2219铝合金变极性等离子弧穿孔焊接工艺研究

采用上坡焊的方法,以不同的焊接倾角对2219铝合金进行变极性等离子弧穿孔焊接。通过对不同焊接倾角条件下得到的焊缝进行焊缝成形、焊缝尺寸、显微组织及焊缝强度的分析,得出不同焊接倾角对变极性等离子弧穿孔焊接的影响。结果表明,当焊接倾角小于20°时,焊缝不能良好成形;当倾角小于40°时,焊缝区有少量气孔。

铝合金变极性等离子弧焊接阴极斑点动态行为

【目的】变极性等离子弧(VPPA)焊接作为铝合金高效焊接的优质方法,逐渐受到越来越多的关注。正极性(EP)阶段电弧特性是决定铝合金稳定无缺陷焊接的关键,阴极斑点的动态行为及其热力作用是EP阶段最主要特征。该文主要针对VPPA阴极斑点运动规律及其影响机理开展研究。【方法】搭建试验平台,利用高速摄像拍摄阴极斑点动态过程,采用MATLAB对图像进行处理,得到清晰的斑点移动过程,分别以单个斑点和斑点簇为研究对象综合分析其运动规律。【结果】结果表明,阴极斑点的运动区域主要在距熔池中心5~16 mm环状区域内,且阴极斑点是从里向外清理氧化膜的;新的阴极斑点大概率出现在上一个阴极斑点附近,原因可能是金属蒸气形成的等离子云团促使电子发射所致。以宽度为1 mm的环状斑点簇为观测目标,可近似得到其从中心向外围扩展速率范围大致在1.75~2.25 m/s之间,而单个斑点的速度会远远大于这个斑点簇向外沿伸扩展的速度。【结论】斑点高电流密度、高热量的特性对铝合金VPPA焊接的成形有着重要的影响。

变极性穿孔等离子弧焊接系统的研制

介绍了铝合金变极性穿孔等离子弧焊接控制系统,利用80C196单片机作为控制系统的核心,研制了包括变极性电源、步进电机控制系统等部分在内的变极性焊接系统。该系统主要应用于铝合金变极性穿孔等离子弧焊接工艺。

变极性等离子弧焊技术发展及其在航天制造领域应用现状

变极性等离子弧(VariablePolarityPlasmaArc,VPPA)焊是一种高效的铝合金和镁合金焊接方法,其主要优势在于等离子电弧具有高能量密度,可以在焊接时穿透熔池形成小孔,大幅度降低焊接变形和残余应力,提高焊接质量。了解熔池小孔行为、电弧物理特性和控制方法对于优化和提高焊接过程的稳定性至关重要。本文综述了VPPA焊接技术发展的最新情况,对VPPA焊接过程信息的检测研究为深刻认识焊接稳定性机理提供了有力保障,尤其是利用X射线成像系统观测熔融金属流动的研究,对提升VPPA穿孔熔池物理本质的认识做出了重要贡献。此外,针对不同位置VPPA焊接的研究增加了这一焊接工艺的灵活性,由VPPA焊接衍生的多种拓展工艺拓宽了该焊接方法的适用范围。VPPA穿孔焊接技术以其焊接变形小、焊后无缺陷、单面焊接双面一次成形等优势,成为航空航天领域铝合金中厚板材焊接制造的优选工艺。

铝合金变极性等离子弧穿孔焊过程控制

分析了铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺特点,提出了通过对焊接参数的精确控制,实现变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺的方法,并将焊接电流、离子气流量和焊接速度确定为变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊过程的被调节参数.保持穿孔熔池上"热"和"力"的动态平衡是调节焊接参数的根本依据,是实现变断面试件自动焊接的关键所在.采用单片机为核心的控制器对焊接参数进行实时调节,动态保持穿孔熔池上热和力平衡,实现了变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺.

