变极性钨极氩弧焊电源主电路设计

设计的变极性钨极氩弧焊电源主电路采用输出功率较大的全桥式双逆变结构,选取绝缘栅极型晶体管IGBT为主控开关功率转换器件。对主电路组成部分涉及的元件进行了选取,并对二次逆变电路的工作过程进行了分析。对一次逆变部分的外特性进行了测试,并对实际焊接过程中的波形进行了测试分析。结果表明:该电源可获得电流频率、占空比、正负半波幅值均可独立调节的变极性波形,能够正常工作,该研究具有一定的实际应用价值。

2A14-T6铝合金复合超高频脉冲方波变极性GTAW焊缝成形特征

以2A14-T6高强铝合金为对象,借助焊缝成形参数来评价复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊(HPVP-GTAW)焊缝成形的特征,研究了HPVP-GTAW过程中超高频脉冲方波电流参数对焊缝成形的影响.结果表明,与常规VP-GTAW电弧焊相比,在焊接过程中加入超高频脉冲方波电流可以提高焊缝熔透率,改善焊缝成形;在脉冲电流幅值和占空比一定时,脉冲电流频率对HPVP-GTAW焊缝成形影响显著;正极性持续期间有效电流保持基本一致(变化范围±5 A)条件下,在一定范围内提高脉冲电流频率,增加脉冲电流幅值,同时减小占空比,可明显提高铝合金HPVP-GTAW焊缝的熔透率.

变极性TIG焊电源二次逆变控制电路的设计

针对变极性TIG焊电源的特点设计了相应的二次逆变控制电路。二次逆变控制采用555时基电路构成脉冲发生器,产生频率和正负半波导通时间分别独立调节的方波信号,经反相电路产生两路相位差为180°的方波信号,再经死区时间控制电路和正负半波幅值调节电路,得到两路频率、正负半波导通时间及幅值独立可调且具有一定死区时间要求的触发脉冲。对控制系统的相应波形进行了低电压下的波形测试、分析,结果表明:该二次逆变控制电路设计合理,达到了预期的设计目标。

变极性TIG焊电弧压力分析

采用压力传感器获取不同条件下的变极性钨极氩弧焊(VPTIG)横焊时的电弧压力,研究分析了电弧压力在径向上的分布规律,对比研究了直流TIG焊、反极性期间占5%,15%的变极性TIG中心电弧压力.结果表明,变极性TIG焊电弧压力的径向分布属于双面指数分布.焊接电流在100~140 A范围内,在电流均值相等的情况下,由于反极性期间电子发射机制和电弧发散等原因,随着一个周期内钨极为正半波的时间比例增加,电弧压力逐渐减小,且焊接电弧积分力与电流的平方近似成正比例关系.

铝合金材料的高质量电弧焊接新工艺

针对铝合金材料电弧焊接加工存在的问题,研究开发出了一种新型的超快速变换复合超音频脉冲方波变极性氩弧焊接方法,并将其用于5A06、2A14和2219等多种铝合金材料的焊接试验加工过程。研究结果表明,采用复合超音频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接工艺进行铝合金材料焊接加工,可有效减少甚至消除焊缝气孔等缺陷,显著改善和提高焊接接头力学性能,从而获得满意的电弧焊接质量。

焊接方法对2219铝合金性能及组织的影响

通过拉伸试验,利用扫描电镜与光学显微镜等手段,比较了搅拌摩擦焊(FSW)和变极性钨极氩弧焊(VPTIG)两种焊接方法对2219铝合金板材力学性能的影响。结果表明,无论何种焊接方法均使2219铝合金板材的强度和塑性下降,但是FSW焊接接头强度以及塑性等力学性能明显优于VPTIG焊熔焊接头。拉伸试样断口形貌以及显微组织分析显示,FSW焊核区组织均匀细密,断裂位置位于后退侧热影响区与焊核区的交界处。VPTIG焊接接头易出现气孔缺陷,熔合区是最薄弱环节。

