VPPA特性及變斷面鋁合金穿孔等離子弧焊接工藝.pdf

1、鋁及其合金由于具有比重小、強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在航空、航天、核能以及軍事工業(yè)等各個領(lǐng)域。穿孔等離子弧焊工藝是中厚板鋁合金焊接最為理想的焊接工藝。變極性等離子弧VPPA(VariablePolarityPlasmaArc)焊接方法與TIG焊或MIG焊相比，具有能量集中、電弧挺度大、一次穿透深度大、焊后變形小等優(yōu)點(diǎn)。因此，變極性穿孔等離子弧立焊工藝是一種適合于航空、航天領(lǐng)域重要鋁合金構(gòu)件焊接的方法。 本文建立了以8

2、0C196KC單片機(jī)為控制核心的鋁合金變極性等離子弧焊接系統(tǒng)，包括焊接電源、離子氣流量控制器、基于工控機(jī)的焊接過程信號檢測分析系統(tǒng)及行走送絲機(jī)構(gòu)等。焊接電源為模塊化設(shè)計(jì)的IGBT雙逆變型恒流源，其工作穩(wěn)定性好、可靠性高，正、反極性焊接電流分別獨(dú)立可調(diào)。焊接過程中可實(shí)現(xiàn)焊接電流、離子氣流量和焊接速度的聯(lián)合在線調(diào)節(jié)。研制的離子氣流量控制器由單片機(jī)進(jìn)行程序控制，精度高、便于控制，焊接過程中可進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)離子氣流量。焊接過程信號檢測系統(tǒng)可使焊接

3、過程信息化，在線和離線狀態(tài)下對焊接過程信息進(jìn)行分析。 等離子焊接電弧的力學(xué)特性明顯區(qū)別于自由電弧。本文分析了變極性等離子電弧的力學(xué)特性，提出了聯(lián)合型變極性等離子電弧和轉(zhuǎn)移型變極性等離子弧在正、反極性期間由于電弧形態(tài)的差異具有不同的力學(xué)特性。在變極性等離子弧的反極性期間，聯(lián)合型等離子弧以及未切斷維弧電源的轉(zhuǎn)移型等離子弧，由于維弧通路的分流作用，電弧力大幅度下降。通過大量實(shí)驗(yàn)定量分析了電流幅值、離子氣流量、變極性頻率、正/反極性時間

4、比、弧高和鎢極內(nèi)縮量等參數(shù)對變極性等離子弧力的影響規(guī)律，為厚板及其變斷面鋁合金變極性穿孔等離子弧焊接參數(shù)的選擇提供了理論依據(jù)。 穿孔熔池的可靠建立是VPPA焊接過程穩(wěn)定、獲得良好焊縫質(zhì)量的先決條件。本文分析了VPPA焊接穿孔熔池的受力及電弧產(chǎn)熱機(jī)理，建立了鋁合金變極性等離子電弧功率計(jì)算模型，提出了VPPA穿孔立焊焊縫穩(wěn)定成形的條件是實(shí)時保持穿孔熔池上“熱”和“力”的平衡。研究了不同規(guī)范條件下的鋁合金VPPA焊接特點(diǎn)，大規(guī)范焊接條

5、件下設(shè)計(jì)了交、直流混合輸出和固定過零電流VPPA焊接工藝，從而提高了焊接工藝穩(wěn)定性和拓展了鋁合金VPPA焊接方法的工藝規(guī)范區(qū)間，實(shí)現(xiàn)了6mm至15mm不同厚度鋁合金試件VPPA焊接工藝，確定了不同板厚鋁合金VPPA焊接工藝區(qū)間。 變斷面鋁合金變極性等離子弧穿孔立焊工藝是在實(shí)際工程應(yīng)用中亟待解決的難題。VPPA力學(xué)特性分析和厚板VPPA焊接工藝特點(diǎn)研究為變斷面鋁合金穿孔等離子弧焊接提供了理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。變斷面鋁合金變極性等離子

6、弧穿孔立焊工藝的實(shí)現(xiàn)，可提高該焊接方法的工藝適應(yīng)性，并拓展其應(yīng)用范圍，而且能夠促進(jìn)對VPPA焊接工藝特點(diǎn)的進(jìn)一步科學(xué)認(rèn)識。本文分析變斷面鋁合金變極性等離子弧穿孔立焊工藝特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)小孔穩(wěn)定建立之后，工件厚度在一定范圍內(nèi)變化時，焊接參數(shù)具有可兼容性。在此基礎(chǔ)上提出通過對焊接參數(shù)的精確程序控制，可實(shí)現(xiàn)變斷面鋁合金變極性等離子弧穿孔立焊工藝方法，并將焊接電流、離子氣流量和焊接速度確定為變斷面鋁合金焊接過程中的調(diào)節(jié)參數(shù)。應(yīng)用“熱”和“力”平衡原