维弧对铝合金变极性穿孔型等离子弧行为的影响

在铝合金变极性穿孔焊接的工艺中,维弧对变极性电弧的行为有着重要影响。在反极性时间内,主电流会通过维弧电源经过喷嘴形成自由电弧,产生双弧现象,增大喷嘴的烧损,影响反极性电流对工件的阴极清理作用,甚至会产生主、维弧相干涉的现象。通过改善变极性电流的波形可以达到在焊接过程中引燃主电弧后,关断维弧,彻底解决主、维弧相干涉的问题。

大厚度铝合金变极性等离子弧穿孔立焊技术

研制以16位单片机为控制核心的双逆变型铝合金变极性等离子弧穿孔立焊专用设备,测试并分析变极性等离子电弧力学特性,对变极性等离子弧稳定性、电弧力和电弧能量的传递特征进行了深入的探讨。研究发现铝合金变极性等离子穿孔焊接中正极性电弧对力更具影响,而反极性电弧对热更具影响,实时保持穿孔熔池上热和力的平衡是厚板变极性等离子弧稳定穿孔焊接关键所在。用自行研制的设备成功实现了15 mm LD10铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺,研究结果对于将变极性等离子弧焊接工艺应用到我国航空航天等领域具有重要的现实意义。

变极性等离子弧穿孔熔池受力及焊缝成形稳定性

通过YB005-01型压力变送器测定相同参数条件下正极性等离子电弧力大于反极性等离子电弧力,并建立了铝合金VPPA焊接穿孔熔池受力模型,分析了在不对称正、反极性等离子电弧力的作用下,穿孔溶池稳定性及其焊缝成形机理。同时进一步分析铝合金VPPA力学特性,掌握了焊接电流和离子气流量等重要焊接参数对其影响。经穿孔焊工艺实验,合理选择正、反极性电流幅值和离子气流量等参数,保持穿孔熔池热和力的平衡,为获取铝合金VPPA焊接稳定的工艺规范提供了理论支持。

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 k Hz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.

变极性等离子弧立焊穿孔熔池的稳定建立

改进焊接工艺控制时序,编制起弧系统控制平台及信号采集程序。采用改进的起弧系统对2219铝合金和LF6铝合金薄板及中厚板进行变极性等离子弧立焊工艺试验,利用红外线测温仪检测起弧过程中焊接熔池区域附近的点随预热时间的温度变化,并把该曲线上的临界温度作为检测穿孔熔池是否形成的标志,计算机根据穿孔时刻的临界温度控制焊件行走的使能信号。研究表明：改进的起弧系统能够简化设备操作,提高自动化程度与工作效率；在穿孔形成的瞬间,检测点的温度有一个从高到低的突变过程(穿孔前的瞬间温度达到临界值),而且对于同一检测点,多次测量得到的临界温度基本稳定：起弧阶段向主焊接阶段过渡稳定,能够实现穿孔熔池的稳定建立,从而验证改进的起弧控制系统的可行性及可靠性。

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 。

铝合金中厚板变极性等离子电弧焊(VPPA)焊接工艺的研究

目前我国宇航工业中大量的铝合金构件主要采用交流钨极惰性气体保护焊（TIG），用这种方法焊接铝合金不可避免地要产生气孔等焊接缺陷。本文主要介绍了一种新型的焊接方法──变极性等离子电弧焊工艺的特点以及用这种方法焊接LD10CS高强铝合金的试验研究。试验表明：该工艺方法具有能量密度高、穿透力强的特点，因此焊缝成形美观，焊接变形小，接头性能好，3～10mm板一次焊透，单面焊双面成形，焊接效率高。

7075铝合金变极性等离子弧焊接头组织与性能

采用ER5183焊丝对厚度10 mm的7075铝合金进行变极性等离子弧焊,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机和显微硬度仪对焊缝的显微组织和焊接接头的力学性能进行了分析和测试.结果表明,7075铝合金变极性等离子弧焊接头成形良好,无明显的熔合区;热影响区的组织粗大,焊缝处和热影响区的硬度分别为120.9和125.9;焊缝处的抗拉强度为367.6 MPa,约为母材强度的62.4%,为焊接接头的薄弱环节.

