[發明專利]基于SiC功率器件的局部干法水下快頻MIG焊接方法

在審

• 申請號: 202310044297.0
• 申請日: 2023-01-30
• 公開（公告）號: CN116021122A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 王振民;賈建軍;廖海鵬;田濟語;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;B23K9/32
• 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

本發明提供了一種基于SiC功率器件的局部干法水下快頻MIG焊接方法，采用快頻脈沖主電路與基值電流主電路疊加輸出電流波形對工件進行焊接；快頻脈沖主電路和基值電流主電路疊加輸出的電流波形帶有低、中、高三重頻率疊加：在單個低頻周期中嵌設有中頻波形，中頻波形中嵌設有高頻脈沖；中頻波形由若干連續的高波峰波形與若干連續的中波峰波形組成以形成強弱能量群；利用高頻脈沖的電流快速變化來產生強烈磁場，使電流波形產生的電弧根據電流變化方向受到收縮的電磁力，從而形成對熔池的攪拌作用。該MIG焊接方法能夠對熔池產生強烈的機械攪拌作用，能解決水下焊接焊縫氣孔多、裂紋多和晶粒不均勻等缺陷，大大提升水下焊接質量。

技術領域

本發明涉及MIG焊接技術領域，更具體地說，涉及一種基于SiC功率器件的局部干法水下快頻MIG焊接方法。

背景技術

隨著對海洋的不斷開發，針對水下裝備的焊接修復技術也變得越來越重要，而水下焊接能很好的解決裝備破損的問題。局部干法熔化極惰性氣體保護焊(LDU-MIG)以其焊接效率高、焊縫成型好和操作靈活簡單的優勢，成為水下焊接的研究熱點。現有的水下MIG焊接方法，大多采用Si基IGBT模塊作為開關管，逆變頻率通常不能超過20kHz。Si基功率器件的各項性能參數已經達到理論極限，而且Si基IGBT的關斷時間很長，會有很大的開關損耗，很難提高開關速度。而Si基MOSFET的耐壓通流能力差，不適用于大功率場合。作為寬禁帶半導體的SiC功率模塊，既能達到很高的開關速度，又有很大的通流能力，非常適用于大功率、高頻率的應用場景。因此，利用SiC功率模塊能夠很大的提升焊接方法系統的能量密度和控制精度，提升焊接方法的總體性能。

目前，水下MIG焊接方法輸出的電流波形大多為普通脈沖，因此水下MIG焊接方法輸出的電弧對熔池的攪拌作用并不十分理想，所形成的焊縫質量存在氣孔、裂紋和晶粒不均勻等缺陷，焊縫性能不能滿足大型結構物的重大水下焊接需求。

發明內容

為克服現有技術中的缺點與不足，本發明的目的在于提供一種基于SiC功率器件的局部干法水下快頻MIG焊接方法；該MIG焊接方法能夠對熔池產生強烈的機械攪拌作用，能解決目前水下焊接焊縫氣孔多、裂紋多和晶粒不均勻等缺陷，大大提升水下焊接質量。

為了達到上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：一種基于SiC功率器件的局部干法水下快頻MIG焊接方法，采用快頻脈沖主電路與基值電流主電路疊加輸出電流波形對工件進行焊接；快頻脈沖主電路和基值電流主電路疊加輸出的電流波形帶有低、中、高三重頻率疊加：在單個低頻周期T_L中嵌設有中頻波形，中頻波形中嵌設有高頻脈沖；所述中頻波形由若干連續的高波峰波形與若干連續的中波峰波形組成，以形成強弱能量群，利用強弱能量群對熔池沖擊的強弱差異來形成對熔池的攪拌作用；利用高頻脈沖的電流快速變化來產生強烈磁場，使焊接方法產生的電弧根據電流變化方向受到收縮的電磁力，從而形成對熔池的攪拌作用。

本發明MIG焊接方法，在低頻周期中調制中頻波形，焊接過程中電弧形貌不斷發生著弧長拉長/縮短，熔滴過渡不斷從射滴過渡/大滴過渡轉變，使焊接過程中傳熱傳質傳力存在著兩種強弱能量群，強弱能量群對熔池沖擊存在較大的差異，形成攪拌作用；同時，高頻脈沖由于電流快速變化而產生強烈的磁場，根據電流變化方向，電弧沿徑向受到收縮的電磁力，電弧挺度提升，高頻脈沖的頻率越高，波峰與波谷切換的速度越快，電弧收縮程度越明顯，對熔池產生強烈的機械攪拌作用。因此，本發明MIG焊接方法能夠解決目前水下焊接焊縫氣孔多、裂紋多和晶粒不均勻等缺陷，大大提升水下焊接質量。

優選地，所述快頻脈沖主電路和基值電流主電路疊加輸出的電流波形是指采用如下兩種方案之一：