变极性等离子弧焊(Variable Polarity Plasma Arc Welding)具有热量集中、单面焊双面成形和阴极清理等优点,特别适合于铝镁及其合金材料的连接,在航空航天制造业有广泛的应用前景。变极性等离子弧焊电源将电网能量转换成焊接电弧所需要的不对称交变方波电流,是影响电弧稳定性和焊缝质量的重要因素。本文结合新一代大功率变极性等离子弧焊电源系统的研制工作,对弧焊电源功率转换回路、弧焊电源控制系统、弧焊系统的集成进行了阐述。基于功率电子技术,建立了包括主弧电源和起弧电源的能量转换回路,可适应焊接电弧负载的动态变化。主弧电源采用双逆变式结构,前级逆变器工作频率为 20KHz,电源输出最大电流可达 500A。具有自调整换向控制功能的后级逆变技术,既能保证大电流输出时逆变器的安全可靠性,又能兼顾小电流输出时电弧稳定性,可适应输出电流宽范围调节的需要。弧焊电源控制系统由可编程的焊接工艺过程控制器和电源控制器构成。电源控制器以电压型 PWM 集成电路为核心,实现空载电压控制和过流、过压、欠压、过热等各种保护功能,采用平均电流反馈与瞬态电流脉冲反馈控制相结合的双闭环控制来实现弧焊过程中输出电流的精确控制,既有较高的控制精度,动态响应速度又快,提高了弧焊电源系统的稳定性和可靠性。在上述工作的基础上,构建了大功率变极性等离子弧焊系统,主要包括弧焊电源系统、变位机系统、送丝系统、气体流量控制器和等离子焊枪等。分析了变极性等离子弧焊各项工艺参数对焊缝质量的影响,并对铝合金材料和不锈钢材料进行了焊接实验。实验结果表明,所研制的大功率变极性等离子弧焊电源系统运行可靠,能够满足实际焊接的需求,具有良好的应用前景。