《新型高频耦合脉冲TIG焊接装备》

在铝合金等有色金属焊接结构的制造中,生产中沿用的焊接工艺主要是变极性氩弧焊,该焊接工艺易产生气孔(包括宏、微观气孔)、晶粒粗大、软化区宽等缺陷,导致焊接接头的性能下降,显著影响整体结构的性能和寿命。高频脉冲电弧对熔池的搅拌作用,对促进气孔逸出、细化晶粒等方面特点已在理论上得到验证。项目创新性的将高频脉冲能量与变极性氩弧焊电弧能量耦合,输出一种复合电弧,并配合焊接工艺,实现焊缝区晶粒的细化和均匀化,减少和消除气孔,有效控制焊接过程的热输入,保证了铝合金焊接结构的高质量,长寿命。

(1)变极性氩弧焊采用软开关技术主回路,提高焊机可靠性和稳定性。软开关技术使逆变电源的开关损耗趋近于0,提高了设备的可靠性,且产品具有体积小、重量轻、节能、功率因数高等优点。

(2)高频耦合脉冲电源采用特殊的斩波电路结构设计。在电流300A,频率10kHz~40kHz时,高频脉冲仍有较快的电流的上升率和下降率,保证了高频脉冲的有效性。

(3)控制回路采用DSP、CPLD等高速处理器,有效控制焊弧稳定性,实现焊接过程各参数的精准控制。

(4)高频脉冲与变极性氩弧焊的同步并联。两台焊机之间采用数字同步通讯,实现高频脉冲电流的自动耦合输出。高频耦合脉冲电流只叠加于直流正接(DCEN)阶段,在充分保证阴极清理作用的同时,最大限度地利用直流正接时间发挥高频脉冲能量的效用。

(5)高频脉冲交流耦合波形的选取。采用交流脉冲+高频脉冲复合焊的焊接工艺,能够实现热输入可控、宏微观气孔减少、接头组织的均匀和晶粒细化等,达到“控形、控性”的效果。

(6)采用无线联网技术,实现焊接参数的远程传输和焊机群控。以无线传输的方式完成焊机与管理服务器通信,实现用户在线监视、控制、管理焊机功能。

(7)配套焊接机器人实现机器人自动焊接。采用DeviceNet通讯协议的通讯标准,与焊接机器人配套。

该项目产品自2014年投入市场以来,已应用到高铁、航空、航天等铝合金焊接中,经客户长期使用反映,焊接装备运行稳定,焊缝质量高。将逐步摆脱对发达国家高端焊接装备的依赖,特别是装备与工艺的数字化结合、工艺与材料的精量化配套,从而改变了以往“装备大众化,工艺粗放化”的传统模式。

产品已累计生产21000多台,实现销售额2.1亿元,利税4200万元。推动了中国焊接装备节能化、数字化的产业升级。项目已获发明专利8项、软件著作权2项,培养研究生7人。

成果说明

项目产品自2014年投入市场以来,不断扩大产品市场范围,市场占有率和销售迅速成为国内工业用焊接装备的标杆。项目产品已累计销售21000多台,实现销售收入2.1亿元,新增利税4200万元,并带动焊材、配件等相关产业的发展,带动了本地区经济的发展。 经过客户长期现场使用后反映,新型高频耦合脉冲TIG焊接装备与同类型焊接装备相比有如下特性: ①运行稳定,控制调节性能好,电弧稳定,焊接可靠性高,焊接性能优越,气孔明显降低,完全能够满足航天等行业对高端铝合金焊接工艺要求; ②焊接电弧稳定,焊缝成型美观,极大地

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