A novel 300 kW arc plasma inverter system based on hierarchical controlled building block structure

To date, the high power arc plasma technology is widely used. A next generation high power arc plasma system based on building block structure is presented. The whole arc plasma inverter system is composed of 12 paralleled units to increase the system output capability. The hierarchical control system is adopted to improve the reliability and flexibility of the high power arc plasma inverter. To ensure the reliable turn on and off of the IGBT module in each building block unit, a special pulse drive circuit is designed by using pulse transformer. The experimental result indicates that the high power arc plasma inverter system can transfer 300 kW arc plasma energy reliably with high efficiency.     

工艺参数对焊接等离子弧的影响

基于双区域近似电弧模型的理论,研究了工艺参数对喷嘴出口处转移型焊接等离子弧的影响,给出了喷嘴出口处等离子电弧的伏安特性曲线,以及在不同离子气流速和喷嘴直径的条件下,电弧的弧柱半径及压力随焊接电流变化的曲线,并与试验数据进行比较,比较结果表明,计算结果与试验测量值吻合良好。同时还分析了喷嘴直径、钨极内缩量以及离子气流速在相应的焊接电流下对等离子弧功率与电弧力的影响,并绘出曲线图。研究结果表明,对于中小电流规范下的转移型等离子弧焊接,采用双区域近似电弧模型来研究喷嘴出口处等离子弧的特性是可行的,该模型计算简便,可为得到高质量等离子弧焊接的设计及生产提供理论基础。     

等离子弧及新型IGBT微束等离子焊接设备

介绍了等离子弧及新型ＩＧＢＴ微束等离子焊接设备。     

铝合金脉冲变极性等离子弧焊接工艺

研发了一种单电源双脉冲混合调制VPPA(variable polarity plasma arc,VPPA)焊接系统,在典型VPPA焊接基础上加入高低频调制脉冲,可输出1~5 kHz高频脉冲,1~2 Hz低频脉冲及高低频混合脉冲. 以3003铝合金为试验对象,采用脉冲VPPA焊接方法,对其进行焊接试验,并通过焊接接头拉伸性能测试、显微相组织分析及断口扫描电镜等手段对铝合金的焊接质量和接头性能进行了分析. 结果表明,由于高低频混合脉冲电流的周期性变化,对熔池产生搅拌、冲击作用,从而提高了焊接接头抗拉强度,细化焊缝晶粒组织,断口韧窝趋于均匀且密度增加,提高了铝合金焊缝质量.     

Fe-Al金属间化合物对钢表面增强工艺参数的影响

进行了Q235钢表面的预制粉末覆层的等离子熔覆,研究了等离子熔覆工艺对熔覆层表面成形的影响,在此基础上得到了合适的熔覆工艺参数.进行了熔覆层组织的金相分析及熔覆层显微硬度测量与分析.结果表明,熔覆电流、焊枪摆动频率、熔覆速度的改变均能引起热输入的明显变化,影响熔覆层组织形态,基体熔化程度,以及界面的结合状态,进而影响熔覆层的耐磨性及耐腐蚀性.试验条件下的最佳熔覆工艺参数为熔覆电流130 A,熔覆速度5 cm/m in,焊枪摆动幅度4 mm,摆动频率0.4 Hz.     

反极性弱等离子弧堆焊基本特性的分析

对反极性弱等离子弧堆焊基本特性进行了研究,分析了反极性弱等离子电弧的能量密度在不同气体流量和气体含量下的变化规律、电弧压力径向分布特性、电弧的热特性、反极性弱等离子弧的燃烧稳定性及静特性等特点.结果表明,反极性弱等离子弧具有较均匀的电弧压力,弧底部的电压径向分布、电流径向分布和阴极斑点的分布三者一致,均呈凹形分布,阴极斑点能量约占电弧有效能量50%,有90%以上的电流分布在内圆直径10 mm的圆环区,通过保护气流可以控制能量密度.反极性弧的阴极雾化作用有效地改善了堆焊金属与基体金属的结合状况.这就使得反极性弱等离子弧成为异种材料堆焊领域中一种理想的热源.     