变极性等离子弧焊接熔透信息的检测与分析

通过对铝合金3003变极性等离子弧穿孔立焊熔池振荡行为的研究,发现熔池振荡频率与焊接熔透之间的内在规律。在变极性电流的作用下,焊接熔池产生振荡,可以通过对电弧电压频谱分析获得熔池固有振荡频率。分别建立变极性等离子弧穿孔立焊未熔透及完全熔透熔池模型,并分析焊接电流的变化对熔池固有振荡频率的影响,发现焊接电流大小对其影响很小,可以忽略。为了验证该模型的准确性,进行理论与实测分析,结果表明,理论值与实测值相吻合。熔池固有振荡频率主要取决于熔池宽度、深度及材料密度等参数,而其他焊接参数对其没有直接影响。因此,熔池振荡频率可间接反映焊接熔透信息,为焊接质量自动控制提供了理论支持。

铝合金变极性穿孔型等离子弧焊工艺的热源模型

选用包含面高斯热源和圆柱体热源模型的组合热源模型去模拟变极性穿孔型等离子弧焊工艺的温度场.通过大量的工艺试验,分析主要工艺参数对铝合金变极性穿孔型等离子弧焊成形的影响.借助有限元分析手段,在热源模型和实际工艺参数之间建立了联系,并通过线性回归分析的方法将这种联系用数学方式表达出来.结果表明,变极性穿孔型等离子弧焊除了电流和行走速度外,离子气流量、钨极内缩量和喷嘴末端到工件表面的距离都是十分重要的工艺参数,对焊缝形貌特征影响很大.

高强铝合金脉冲变极性等离子弧焊接头组织与性能

采用脉冲变极性等离子弧焊对厚度10 mm的7075铝合金进行焊接,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机和显微硬度仪对焊缝的显微组织和焊接接头的力学性能进行了分析和测试,研究植入脉冲对焊接接头组织及力学性能的影响.结果表明,植入脉冲后焊接接头成形良好,由于高低频脉冲的周期性变化引起熔池液体强烈的搅拌作用,细化了焊缝的显微组织,强化相T相得到细化,提高了焊缝的抗拉强度和显微硬度,焊缝处的抗拉强度为397.9 MPa,约为母材强度的67.5%,比未植入脉冲时提高了5.13%,焊缝质量有所提高.

变极性等离子弧焊接系统的研制

主要介绍了所研制的变极性等离子弧焊接系统 ,包括 :主弧电源、维弧电源、等离子焊枪、电源配套系统以及计算机控制系统等 ,对系统的设计和关键技术突破作了较为详细的阐述。采用该系统焊接了4mm、5mm、12mm厚铝合金试片和 5mm厚筒形结构件 ,焊缝内部质量符合QJ2 6 98— 95中I级接头要求 ,气孔符合MIL—STD— 2 2

脉冲变极性等离子弧焊接系统及其特征信号分析

研制基于单片机控制的具有高低频调制脉冲功能的双逆变变极性等离子弧(Variable polarity plasma arc,VPPA)焊接系统,检测并分析叠加不同高低频脉冲参数条件下该焊接系统输出信号的特征,并对系统进行实际焊接试验,结果表明系统运行良好。从特征信号的时域及频域分析发现,当高频脉冲频率提高到2 kHz时,与1 kHz相比较,脉冲上下降沿斜率降低1.2倍,高次谐波量增加1.4倍。由焊接试验结果得出,当高频脉冲频率及正反极性电流等工艺参数选择合适时,可以得到比典型VPPA焊接更加优越的焊缝成形,获得具有均匀鱼鳞纹的理想焊缝。从焊缝显微组织的分析发现,脉冲VPPA焊接工艺得到的焊缝晶粒比典型VPPA焊缝晶粒细小,因此该焊接工艺对进一步提高航空航天高强铝合金焊接质量具有重要意义。

铝合金变极性等离子弧焊接电源的研制

介绍了铝合金穿孔等离子弧焊接专用的变极性电源的工作原理,利用80c196单片机为控制核心,研制了400A的变极性电源。该电源的正、负半波的比例和幅值分别可调。主要应用于铝合金变极性穿孔等离子弧焊接工艺。

特高压开关铝罐体的变极性等离子弧焊接工艺方法

通过对16 mm厚5083铝合金罐体进行变极性等离子弧焊接工艺试验,分析了工艺参数变化对焊缝成形的影响,研究该铝合金罐体在不开坡口情况下分别采用氩气(需要焊前预热)和氦氩混合气作为保护气的变极性等离子弧焊接工艺,并制定出具体焊接工艺规范参数。试验结果表明,采用氦氩混合气作为保护气条件下焊接的工件,可以有效避免长焊缝预热不均、焊缝背面局部咬边等问题,同时可以降低热输入、提高焊接效率,焊缝质量达到正背面外观无缺陷、射线探伤Ⅰ级,能够满足高压开关罐体的设计要求。