科创中国

电子信息技术,微电子技术,高频复合脉冲、GMAW 波形控

随着中国智能制造和管道建设的口径以及钢材级别向大口径、高钢级管道建设发展，对管道焊接施工装备提出了越来越高的要求。仅靠手工电弧焊和药芯焊丝半自动焊施工装备，是很难满足高质量、高效率作业要求。高频脉冲焊接工艺已经应用在工业的多个领域，并且使用的材料也越来越广泛。本项目将高频脉冲电流与传统的脉冲 GMAW 电源复合进行电流波形控制实现新的先进的焊接技术与装备开发。脉冲 GMAW 可在平均焊接电流小于临界电流的条件下实现喷射过渡，具有较宽的电流调节范围，同时，由于其焊接飞溅少、生产效率高、熔透性好，焊接热输入小，适合全位置焊接等优点。本项目开发了一种高频复合脉冲 GMAW 波形控制技术，将先进的高频复合脉冲 GMAW 电源波形控制技术应用到发动机焊机及管道焊接领域。

本项目开发了一种高频复合脉冲 GMAW 波形控制技术，即在传统脉冲 GMAW 焊接电流波形基础上复合叠加频率高频脉冲电流，通过多电源并联结构，实现基值电流、熔滴过渡电流、峰值电流、及高频脉冲电流波形参数的独立控制，且由基值电流到熔滴过渡电流，由熔滴过渡电流到峰值电流，以及高频脉冲电流的变化速率均大于 50A/μs。项目的技术优势：① 高频脉冲电流的引入将产生特殊的“高频效应”，改善传统脉冲 GMAW 的熔滴过渡行为。② 电弧能量集中，挺度增大，促进熔池流动，减少气孔缺陷，细化晶粒，改善焊接接头力学性能，脉冲焊时，基值期间引入高频脉冲电流将提高电弧稳定性，改善电弧磁偏吹现象。③ 脉冲电流的变化是通过切换电路实现的，输出回路无串联电感，又由于输出电缆等效电感量很小，因此脉冲电流具有较高的电流变化速率（大于 50A/μs），可实现熔滴过渡能量的精确控制。④ 采用并联结构主电路拓扑，由单片机实现数字化控制，任意多路并联时，可设计具有更高功率，更复杂电流波形的脉冲 GMAW 电源。

北京航空航天大学是国内最早建立焊接专业教研室的高校之一，在材料加工工程学科具有博士学位授予权。经过多年的建设和发展，在材料加工工程学科焊接工艺与设备研究方向方面具有较好的实验室研究条件和环境，拥有高速摄像系统、高精度数字记忆式示波器等大量的先进测试仪器设备，并建有专用的电弧热加工工艺与设备研究实验室，可为本项目的研究开展提供良好的研究工作条件。项目的研究团队由教授、青年教师、博士生和硕士生等人员组成，团队负责人多年从事焊接工艺及设备、现代电源技术及应用等方面的科研与教学工作，负责完成过国防科技预研、武器装备预研、国家 863 计划、国家自然科学基金、科技重大专项课题等以及横向合作等多项课题的研究工作，曾获得国防技术发明奖、国防科学技术奖等多项奖励。团队人员构成合理，技术基础好，研发能力强，为本项目的研究开展提供了良好的人员保障。