大电流钨极氩-氦混合气体电弧行为分析

采用水冷紫铜阳极和水冷TIG焊枪，在60—400A的直流电流范围内，对钨极氩—氦混合气体电弧的行为进行了测定和分析，主要测定和讨论了氩、氦及其不同配比的混合气体电弧的静特性、电弧形态、阴极热功率、阳极热功率等内容。结果表明，随着氦气体积流量分数的增大，特别是当其大于80％以上时，电弧电压明显增大，阳极热功率所占比例明显增大，而阴极热功率所占比例却明显减少。试验中使用TIG焊接方法，通过增大氦气体积流量分数和焊接电流，可完全实现常温下中、厚紫铜试件的熔化，获得足够的熔深和良好的熔深形状，进而可实现不预热焊接。     

新型半桥式零电流转换PWM逆变弧焊电源的研究

IGBT在关断时存在电流拖尾现象,限制了开关频率的进一步提高。为了解决这一问题．提出了一种新型的半桥式零电流变换器．在该变换器中,IGBT开关时工作在零电流状态．可大大减小开关损耗,提高开关频率。将零电流转换技术应用于半桥式逆变弧焊电源中．详细分析了其工作原理。最后．研制出了最大输出电流为160A,最大输出功率为5．2kW的逆变弧焊电源。     

逆变式等离子切割电源主电路的设计与仿真

针对国内逆变式空气等离子切割机的现状,对一种大功率空气等离子切割电源的主电路进行了设计,并对元器件进行了选择.该电源采用IGBT逆变式全桥电路结构,主电路采用较为常用的AC-DC-AC-DC逆变模式,通过对变压器、功率开关管、输入电路以及输出滤波电路等的设计,选择了工作电流为100A,电压为150V,开关频率为25 KHz.通过MATLAB下的仿真试验证明了所设计的主电路合理、有效,符合预定要求.     

铝合金变极性等离子弧焊接工艺中的双弧现象

在铝合金变极性穿孔型等离子弧焊接工艺中，维弧电源对变极性电弧的稳定和工件受力状态有显著影响。在反极性时间内，部分主电流会通过维弧电源在喷嘴和工件之间形成自由电弧，产生双弧现象，增大喷嘴的烧损，同时，双弧的产生减小了反极性期间的等离子电弧力，使得电弧的穿透能力减小。     

变极性等离子弧焊换向过程的变阻尼现象

通过试验证实了变极性等离子弧焊换向过程中存在焊接电流谐振现象,且不同极性转换时电流谐振峰值不同,即"焊接电源-等离子弧"系统在换向时呈现变阻尼状态.对换向过程燃弧机理分析表明钨极与工件作为阴极发射电子能力的差异是造成此现象的根源,进一步对换向电路分析后可知,换向系统的阻尼比为时变量.在不改变换向速度保证燃弧稳定性的情况下,通过对换向后系统阻尼比的调整,显著降低了电流谐振峰值,改善了大电流焊接时换向器件的工作状态.     

提高大功率可控硅等离子切割机暂载率的有效途径

由于大功率可控硅空气等离子面所需空载电压较高,而切割时的电弧电压仅为空载电压的1／2－1／3,导致目前的大功率可控硅等离子切割机均存在暂载率低的现象。其实质因大的移相角,导致功率因素下降。为了保证额定的输出,电路中流过较大的电流,产生大量的无用功,线圈发热严重,暂载率下降。本文通过改变主电路的拓扑结构,在部分初级线圈中串接电容,对无功功率进行补偿,提高功率因素,克服了以往只对网络功率因素补偿,而不对负载功率因素补偿的缺点,减少额定功率输出时流过变压器原边的输入电流,提高了暂载率,使变压器工作在最佳状态,     

高效能超音速等离子喷涂系统的研制

研制的HEPJet高效能超音速等离子喷涂系统，最大功率80kW，最大工作气体流量6m^3／h，可以喷涂金属粉末、碳化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末。单阳极内送粉结构的高效能超音速等离子喷枪，为国内外研究超音速等离子喷涂技术开创了一条新路。80kW级20kH脉宽调制IGBT逆变电源解决了输出电压高、输出电流大、高频干扰强等一系列难题，工作可靠。在保证涂层的结合强度、孔隙率等性能指标的前提下，喷涂成本比国外产品降低一半以上。     

变极性等离子电弧压力的影响因素分析

利用U形压力计测试了不同工艺参数条件下的变极性等离子焊接的电弧压力,利用正交试验测试了不同正极性电流、反极性电流、正反极性时间比和等离子气流量四种参数条件下的电弧压力.结果表明,电弧压力随着这些因素的增加而增加,而四种因素对电弧压力影响的大小依次为:等离子气流量>正极性电流>正反极性时间比>反极性电流.分析原因,等离子气流量是通过冷却压缩提高电弧压力,压缩了电弧尺寸,而焊接电流则通过电磁压缩,但也提高了电弧半径.由于正反极性阶段电弧压力的差异较为明显.因此正反极性时间比对电弧压力也有显著的作用.

