第４０卷第ｌ０期 雹珲梭 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｏ１．４０ ＮＯ．１０ Ｏｃｔ．２０１０ ２０１０年１Ｏ月 有限双极性软开关Ｃ Ｏ ２逆变焊接 电源的研究 张丽玲 ，张晨曙 ，尹 懿 ，薛家祥２ （１．南昌工程学院机械与电气工程学院，江西南昌３３００９９；２．华南理工大学机械与汽车 工程学院，广东广州５１０６４０） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ－ｐｏｌｅ ｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｃ０２ ｗｅｌｄｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｌｉ—ｌｉｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎ—ｓｈｕ ，ＹＩＮ Ｙｉ ，ＸＵＥ Ｊｉａ—ｘｉａｎｇ２ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００２９，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｔｅｃｈ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔａｃｔ：ｒＯｎ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ＰＷＭ ｈａｒｄ—ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ａ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ—ｐｏｌｅ ｓｏｆｔ— ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｌｏｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ＩＧＢＴ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ａｖｏｉｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ａ ｔｅｓｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｇｏｏｄ ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ＇ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ—ｐｏｌｅ ｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ＣＯ２ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ｉｎ ｗｅｌｄｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ—ｐｏｌｅ ｓｏｆｔ—ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｈａｓ ｈｉ【ｇｈ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ａｓ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｐａｔｔｅｒｓ ａｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｌｄ ｆｏｒｍｉｎｇ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｗｅｌｄｉｎｇ ｑｕａｌｉｙ ｉｔｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｖｉａ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ— ｐｏｌｅ ｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔ—ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ—ｐｏｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＣＯ２ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ；ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｕ 刖罱 硬开关控制方式。这种控制方式在功率器件开通和 关断过程中会产生较大的开关损耗，且开关器件的 驱动电路稳定性较差。因此，近年来软开关变换技 术成为新型逆变电源的研究热点［１－２］。软开关技术和 逆变式ＣＯ：焊具有很高的响应速度，易于实现 复杂的输出特性和改善焊接工艺，其应用越来越广 泛。但逆变Ｃ０ｚ焊电源普遍存在可靠性差等问题， 主要原因是目前逆变弧焊电源主电路多采用ＰＷＭ 收稿日期：２０１０－０５－３１；修回日期：２０１０－０７－０２ 基金项目：江西省自然科学基金资助项目（２００８ＧＺＣ００７０）；南 昌工程学院青年基金资助项目（２０１０ＫＪＯｌ１） 逆变技术相结合，功率器件实现了在零电流或零电 压条件下的开通和关断，极大降低了开关损耗，改善 器件的运行环境。对于大功率逆变弧焊电源，其主 电路主要采用全桥拓扑结构，移相控制全桥零电压 作者简介：张丽玲（１９７６一），女，江西南昌人，讲师．硕士，主要 从事焊接电源及焊接自动化的研究工作。 变换器符合这一要求，可应用于大功率逆变弧焊电 謦 … ’ 研究与设计 雹焊梭 失问题随之解决，环流也大大减小。 第４０卷 源。然而该电路存在其固有缺点：占空比丢失，软开 关的负载范围有限。而Ｃ０：焊电源工艺复杂，负载频 １．１有限双极性软开关技术控制原理 有限双极性控制的ＺＶＺＣＳ ＰＷＭ全桥电路拓 繁的变换在短路一负载一空载状态，很难在全负载 范围内实现软开关。此外，大功率逆变弧焊电源的 功率器件目前多采用ＩＧＢＴ，它存在拖尾电流，使 扑如图２所示。ＩＧＢＴ，－ＩＧＢＴ４为四个功率管（内带续 流二极管）组成一个全桥电路。其中，ＩＧＢＴ。、ＩＧＢＴ２组 其在移相控制全桥零电压变换器中损耗依然较大。 故设计了有限双极性软开关ＣＯ 焊逆变电源系统， 成超前桥臂，Ｃｔ、Ｃ 为ＩＧＢＴ的输出电容和外接电容 之和；ＩＧＢＴ３、ＩＧＢＴ 组成滞后桥臂；Ｃｂ为隔直电 主要解决ＩＧＢＴ拖尾电流大和占空比丢失问题，并 且通过电路测试实验和焊接工艺实验对所研制的 电源进行了测试和分析。 容，Ｌ为饱和电感。 为输出电抗器，Ｒ：为电弧等效 电阻。 １ 有限双极性软开关逆变电源控制 策略 一般的移相控制方式全桥变换器利用变压器 的漏感和开关管的寄生电容实现ＺＶＳ，通过调节移 相角来调节输出电压，其主电路结构如图ｌ所示。 图２有限双极性控制主电路 Ｆｉｇ．２ Ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ－ｐｏｌｅ 采用有限双极性的控制方法改进了传统的移 相ＰＷＭ电路［３】。超前臂与滞后臂同时开通，并且在 超前臂与滞后臂之间串联一个隔直电容Ｃ 和饱和 电感Ｌ。。饱和电感相当于一个开关，有电流时电感 饱和，相当于短路；没有电流或电流很小时，有较大 图１移相控制主电路 Ｆｉｇ．１ Ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄ 电感，相当于断路。利用隔直电容在环流期间加速 环流衰减，使得滞后臂实现零电流关断，并且利用 移相控制方式的电路拓扑结构简洁，控制方式 简单。实现了开关管的零电压开关，在很大程度上 解决了全桥变换中开关损耗过大的问题，在中大功 饱和电感Ｌ阻止ＬＣ振荡电流反向（反向电流不足 以使饱和电感饱和，其电感值很大）；在滞后臂开通 时，由于饱和电感处于不饱和状态使电流上升缓慢， 实现零电流开通。有限双极性软开关控制电路工作 时序如图３所示。其中， 广 为ＩＧＢＴｌ￣ＩＧＢＴ４各管 的驱动时序， 为ｆｚ６两点间电压， 为一次电流。 １．１．１ 开关模式一 ｔｏ－ｔｌ时刻为功率传输模式。