。

7.根據權利要求6所述的熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統，其特征在于：所述電源驅動模塊包括高頻逆變驅動子模塊和高頻斬波驅動子模塊；高頻逆變驅動子模塊分別與主功率模塊和從功率模塊連接；高頻斬波驅動子模塊與高頻斬波調制模塊連接。

8.根據權利要求6所述的熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統，其特征在于：所述鎖孔特征量采樣模塊包括用于分別采集主功率模塊和從功率模塊電流信號的電流采集子模塊，以及用于分別采集主功率模塊和從功率模塊的電弧電壓信號的電壓采集子模塊。

9.一種權利要求1所述的熔池平衡震蕩脈沖深熔鎖孔TIG焊接系統的焊接方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1、根據工件和絲材的特性，在人機交互系統選擇相應的快頻脈沖深熔鎖孔TIG焊接工藝參數并發送到主控制系統，生成焊接流程控制時序；

S2、工業機器人控制焊槍進行移動使鎢極對準焊接起始點；主控制系統控制開啟水冷裝置和氣體裝置，為焊槍提供水冷循環，提前為焊接過程送保護氣；

S3、主控制系統按照焊接流程時序，控制快頻脈沖焊接電源、工業機器人、送絲裝置、焊炬高度調節裝置和氣體裝置協調完成快頻脈沖深熔鎖孔TIG焊接成形過程；

S4、熄弧后，水冷裝置和氣體裝置延后一定時間關閉，焊接過程結束。

10.根據權利要求9所述的焊接方法，其特征在于：所述步驟S3包括依次執行的起弧階段、電流上升階段、大電流階段、快頻脈沖鎖孔階段以及收弧階段；

所述引弧階段，開啟高頻高壓引弧模塊，輸出高頻高壓信號直至激發電弧；

所述電流上升階段，主功率模塊和從功率模塊輸出直流電流，高頻斬波調制模塊使主功率模塊輸出回路導通，從功率模塊輸出電流逐漸增大，直至達到預設的大電流；

所述大電流階段，維持大電流不變，直至檢測到熔池穿透焊件形成小孔；

所述快頻脈沖鎖孔階段，從功率模塊輸出基值電流，主功率模塊輸出低頻脈沖電流，由高頻斬波調制模塊對低頻脈沖電流進行斬波，完成高頻脈沖電流疊加，實現快頻脈沖深熔鎖孔焊接并在鎖孔過程同步進行熔池的平衡震蕩；

所述收弧階段，從功率模塊輸出電流逐漸減小，直至達到熄弧電流。