超高频脉冲方波电流对5A06铝合金HPVP-GTAW焊缝的影响

采用复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接工艺(HPVP-GTAW)进行5A06铝合金平板的焊接加工,试验研究超高频脉冲方波电流对焊缝显微组织和接头力学性能的影响.结果表明,超高频脉冲方波电流频率对5A06铝合金焊缝组织性能会产生显著影响,脉冲电流频率在40～60 kHz范围内时,焊缝中心区域α(Al)固溶体内β(Mg2Al3)相弥散质点的析出数量增多,接头软化程度降低,拉伸性能明显提高,抗拉强度和断后伸长率分别达到母材金属的93%和80%以上;在脉冲电流频率20 kHz条件下,改变脉冲电流幅值和脉冲占空比的大小,所获焊缝的组织性能无明显变化.

HPVP-GTAW电弧力及焊接质量分析

分别以3种不同材质铝合金平板材料为试验对象,研究分析了复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接(HPVP-GTAW)过程中电弧力的变化及其对焊缝成形特征和接头力学性能的影响.结果表明,与常规变极性氩弧焊工艺相比,脉冲方波电流的加入使得HPVP-GTAW电弧力显著增加,同时焊缝熔透率大幅提高,接头力学性能得到明显改善和提高;保持脉冲电流幅值和占空比基本不变,在10～80 kHz范围内,脉冲电流频率对焊接过程产生了重要影响,频率为40 kHz时,HPVP-GTAW电弧力和焊缝熔透率均达到最大,分别约为常规变极性焊接电弧的1.9倍和1.7倍.

2219-T87高强铝合金复合超高频脉冲方波VP-GTAW焊缝成形特征

采用平板堆焊工艺进行2219-T87高强铝合金焊接,研究了复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接(HPVP-GTAW)过程中超高频脉冲方波电流特征参数对焊缝熔透成形的影响.结果表明,在正极性有效电流保持基本一致(变化范围±5 A)条件下,与常规VP-GTAW电弧焊接相比,超高频脉冲方波电流的加入可提高2219-T87铝合金焊缝的熔透率,焊缝熔透率增加20%以上;脉冲电流频率对焊缝熔透率有明显影响;在一定范围内增加脉冲电流幅值,减小占空比,可显著提高焊缝熔透率,脉冲电流幅值100 A和占空比20%时,焊缝熔透率增加75%以上.

2219铝合金VPTIG焊接接头拉伸性能分析

2219铝合金气孔敏感性较强,变极性TIG焊接工艺可以有效减少和抑制气孔产生,是适合于2219铝合金的焊接工艺。本文介绍了2219T62铝合金VPTIG焊接接头的拉伸性能,进行了拉伸断口形貌分析和微观组织分析。结果表明:2219T62铝合金VPTIG焊接接头强度系数可以达到65%以上,焊接接头为混合断裂方式,VPTIG焊缝盖面层气孔相比打底层较多。

铝合金超音频双脉冲调制VPTIG深熔焊接技术

变极性钨极氩弧焊(VPTIG)因其低成本高质量的焊接工艺效果,广泛应用于铝及铝合金材料的焊接。为进一步提升VPTIG电弧热源的能量密度和穿透能力,基于自主研制的焊接电源系统,提出一种"超音频方波脉冲+低频脉冲"的双脉冲调制VPTIG电弧深熔焊接新方法,将其用于7~12mm Al-Cu和Al-Mg系列铝合金平板的焊接。初步试验结果表明,采用该方法进行铝合金中厚板焊接时,焊接过程稳定且可获得良好的焊接质量,通过调节电流波形参数可实现对焊缝熔深的准确控制。针对该电弧焊接新方法进一步开展工艺适用性及其相关理论基础研究将具有重要的理论和应用价值。