ＩＧＢＴ 和ＩＧＢＴ４同 时导通，此时电流ｉ 一方面通过变压器将电源输入 率电源中得到广泛应用。然而，这种控制方法也存在 有以下几个缺点： （１）变压器一次侧的谐振电感导致二次电压占 空比丢失。 （２）变压器一次侧有较大环流。 （３）滞后桥臂在负载较轻时实现零电压开关较 困难。 能量传递给负载，另一方面给隔直电容Ｃ 充电。在 该时间段内，ｋ处于饱和状态，电容Ｃｂ上的电压成 为了解决这些问题，在此采用有限双极性ＰＷＭ 全桥控制方式。其主要思路是在不增加电路结构和 控制复杂程度的前提下，实现变换器不受负载范围 线性增加。一次电流ｉｐ＝［ｏ／ｎ（ｒｔ为匝数比）恒定不变。ｔ１ 时刻，关断开关管ＩＧＢＴ，，模式一结束。 １．１．２开关模式二 在 ｔ时刻超前臂ＩＧＢＴ，关断，电路中的电感（由 的超前臂零电压（ＺＶＳ）和滞后臂零电流（ＺＣＳ）软 开关，从而从根本上解决了滞后臂零电压开关困难 的问题，也不存在ＩＧＢＴ拖尾电流的问题。同时，由 于采用串联饱和电感Ｌ替代谐振电感Ｌ，占空比丢 ・变压器一次侧的漏感和二次侧的滤波电感相串联 构成）与开关管结电容Ｃ。、Ｃ２产生谐振。一次电流ｉ ６０・ｇ ，一，：， ；幺 ． 么 研究与设计 Ｄ Ｄ Ｄ 张丽玲等：Ｄ：芋 ０ 有限双极性软开关ＣＯ：逆变焊接电源的研究 Ｄ 第ｌＯ期 Ｃ：上的电压基本等于零，所以超前臂ＩＧＢＴ２实现了 ＺＶＺＣＳ。这段时间内，隔直电容的电压不变，一次电 流基本为零，电源电压加在饱和电感上，经一段时 间使其饱和后，电流才会线性增加。ｔ 时刻，一次电 流上升到ｌｏ／ｎ，变压器二次侧整流二极管ＶＤ５、ＶＤ 导通，完成对管间的切换回到模式一的工作状态。 以上是半个周期的＿Ｔ作情况，另一半情况相似。 综上可知，滞后臂处于零电流开通和零电流关断； 超前臂零电压开通，关断靠并联在管子上的电容实 现近似零电压关断。 １．２实现零电压和零电流的开关条件刚 １．２．１超前臂实现零电压的条件 在一个完整的开关周期中，超前臂开关管ＩＧＢＴ 、 ＩＧＢＴ２是在其输出结电容作用下零电压关断的；而 ，０ ｆＩ，２＾１４如ｔ６ 零电压开通是通过线路电感与开关管输出结电容 产生谐振实现的。为了实现零电压开通需满足两个 条件阁： 图３有限双极性软开关控制电路工作时序 Ｆｉｇ．３ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｑｌｔｌｅｌｌ￣ｅ ｏｆｌｉｍｉｔｅｄｄｏｕｂｌｅ－ｐｏｌｅ ｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ 从ＩＧＢＴ。中转移到Ｃ。、Ｃ：支路中，Ｃ 充电，Ｃ２同时 放电。由于 不能突变，开始时为零，实现ＩＧＢＴ－的 （１）谐振电路本身（参数和状态）应保证能通过谐 振使导通管结电容完全放电。 （２）驱动信号必须在导通管结电容完全放电（两 端电压降为零）后给出，即同一桥臂的导通与关断 信号之间的间隔应大于相应结电容的充放电时间。 模式二中Ｃ 的放电时间为 十一零电压关断；饱和电感流过电流，尚未退出饱和状 态，阻抗为零。当 做好准备。 １．１－３开关模式三 在ｔ２时刻为隔直电容Ｃｂ阻断环流模式，ｉ 通 过ＩＧＢＴ４和ＶＤ２续流，隔直电容Ｃｂ的电压上升到最 大Ｕｃ。 。饱和电感Ｌ 尚未退出饱和状态。由于变压 器一次电压为零，一次电流小于二次电流，变压器 二次侧电感使整流二极管ＶＤｓ～ＶＤ 均处于正向导 通阶段，变压器一、二次侧短路， 全部加在变压 降到零时，二极管ＶＤ２续流，ｔ２时 刻ＩＧＢＴ２上的电压为零，为下面ＩＧＢＴ２的零电压开通 （Ｃ１＋Ｃ２） 玉 ｌ ｎ 、 Ｊ ，１、 为了保证超前臂的零电压开通，两个超前臂的 死区时间 ｄ（即ｔｓ－ｔ。）必须满足 ｔｄ≥ （２） 当轻载时，Ｃｚ放电需要的时间ｔ 相应增大，但 轻载时有限双极性控制的两个超前臂的死区时间 也相应增大，从而克服了传统移相控制死区不好调 器漏感上。在隔直电容Ｃｈ的作用下，一次电流迅速 下降。 １．１．４开关模式四 整的问题，因此Ｃ，、ｃ２可较大，以改善超前臂零电 压关断效果。 １．２．２滞后臂实现零电流的条件 滞后臂开通的瞬间，由于电路中存在饱和电感， 作用下 反向变化， 所以电路中电流上升速度会比较缓慢，可视为零电 流开通。