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传统的脉冲钨极惰性气体保护焊(Tungsten Inert Gas Welding,简称脉冲TIG焊)以电弧稳定、零飞溅、焊接质量高、可焊金属范围广等优势而受到广泛应用,但其同时存在脉冲频率较低、电弧能量不集中、热输入量较大等问题,容易导致焊缝的热影响区增大、晶粒变粗大以及力学性能降低。快频脉冲TIG焊接方法能够提高电弧收缩程度,改善能量密度和提高电弧挺度,有望可以解决传统脉冲TIG焊接方法存在的不足,已成为脉冲TIG焊接领域的研究热点之一。但是,在快频脉冲TIG焊中加入的高频调制电流会对焊接电源产生强烈电磁干扰,极易出现焊接电流不稳定、高频段电弧控制效果差等问题,尤其是对功率半导体器件的不利影响更甚,如何提升焊接电源的稳定性是优化快频脉冲TIG焊的关键所在。传统硅(Si)基功率器件的开关性能难以满足新一代高性能焊接电源的应用要求,而第三代宽禁带碳化硅(SiC)功率器件特别适用于高温、高频高压、抗辐射和大功率等应用场合,在提高焊接电源整体性能方面具有极大的潜力。为此,本文采用新型SiC功率器件来研制满足快频脉冲TIG焊工艺需求的全数字化高性能焊接电源。论文首先分析了快频脉冲TIG焊接的研究进展,然后设计了快频脉冲TIG焊接电源主功率电路以及配套的数字化控制系统,利用有限元软件对快频脉冲TIG焊电弧特性进行基础模拟分析,搭建了SiC快频脉冲TIG焊接电源试验平台,进行焊接电源性能测试,并展开工艺试验及其分析。论文主要工作如下:1)确定了快频脉冲TIG焊接电源的总体设计思路。分析了快频脉冲TIG焊接的研究进展,介绍了快频脉冲TIG焊接技术及其焊接优势;对比分析了SiC MOSFET与Si MOSFET和Si IGBT的性能,明确了采用SiC功率器件的优势;采用开关性能更优异的SiC器件来优化电源控制效果和响应特性。2)研制了全数字化SiC快频脉冲TIG焊接电源。结合快频脉冲TIG焊接工艺的要求,设计了高频脉冲电流切换电路、脉冲电流主电路和基值电流主电路;结合快频脉冲TIG焊接工艺流程,设计SiC快频脉冲TIG焊接电源的全数字化控制系统。3)探讨了快频脉冲电弧的收缩机理。利用有限元软件建立电弧仿真模型,对快频脉冲TIG焊接电源的特性进行基础研究,分析了脉冲电流频率对电弧本身以及电弧压力的影响,并利用高速摄影系统对电弧进行形态分析。4)进行了焊接电源性能测试及快频脉冲TIG焊接工艺实验。搭建了SiC快频脉冲TIG焊接电源试验平台,测试SiC焊接电源样机稳定输出快频脉冲电流的能力;并且进行了SiC快频脉冲TIG焊接工艺试验,对比分析了不同基值电流值、主电流值、主电流占空比和脉冲电流模式下的焊缝成形。结果表明:研制的SiC快频脉冲TIG焊接电源可以稳定输出20kHz的快频脉冲电流波形,焊接过程中波形稳定不失真;快频脉冲TIG焊接过程稳定,焊缝成形较好,无明显的气孔缺陷;采用SiC研制快频脉冲TIG焊接电源,可以加强高频段电弧控制效果,稳定输出快频脉冲电流,有利于推动快频脉冲TIG焊接的发展。