7075铝合金脉冲变极性等离子弧焊接头的双级时效行为

通过力学性能、电导率测试和TEM分析,对10 mm厚7075铝合金脉冲变极性等离子弧焊(pulse variable polarity plasma arc welding,PVPPAW)接头的双级时效行为特征进行研究,并确定了较为合理的双级时效工艺。结果表明:7075铝合金PVPPAW接头的抗拉强度随着终时效温度的升高和终时效时间的延长先增大后减小。经160℃,12 h终时效处理后的接头抗拉强度为545.1 MPa,比焊态时提高了37%。此时接头的电导率为27.9%IACS,抗应力腐蚀性能有所提高。焊缝中心主要强化相为η′相和η相,随着终时效温度的升高和终时效时间的延长,晶内与晶界的析出相逐渐长大和粗化,晶界的无沉淀析出带变宽。

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.

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.

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。

航天铝合金变极性等离子弧焊焊接接头的腐蚀与疲劳交替研究

随着可重复使用航天器理念的提出,可重用航天器多次空天往返和地面修复过程的腐蚀与疲劳交替问题不可忽视。本工作以5A06铝合金变极性等离子弧焊焊接接头为研究对象,对焊接接头进行腐蚀与疲劳交替试验,研究不同单位腐蚀时间对腐蚀与疲劳交替工况下疲劳寿命的影响。通过扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对其断口进行表征,分析了腐蚀与疲劳交替后焊接接头的损伤特性。结果表明,随着单位腐蚀时间的延长,腐蚀与疲劳交替寿命呈现先下降后平稳的趋势。这主要归因于腐蚀会钝化疲劳裂纹尖端,形成新的点蚀坑,同时钝化疲劳过程中的侵入/挤出和微裂纹降低了表面应力的集中程度,使疲劳寿命相对延长,从而反映出寿命保持稳定的状态。其中,断裂位置均处于热影响区,这主要因为焊接热影响区耐腐蚀性差,易造成严重腐蚀损伤,较大的腐蚀坑引起严重的应力集中,从而加速裂纹萌生。

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。

变极性等离子弧焊研究进展

变极性等离子弧焊的优点在于能够灵活调节特征工艺参数如电流频率、正负半波电流幅值及导通时间比 ,以满足铝合金焊接时的阴极清理和形成穿孔焊。介绍了国内外在实现变极性电流波形、电弧稳定性、阴极清理机理、小孔信号检测等方面的研究现状。指出保证前后级同步是双逆变电路形式的技术关键 ,双通道形式可克服主、维弧干涉并降低钨电极烧损。溅射、电介质击穿及瞬时熔化和蒸发是目前解释阴极清理机理的主要理论 ,重要的是工艺参数对清理的影响规律。近年来又出现了几种新的小孔检测方法 ,而正面检测及多传感信息融合仍是其主要发展方向。

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。

镁合金中厚板变极性等离子弧焊工艺

以5mm厚变形镁合金AZ31B板材为主要研究对象,研究变极性等离子弧焊接镁合金的工艺特点,得到了合理的焊接参数变化区间,并在此基础上分析焊接工艺参数变化对焊缝成形及接头性能的影响。试验结果表明,镁合金变极性等离子弧焊的焊接参数变化区间比较窄,受参数变化的影响较大。改变极性时宽比和阴极清理时间,不仅使工件的清理作用发生变化,而且对接头的抗拉强度产生一定的影响。通过合理选择焊接参数,可以获得理想的焊接结果,接头强度达到母材的90%以上。

变极性等离子弧焊换向过程的变阻尼现象

通过试验证实了变极性等离子弧焊换向过程中存在焊接电流谐振现象,且不同极性转换时电流谐振峰值不同,即“焊接电源—等离子弧”系统在换向时呈现变阻尼状态。对换向过程燃弧机理分析表明钨极与工件作为阴极发射电子能力的差异是造成此现象的根源,进一步对换向电路分析后可知,换向系统的阻尼比为时变量。在不改变换向速度保证燃弧稳定性的情况下,通过对换向后系统阻尼比的调整,显著降低了电流谐振峰值,改善了大电流焊接时换向器件的工作状态。

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

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟.建立"高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量.结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.