滞后臂的零电流关断是通过隔直电容和饱 ｔ３时刻 下降为零时，在 由于 退出饱和状态，呈现大阻抗，所以隔直电容 上的电压不变，ＩＧＢＴ４仍然导通，但是没有电流流过。 ｔ 时刻滞后臂ＩＧＢＴ４零电压零电流自然关断。此时 不对负载传输功率。 １．１．５开关模式五 ｔ５时刻ＩＧＢＴ２、ＩＧＢＴ３同时开通。在导通瞬间，由 和电感使一次电流在滞后臂关断前衰减至零实现 的。零电流实现的程度也就主要取决于饱和电感的 阻断时间。阻断时间ｔ 为 Ａ ，一一一 ２ＮＢｆｉ 、 于电感Ｌ不饱和，其阻抗很大，电流上升速度缓慢。 ＩＧＢＴ：、ＩＧＢＴ３处于零电流导通状态。且开通时电容 式中 Ⅳ为匝数；日 为磁心的饱和磁密；Ｓ为磁心 的有效截面积。 一骞 ・６１・ 研究与设计 重珲撤 第４０卷 ２ 有限双极性软开关Ｃｏ２逆变焊接 电源设计 ２．１焊接电源的组成 逆变弧焊电源主要由逆变主回路、ＰＷＭ调制 电路及ＩＧＢＴ驱动电路和控制电路组成。系统结构 如图４所示。 送丝机构 图５峰值电流模式控制 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｐｅａｋ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ 电源、送丝系统、三维行走机构、焊接动态小波分析 仪、工业控制计算机等组成实验系统。 实验条件：母材为低碳钢，规格２００ｍｒｎｘｌ１３０ｍｍ￣ ３ ｒｎｌｎ：在母材上进行堆焊，焊丝直径 １．２ ｍｍ；保护 气体为工业ＣＯ２；焊接速度０．３－０．６ ｍ／ｍｉｎ。 图４有限双极性软开关Ｃ０２逆变焊接电源组成 Ｆｉｇ．４ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ－ｐｏｌｅ ｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ＣＯ２ ｗｅｌｄｉｎｇ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ３．２工艺实验方案和结果分析 ３．２＿１ 影响因素及实验方案确定 ＩＧＢＴ逆变主电路提供整个逆变电源焊接时所 在Ｃ０：气体保护焊中，影响焊缝成形质量的主 要因素有：焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊丝类 型、焊丝干伸长、保护气体流量等。其中焊接速度是 需的能量，三相丁频交流电经过整流、输入滤波变 为直流电后，通过功率变换器的逆变、降压和高频 整流，再输出滤波后获得满足Ｃ０：焊接系统＿Ｔ艺所 需要的输出外特性。控制电路是整个系统的核心部 分，主要接收主变压器一次侧反馈和输出电流电压 影响焊缝熔深、熔宽、余高的重要因素；焊丝干伸长 与电弧的稳定性和焊接过程中的飞溅直接相关；保 护气体在焊接过程中起到保护焊缝作用，其流量在 稳定流层的基础上应尽量大些。ＣＯ２焊对于 １．２ｍｌｎ 反馈，包括送丝送气控制系统、ＩＧＢＴ驱动电路，并 实现电子电抗器波形控制功能。 的焊丝，推荐最佳焊接电流为８０－２００ Ａ；电弧电压 １９－２５ Ｖ；焊接速度０．３－０．６ ｍ／ｍｉｎ；焊丝干伸长６～ １５ ｍｒｎ；保护气体流量８－１５ Ｌ／ｍｉｎ。为了更清楚地考 ２．２ 有限双极性软开关Ｐ删驱动电路设计 控制和ＩＧＢＴ 控制电路采用峰值电流控制模式，其控制原理 察焊接速度、焊丝干伸长、气体流量对焊接效果的 影响。故焊接电流和电弧电压取定推荐值。 ３．２．２实验结果分析 为了说明整个实验过程中焊接波形与实际焊 接效果的关系，选出两组进行对比，用其所对应的 焊接原始电流电压波形图和焊缝照片作分析比较， 从而分析总结工艺参数对ＣＯｚ焊的焊缝成形和飞 框图如图５所示。峰值电流模式采用双闭环控制， 内环控制功率器件的峰值电流，外环控制输出的平 均电压或平均电流。 ｒ是参考电压， 是反馈电 压，这两个电压经误差放大器相位补偿和放大后得 到电压 ，该电压即为控制电压。 为功率器件电流 瞬时值转换而来的电压值。当时钟信号到来时，Ｑ输 出高电平，电感电流开始上升，内环的峰值电流采 样值 就按比例上升。当 达到 时，ＰＷＭ比较器 溅的影响规律。 ０１号、０２号焊接规范（具体规范参数见表１）的 波形如图６所示。由图６ａ可知，０ｌ号焊接规范的电 翻转，触发器Ｒ端为高电平，使Ｑ输出低电平，电感 电流开始下降，直到下一个时钟信号的来临。 