2219-T87高强铝合金HPVP-GTAW焊缝成形参数

采用复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊技术(HPVP-GTAW,Hybrid ultrahigh frequency Pulse Variable Polarity Gas Tungsten Arc Welding)完成了2219-T87高强铝合金平板堆焊试验,研究了HPVP-GTAW工艺脉冲电流参数对焊缝成形参数的影响规律.结果表明,与常规变极性钨极氩弧焊(VP-GTAW)工艺相比,HPVP-GTAW工艺有利于增加焊缝熔深,提高焊缝深宽比;调节脉冲电流参数,将对焊缝成形行为产生显著影响.在正极性期间平均电流恒定的条件下,随着脉冲电流频率的增加,焊缝熔深、深宽比整体提高,60 kHz条件下深宽比增加了60%;适当增大脉冲峰值电流与基值电流的比值,焊缝深宽比有所增大;与占空比50%和80%条件相比,20%条件下焊缝深宽比最高,且随着峰值电流与基值电流比值的提高,其焊缝深宽比增幅最为明显.

冷喷涂改善2219铝合金熔焊接头残余应力新方法

目的采用冷喷涂技术改善2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)焊接接头残余应力。方法采用冷喷涂技术在8 mm厚2219铝合金VPTIG焊接接头表面进行Cu涂层制备,分析冷喷涂前后接头微观组织、力学性能及残余应力的变化,探究冷喷涂过程中高速碰撞颗粒的"喷丸效应"与加热气体的"热效应"对接头残余应力的改善作用及内在机制。结果冷喷涂前后,接头整体的微观组织无明显变化,但在焊缝表面(Cu涂层与焊缝结合面处)观察到明显的塑性变形。冷喷涂后,焊缝区上表面显微硬度提高,作用深度约2 mm(余高处);接头抗拉强度表观上稍有降低,这是由于涂层对焊缝的拉伸应变局部化改变所致,"喷丸效应"与"热效应"单独作用下,接头抗拉强度无明显变化,所有拉伸试样均从焊趾处沿着熔合区发生断裂。焊态接头残余应力分布总体呈拉应力状态,在焊缝处最大,经过冷喷涂后,焊缝残余拉应力峰值从约200MPa降到约24MPa,大部分区域从拉应力变为压应力,且分布均匀性变好。结论冷喷涂技术可以显著改善VPTIG焊接接头残余应力分布。冷喷涂粒子的"喷丸效应"对基体残余应力的改善作用显著。高温气流的"热效应"虽未能显著降低残余应力,但使应力分布变得均匀。

2219铝合金VPTIG焊接头的低温断裂韧性

采用裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)试验研究了高强2219铝合金变极性钨极氩弧焊(variable polarity tungsten inert gas welding,VPTIG)接头各部位的低温断裂韧性,利用扫描电镜对各部位的CTOD试验断口特征进行分析,并结合金相组织进一步阐明组织与断裂韧性的关联.研究结果表明,2219铝合金VPTIG焊接头各部位表现出不同的低温断裂韧性,熔合线最低,热影响区高于焊缝,但均低于母材.扫描电镜断口观察结果表明,母材、焊缝及热影响区的断裂机制为剪切断裂,熔合线的断裂机制为准解理断裂.金相组织分析较好地解释了焊接接头不同部位断裂韧性的差异.

冷喷涂工艺参数对2219铝合金VPTIG接头残余应力分布的影响

采用氮气在不同气体温度(25、300和500℃)和压力(1.4、2.0和2.6 MPa)下对2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)接头表面制备了冷喷涂Cu涂层,分析了冷喷涂工艺参数对2219铝合金VPTIG接头残余应力的影响。结果表明:当气体压力一定时,适当提高气体温度有利于改善接头残余拉应力大小及分布,但当气体温度过高时,改善效果并不会持续增强。当气体温度一定时,提高气体压力可显著降低接头残余拉应力。改变冷喷涂工艺参数,接头力学性能基本不变。冷喷涂改善接头残余应力分布的较优工艺参数为气体温度300℃、气体压力2.6 MPa,接头残余拉应力峰值降低约89.7%。