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 。

铝合金变极性等离子弧焊焊接参数对焊缝成形的影响

采用VC++编程,开发了针对铝合金变极性穿孔等离子弧焊缝尺寸测试的软件,并对不同等离子气流量和焊接电流时的焊缝尺寸进行了测试,分析了两种焊接工艺参数对正反两面焊缝尺寸的影响。随着等离子气流量的增加,正面焊缝的尺寸下降,而背面焊缝尺寸增加,两面焊缝的余高的变化均有一定波动;随着焊接电流的增加,焊接热能和焊缝宽度进一步提高而余高略有下降。并对其机理进行了讨论,认为上述现象的产生与焊接电弧压力和焊接热量有关。

变极性等离子弧焊电弧稳定性研究

本文较深入地分析了变极性（方波交流）等离子弧焊电弧稳定性问题，并在试验基础上提出了新的方法。克服了主电弧负半波时的主、维弧相互干涉和钨板烧损等缺点，提高了电弧的稳定性。在焊接铝、镁及其合金时阴极清理作用明显。

具有不同通道变极性等离子弧焊设备研制

研制了一种具有不同通道的新型变极性等离子弧焊设备．采用双电源对主弧正负半波供电，在负半波以水冷铜喷嘴代替钨电极作阳极，既避免了主、维弧相互干涉现象，又降低了钨电极的烧损，使电弧和焊接过程稳定性提高．此外，电流频率、正负半波幅值和导通比的独立可调，能满足铝合金焊接时对金属熔化和阴极清理的不同需要．

基于小孔特征的变极性等离子弧焊熔透预测方法

针对铝合金变极性等离子弧焊特点,建立了背面小孔视觉传感系统,实现小孔图像的实时采集和处理,并对小孔行为与焊缝成形关系开展了工艺研究,开发了基于小孔熔池与熔透状态的极限学习机预测模型,模型预测精度达到96.7%.研究表明,该模型能够较为可靠地预测变极性等离子弧焊的熔透状态,最终实现焊接质量实时监控的目标.

变极性等离子弧焊电源的研制

根据铝合金焊接的要求和逆变电源的发展趋势提出了变极性等离子焊接电源主电路、控制系统和控制软件的设计方案.采用单片机80C196KC作为控制系统的核心,主电路采用全桥双逆变结构,功率开关器件为绝缘栅双极晶体管IGBT.采用PI算法实现了恒流外特性,变极性等离子焊接电源获得的电流频率、电流幅值和正负半波导通比均可以独立调节不对称方波.试验表明,变极性等离子焊接电源控制系统运行稳定、可靠.

基于软PLC的变极性等离子弧焊接控制系统

软PLC技术是近些年发展起来的一种新型控制技术,它是基于PC机的,因其强大的网络通讯能力和数据处理能力迅速成为工业自动化领域的研究热点,阐述了变极性等离子弧焊的焊接原理,介绍了以德国3S公司的软PLC产品CoDeSys以及Ether CAT现场总线为基础的分布式变极性等离子焊接控制系统的设计方案。该系统通过读取运行G代码实现空间直线和圆弧的插补完成复杂空间曲线轨迹的行走,并且在运动控制的过程中实时控制焊接工艺参数,最终实现复杂空间曲线焊缝的焊接。

微束等离子弧焊变极性电源

介绍了微束等离子弧焊变极性电源的工作原理 ,研制的电源不仅具有电流极性比可调和方波交流频率可调的功能 ,而且还具有正、负半波电流幅值独立可调和交流载波焊接的功能 ,输出焊接电流 2～ 60A ,适合于铝合金薄板的焊接。