流波形和电压波形都很规则且重复性好，表明焊接 过程电弧特性良好，短路过渡过程稳定性好。而图 ６ｈ中０２号焊接规范的电流波形、电压波形则相对 ３有限双极性软开关Ｃｏ２逆变焊接 电源工艺实验 ３．１ 实验设备及实验条件 采用ＩＧＢＴ有限双极性软开关ＣＯ２逆变焊接 －凌乱，且常有断弧等现象发生，焊接过程不稳定。这 是由于在焊接电流不变的情况下，焊接速度、干伸 长和气流量的增大，导致弧长变长而使电弧的自调 节能力变差。 ６２・ 叭 研究与设计 ∞ 张丽玲等：有限双极性软开关ＣＯ 逆变焊接电源的研究 第ｌＯ期 舳舳 表１焊接实验结果 Ｔａｂ．１ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｓｔ １ Ｏ１ 编号焊接电弧焊接 焊丝 气体 焊接现象 电流电压速度干伸长流量 焊接有无有无 ７ ７ ／／Ａ Ｕ／Ｖ ｖ／ｍ ｍｉｎ ／／ｍｍ ＿ａｒｉｎ－１稳定性断弧飞溅 ０．３ ０．６ Ｏ２ 很好 无¨较差ｎ 一少量 图７ ０ｌ、０２号焊接规范的焊缝照片 Ｆｉｇ．７ Ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｂｅａｄｓ ｉｎ ＮＯ．０１ ａｎｄ ＮＯ．０２ 较多很大 少量较多 很，】、 ０．５ Ｏ．４ 般很好 无现场焊接时也有爆躁的声音和较大的飞溅。 ０３、０４号焊接规范（具体规范参数见表１）的波 ｌ。ｏ０ ８Ｏ０ ０ ≤ ６０形如图８所示，焊缝照片如图９所示。由图可知，０４ 号规范的焊接稳定性、飞溅量和焊缝成形都比０３号 。。２。。 ０ 言 规范要好得多。 Ｉ Ｏｏ０ ００ ８Ｏ 一 丸 １００ ８０ ８ＯＯ １ ０００ ｝ ≤：： ２。。 ０ Ｌ ：言 咖 啪 ㈣ 伽 瑚０ ｎ ８００ ６００ 《 ４０ｏ ２００ Ｏ ５４ Ｉｌ ２ｌ】 Ｉ】２６８ ｌ】３２５ ｌ１ ３８２ －＿ｒ ６ ７８９ ６ ８】４ ｗｖ ６ ８４０ ６ ８６６ ：言 ２。 －－ ０ Ｉ１ ４４８ 《 ６７６３ ｔ／ｍｓ ａ ０１号焊接电流、电压波形 Ｉ Ｏ００ ８ＯＯ １。０ ８Ｏ ＩｌＩＩ ｌ ≤：： ２００ Ｏ ５ ７ｌ５ ａ ０３号焊接电流、电压波形 蚰 ∞ ∞ 加 ０ ｎ Ａ ５ ７８３ ５ ８５０ ＾ ＾ 阳 ５ ９Ｉ７ ５ ９８４ ２。 ０ ６ ０５１ 】００ ｌ Ｏｏ０ ８００ ６ＯＯ ８０ ０ ７６ ｌ９ ２０５ Ｊ９２３４ 】９ ２６３ 】９２９２ Ｉ９３ ≤４０ｏ ２ｏ０ ■■ ｌ● ＿・ Ｌ ］ ．．Ｉ＿』 －■－ Ｊ＿＿ ｌｆ ｌ －１卜 ｜１Ｊ－ － ｌ－．Ｉ ２。 ５ ７８３ ５ ８５０ ５ ９１７ ５ ９８４ ０ ６ ０５ ７ｌ５ ｔ／ｍｓ ｂ ０２号焊接电流、电压波形 图６ ０１、０２号焊接规范的波形 Ｆｉｇ．６ Ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｉｎ ＮＯ．０１ ａｎｄ ＮＯ．０２ ９ ｌ７６ ｌ９ ２０５ 气 —Ｉ ■ ｌ９ ２３４ ｌ９ ２６３ ｌ９ ２９２ Ｉ９ ３２ ０１、０２号焊接规范的焊缝照片如图７所示。由 图可知：０１号的焊缝成形好，表面较为光洁，而且 实际焊接时重复性很好，焊接现场声音柔和，飞溅 较小；而０２号焊缝成形相对较差，表面不太平整， ｂ ０４号焊接电流、电压波形 图８ ０３、ｏ４号焊接规范的波形 Ｆｉｇ．８ Ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｉｎ ＮＯ．０３ ａｎｄ ＮＯ．０４ Ｐａｇｅ ９７ 生产与应用 徐志远等：闭合式磁力接头在电焊机地线上的应用 第１Ｏ期 经测试表明：可闭合式磁力地线接头仅仅对于 吸附的工件有影响，对于工件的整体焊接性无改变。 ４闭合式磁力焊机地线接头的使用 （１）使用闭合式磁力焊机地线接头时，先将接头 中心体吸附在金属材质的工件上，然后用Ｍ１０螺栓 将接头的外框紧固在中心体上，即可正常焊接。拆卸 时先关闭磁力开关，后取下地线接头，如图３所示。 图３现场实际应用 （２）对于不适合可闭合式磁力地线接头的工件 先将地线接头的非磁力部分焊接在需要施焊的工 件上，然后取出地线的中心体，即可进行正常焊接。 接触面增加，不会发生导电不良的现象。