Abstract：

VPPA pressure was measured at different welding parameters by U-tube barometer method. The effects of different welding conditions on arc force, including straight polarity current, reverse polarity current, time ratio, plasma gas flow rate were analyzed by the orthogonal experiment. The results indicates that VPPA pressure increased with these four parameters, and the influences of the welding parameters are in order of plasma gas flow rate, straight polarity current, time ratio, and reverse polarity current. Then the mechanisms were discussed. The plasma gas can cool and compress the arc column and compress the arc radius, which increases the VPPA pressure; while the welding current increases the arc radius by electromagnetic compression, which enhances the VPPA pressure. Moreover, due to the great difference of VPPA pressure between straight polarity phase and reverse polarity phase, time ratio is also one of key factors to VPPA pressure.     

等离子-MIG焊接设备的设计与研制

采用双电源供电和双电弧共枪体等技术，成功地完成了等离子-MIG焊接设备的研制。在设计中还采用了焊接参数专家库管理和等离子枪体计算机辅助优化设计等技术，并将该焊接方法应用于三峡电站大型开关断路器的制造过程。     

焊枪末端受扰响应分析及其共振研究

焊接机器人工作中不可避免地产生电弧力,一定程度上影响了焊接稳定性。针对这一问题,首先在SolidWorks中搭建3R焊接机器人模型进行仿真,分析焊枪在焊接工作中受电弧力的影响来揭示其焊接过程的动力学特性,探索末端焊枪作业稳定性与焊接区电弧力之间响应关系,并结合复杂多变的工况,选取多组不同大小、性质和频率的电弧力进行分类仿真,找到不同的干扰电弧力与焊枪运动稳定性之间的关联。研究表明:不同大小、不同性质和不同频率的电弧力对焊枪的扰动均存在一定规律,且频率的改变尤为突出;通过进一步频率的细化分析,发现当焊接电源频率趋于20 Hz时,焊枪抖振异常剧烈,发生共振现象。研究结论为避免焊枪异常共振提供了一定的参考。     

基于DSP的数字化控制逆变式空气等离子切割电源研究

采用数字信号处理器DSP56F805,建立了逆变式空气等离子切割电源数字化控制系统.利用霍尔电流传感器检测电源输出电流,通过采样与A/D变换、数字滤波和PID控制实现了稳定的恒电流输出特性,并通过大林算法克服了数字PWM控制以及功率变换电路输出本身的延迟效应.此外,电源系统还采用Boost电路进行有源功率因数校正,输入EMI滤波电路滤除高频干扰,从而有效地提高了电源系统的功率因数和工作稳定性,以及数字化控制系统的抗高频干扰能力.实验结果表明,该数字化控制逆变式空气等离子切割电源切割过程稳定,切割质量良好.     

电弧离子镀脉冲负偏压电源及其特性的研究

一种脉冲负偏压电源是由多个脉冲分量形成的电路串联构成，脉冲的频率和占空比直接的高压侧调节。介绍了电源的结构和关键技术，并结合薄膜沉积试验中的电压、电流波形和计算机仿真分析，探讨了电源和电弧离子镀的等离子体负载间的匹配，提出了电弧离子镀脉冲负偏压电源的设计要求。     

离子渗氮及等离子热处理用IGBT逆变型脉冲电源

研制成功离子渗氮及等离子热处理用ＩＧＢＴ逆变型脉冲电源，本文介绍了其原理，关键技术，主要技术指标，特点及应用情况，该电源频率高，灭弧速度快，能显著减弱或抑制空心阴极效应，节约电能，并可提高等离子增强化学气相沉积（ＰＣＶＤ）涂层的质量。