Development of high frequency pulse power source using two powersfor TIG welding

A high frequency pulse power source for TIG welding is developed. The structure of two powers is adopted. The by pass circuit effectively eliminates the effect of the cable equivalent inductance. The maximum frequency of the output pulse current reaches to 16 kHz . The base current and the peak current can be regulated separately.

高频脉冲微TIG焊接电弧基值效应研究

为了探索微TIG焊接的焊接电流下限,研制了一种高频脉冲微TIG焊接电源,利用脉冲基值电弧电特性的改善提高焊接稳定性。通过电弧电流、电压波形,分析了电弧的电压滞后性,探讨了脉冲频率对脉冲电弧基值效应的影响,并进一步对零基值脉冲TIG进行了研究。结果表明,高频脉冲下的微电弧基值电压较稳态电弧大幅下降,更有利于维持微电弧的燃烧;在基值电流为0 A的条件下高频脉冲电弧也可维持燃烧,平均焊接电流可低至0.5 A,极限0基值时间与脉冲电流大小呈正相关。对于微细漆包线和端柱的微型工件连接,零基值脉冲微TIG焊获得了较好的焊接效果。

Study on Ultra-sonic Frequency Pulse TIG of Titanium Alloy

Ti-6Al-4V alloy is used extensively in aerospace and aircraft because of its excellent comprehensive properties and outstanding machinability. Ti-6Al-4V alloy was welded by conventional tungsten iner-gas arc welding (TIG) and ultra-sonic frequency pulse TIG welding (U-TIG) respectively. The welding quality was tested by X-ray, and the mechanical properties of welded joint were tested , the microstructure and the fracture appearance of welded joint were observed by means of optical microscope and SEM .The results show that the joints were welded successfully by U-TIG welding, U-TIG welding could reduced pores defects of welded joint. With the increment of ultra-sonic pulse frequency, the microstructure became more and more fine and was inclined to equiaxed crystal. Moreover, the properties of joint by U-TIG welding were improved compared with that of conventional TIG. Tensile fractures of joints by TIG welding and U-TIG welding all presented character of quasi-cleavage crack, but the cellular dendrite depredation was not observed obviously in U-TIG joint.

高频脉冲复合直流微TIG焊接电源及其电弧形态特征

针对微TIG小电流电弧不稳定的问题,研发了一种高频脉冲复合直流的微TIG焊接电源。通过测试输出电流波形,结合高速摄影采集电弧形貌,研究小电流电弧形态特征及高频脉冲复合直流对极限小电流电弧、6 mm间隙微电弧的影响,探讨微TIG电弧形态形成的原因及高频脉冲作用效果。结果表明,该电源输出的高频脉冲电流可实现快速变换,且具有精度高、输出稳定的特点;随着电流减小,电弧形态发生变化,并非保持“钟罩状”,高频脉冲电流可提高微TIG电弧稳定性,使电弧在平均电流低至2 A时也能维持稳定燃烧;6 mm间隙时,8 A微TIG电弧在燃烧过程中会发生大幅度形态变化,复合高频脉冲可以降低其变化幅度,提高挺度。

电流脉冲频率对TIG电弧形态及压力的影响研究

在厚板的窄间隙焊接过程中,电弧受干扰发生偏吹,从而影响焊缝成形效果。采用高速摄像和水冷铜板压力测试系统采集电流脉冲频率在2~15000 Hz范围内的TIG电弧形态和压力数据。结果表明,不同频段范围内频率对电弧的影响效果存在显著差异:(1)频率2~50 Hz时,电弧压力最大值均为80 Pa,电弧宽度均为8.15 mm;(2)频率50~5000 Hz范围内,电弧压力最大值与频率的自然对数成正线性关系,电弧宽度与频率的自然对数成负线性关系;(3)频率5000~15000 Hz时,电弧压力最大值为155 Pa,电弧宽度为5.70 mm。在工程应用中可以通过调整50~5000 Hz范围内的频率来控制电弧力和电弧宽度。

高频脉冲TIG焊的电弧控制及高频效应

本文通过研究脉冲焊电弧的电流、电压波形,发现电弧功率随频率增加而提高。由此提出自由电弧在脉冲电流作用下,其形态的动态过程属惯性系统的假设,并用20000幅/S的高速摄影进行了验证。通过对惯性系统电孤的可控性分析,发现自由电孤可由高频脉冲电流控制在非稳定状态上,此时电弧脉冲电压明显提高,这就是电弧的高频效应。本文还研究了影响高频效应的几个主要因素,着重分析了维弧电流的作用,提出高频时由于电弧的惯性,瞬间电流停止并不会导致电弧熄灭,因此得出高频焊不需要维弧电流的结论。

高频脉冲TIG焊电弧的阳极行为

本文首次测定了高频脉冲TIG焊电弧阳极的平均电流密度分布及其中心电流密度动态过程,研究其变化规律并建立了数学模型,从而探明了高频脉冲TIG焊电弧的高频压缩机理.本文还利用自制的微压测试装置,研究了高频脉冲TIG焊电弧阳极轴向压力的分布,建立了数学模型.试验研究表明,高频脉冲TIG焊电弧阳极能量密度高,阳极轴向压力适中,适宜焊接精密超薄结构,推荐脉冲频率为20KHZ左右.