该接头结构 简单，使用方便，最大限度地保证了焊接回路电流 的畅通和工件表面的清洁。焊接质量提高，焊工的劳 动强度减小，劳动效率提高。高空作业时，地线安装 方便，既能有效减少了弧光和飞溅对焊工的伤害， 也在一定程度上降低了高空作业带来的风险。 坐 誊业 坐 业业 －ｓ／￣￣业 ５ 结论 闭合式磁力地线接头使焊机与焊接工件之间 坐出 业业 生业 逝韭・生业业－ｓ，ｌｔｔｒ业 坐 业 Ｐａｇｅ ６３。 臂零电压开关、滞后臂的零电流开关，解决了移相 ０３ 控制在负载较小时滞后臂软开关实现困难的问题， 改善了传统移相控制中变压器二次侧占空比丢失 状况。 Ｕ４ （２）设计电源主电路，针对ＩＧＢＴ的应用特点设 计了性能优越、保护可靠的控制电路。实验表明所 设计的主电路和控制电路具有运行稳定、控制效果 好等特点。 （３）建立了有限双极性ＣＯｚ焊工艺实验的实验 图９ ０３、０４号焊接规范的焊缝照片 ］Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｂｅａｄｓ ｉｎ ＮＯ．０３ ａｎｄ ＮＯ．０４ 由图８ａ可以直观地看到，０３号规范的电流电 压波形不是很规整，中间出现连续的小尖峰电流， 电弧重燃现象和跳弧等不良现象时有发生。这表明 ０３规范的焊接过程不稳定，这是因为０３号规范配 平台。通过工艺实验，对影响ＣＯｚ焊的各种因素进 行了分析研究，选取了适当的工艺参数；利用焊接 过程中所采集到的电流电压波形图和焊缝照片的 合得相对不好。焊接速度过快，熔宽、熔深降低，使 气体的保护作用受到破坏，从而焊缝成形较差；干 伸长较长导致飞溅大、电弧不稳定；气流量又较小， 气体挺度不够，降低了对熔池的保护作用。这些不良 后果，在图９的０３号焊缝上都直接体现出来：焊缝 表面不平整、成形不均匀，飞溅大且表面被氧化。而 因０４号焊接规范的各参数匹配较好，所以从图８ｂ 中可知焊接电流电压波形整齐且规律。这说明０４ 号规范焊接过程稳定，实际焊接时０４号规范焊接 时声音柔和，过程稳定，飞溅也小。这些在图９的 对比分析，分析了不同参数对焊接过程的影响规律， 从而优化了焊接工艺参数。 参考文献： 【ｌ】汪殿龙，常云龙，王宗杰，等．软开关技术在弧焊逆变器 中的应用［Ｊ］．沈阳工业大学学报，２００２（５）：３９５—３９８． 【２】陈树君，卢振洋，黄鹏飞，等．双零软开关弧焊逆变电源【Ｊ１． 焊接学报，删３）：１－４． 【３】勒成梁，陈国柱．一种适合于宽负载条件运行的有限双极 性软开关ＤＣ／Ｄｃ变换器［Ｊ］．电源技术应用，２００６（９）：１－５． 【４】Ｓｅｏｎｇ－Ｊｅｕｂ Ｊｅｏｎ．Ａ Ｚｅｒｏ－Ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｅｒＺｏ－Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｆｕｌｌ Ｂｒｉｄｇｅ ＤＣ－ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ［Ｊ］． ４号焊缝上面也都体现出来：焊缝表面光亮且有鱼 ０鳞纹、成形均匀、熔深熔宽较好及飞溅很小。 ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００１，１６（５）：５７３－５８０． ４ 结论 （１）分析了有限双极性软开关电源的控制原理， 【５］Ｇｕｉｃｈａｏ Ｈｕａ，Ｆ捌Ｃ．Ｌｅｅ，ｎｄ ａＭｉｌａｎ ＭＪｏｍａｎｏｉｃ．Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｚｅｒｏ．．ｖｏｈａｌ￣ｅｓ．．ｓｗｉｔｃｈｅｄ ＰＷＭ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｓａｔｕｒａｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔｏｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｆｏｎ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，１９９２（８４）： ５３０－５３３． 在不增加系统复杂性的基础上，实现了ＩＧＢＴ超前