电流脉冲频率对TIG焊电弧压力的影响

为了研究电流脉冲频率对TIG焊电弧压力的影响,采用小孔探针法检测了TIG焊的电弧压力分布形式以及在不同电流脉冲频率作用下焊缝的熔深和熔宽.结果表明,TIG焊电弧压力曲线类似于正态分布曲线,电弧中心位置处的压力最大,越靠近边缘处压力越小.当在一定范围内增加电流脉冲频率时,曲线会发生横向收缩和纵向伸长现象,且TIG焊电弧压力的峰值以及焊缝的熔深均增加,而熔宽减小.因此,可以通过改变电流脉冲频率的方法来改变TIG焊的电弧压力.

双DSP并行控制的超音频脉冲TIG焊机及其适用性

基于两套桥式逆变直流回路并联调制模式的新型主回路,采用双数字信号处理器并行全数字控制方式研制了新型大功率超音频直流脉冲TIG焊机。该焊机脉冲电流的上升沿和下降沿变化速率不小于50A/μs,脉冲频率可达30kHz以上。适用性试验表明,该焊机产生的超音频脉冲电弧具有电弧超声作用和电弧高频效应,对提高焊缝接头质量与性能有明显作用。

直流叠加脉冲型TIG焊电弧─熔池特性分析

针对乏燃料后处理溶解器腐蚀裂纹等缺陷的快速、一次性、可靠焊接修复工程技术需求,提出一种直流叠加脉冲型TIG深熔焊接方法,在10和16 mm厚304不锈钢板上进行了系列平板堆焊工艺试验.以电弧-熔池特性变化为研究对象,对比分析脉冲电流作用和直流叠加脉冲型电流作用的电弧行为、熔池流动行为及温度场的变化规律,探讨了直流叠加至脉冲电流波形的焊缝熔深增加机理.结果表明,高频脉冲电流使电弧产生电磁收缩效应,且电弧被压缩程度及焊缝熔深与脉冲频率(1~5 kHz)成正相关;叠加直流的高频脉冲电弧具有更高的电流、能量密度,进一步提高了熔池表面液态金属温度及增加了熔池电磁搅拌力使熔池流动加剧、对流换热充分、熔池热惯性作用增强,进而使焊缝熔深增加.试验验证了该方法能够实现5 mm厚304不锈钢板对接可靠的单面焊双面成形.

高频脉冲TIG焊电弧阳极行为的研究

本文首次测定了高频脉冲TIG焊电弧阳极的平均电流密度分布及其中心电流密度动态过程,研究其变化规律并建立了数学模型,从而探讨了高频脉冲TIG焊电弧的高频效应机理。实验研究表明高频脉冲TIG焊电弧阳极能量密度高于直流电弧,小电流时高频效应显著,适宜焊接精密超薄件,推荐脉冲频率为20kHz。

X80管线钢超音频脉冲TIG焊接头的组织和力学性能研究

采用超音频脉冲TIG焊对X80管线钢进行了平板焊(未填丝)和对接焊试验,研究了超音频频率和占空比对焊缝成形的影响规律,包括熔深、熔宽和成形系数。并进行了对接接头的显微组织观察和力学性能测试。结果表明:随着脉冲频率和占空比的增大,焊缝的熔深和熔宽都有所增加,成形系数整体呈下降趋势;焊缝区组织以针状铁素体和粒状贝氏体为主,粗晶区组织主要由贝氏体铁素体、粒状贝氏体和少许马氏体组成,细晶区组织主要由多边形铁素体以及少部分贝氏体组成;接头拉伸试样的断口在母材,接头的抗拉强度大于母材的,焊缝中心的冲击吸收功最低。

高气压环境脉冲频率对超音频脉冲TIG焊接头焊缝成形和性能的影响

高气压环境会对焊接过程造成很大的负面作用,试验以焊接接头的熔宽、熔深、余高和维氏硬度作为主要评价指标,分析环境压力以及压力环境下脉冲频率对超音频直流脉冲TIG焊接头焊缝成形和性能的影响。结果表明,同一环境压力下,随着脉冲频率的提高,焊缝区的熔宽逐渐减小,熔深逐渐增加;随着脉冲频率的提高,热影响区的宽度和深度随之减小,热影响区的整体尺寸变小,表明超音频直流脉冲TIG焊在高压环境下具有减小热影响区的优势,进而提高焊接接头的质量。焊丝填充区的熔宽和熔深随脉冲频率的提高而减小,余高的整体变化不大,脉冲频率对焊缝余高的影响有限。在同种环境压力下不同脉冲频率得到的焊缝硬度曲线整体趋势相同,硬度值依次按焊缝区—熔合区—热影响区—母材顺序不断降低。随环境压力的提高,焊缝区金属冷却速率加快,焊缝中脆硬组织增加,进而使硬度增大。

用80C196KC实现IGBT逆变脉冲TIG焊机的控制

介绍了单片机控制的IGBT逆变式脉冲TIG焊机的系统结构、原理和时序控制规范 ,给出了单片机数字系统的硬件和软件框图 ,并就所采用的两种新颖实用的工频高压脉冲引弧和接触提升引弧作了研究。