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铝合金脉冲调制变极性TIG设备与工艺研究

张宝良  
【摘要】: 铝及其合金由于具有比重小、强度高、抗腐蚀性强等优点已经被广泛应用在航空、航天、核能以及军事工业等各个领域。脉冲调制VPTIG(PVPTIG)焊接工艺作为近年来发展起来的一种新型焊接方法,较其它焊接方法有着较大的优势,和广泛的应用前景。该焊接工艺除了可以降低钨极烧损,提高焊接电弧稳定性外,低频脉冲调制产生的断续电弧力对熔池进行冲刷,可以减少气孔、控制焊缝结晶过程及焊缝成形;高频脉冲调制在保证电弧力的基础上降低电弧能量密度,减小电弧笼罩的面积,可以进一步减小焊缝宽度,减小热影响区的软化程度,提高焊缝的拉伸强度和延伸率。因此,脉冲调制VPTIG(PVPTIG)焊接工艺是一种适合于航空、航天领域重要铝合金构件焊接的方法。 本文建立了一个铝合金脉冲调制VPTIG(PVPTIG)焊接系统,包括焊接电源、焊接工作台行走机构及送丝机构等。焊接电源是以MSP430F449单片机为控制核心的双逆变焊接电源,其工作稳定性好、可靠性高,输出电流的正、反极性时间、幅值分别独立可调,用软件程序可以方便的实现低、高频脉冲调制变极性电流波形的输出。送丝机构送丝速度稳定、并且具有焊丝回抽功能,可有效地防止焊丝粘板现象的发生,保证了焊接过程的稳定性。焊接工作台行走机构运行可靠、稳定,速度调节方便,并且有行程限位、正反转等功能。焊接过程中可实现焊接电源、送丝机和焊接工作台的程序时序控制,初步实现了焊接过程的自动化控制,为焊接工艺的研究建立了可靠、稳定、实用的焊接系统平台。 本文采用高速摄像机、记忆示波器等测试分析仪器,对VPTIG电弧电学特性、热学特性及力学特性进行了分析和规律总结。VPTIG电弧电学特性和热学特性的分析为铝合金VPTIG的焊接工艺提供了强有力的理论支持。即VPTIG焊时,减少DCEP时间,增大DCEP电流值,即保证了必要的氧化膜清理效果又最大限度的减少了钨极的烧损,提高了焊接过程的稳定性,保证了焊接质量的提高。VPTIG电弧力学特性的分析与研究为铝合金脉冲调制VPTIG(PVPTIG)的焊接工艺提供了理论支持与指导。将脉冲电流调制功能和变极性功能互相结合,低频脉冲调制产生的断续电弧力对熔池进行冲刷,可以减少气孔、控制焊缝结晶过程及焊缝成形;高频脉冲调制在保证电弧力的基础上降低电弧能量密度,减小电弧笼罩的面积,可以进一步减小焊缝宽度,减小热影响区的软化程度,提高焊缝的拉伸强度和延伸率。在此基础上,对VPTIG电弧稳定性及其稳弧措施进行了研究。 本文以自制的焊接系统为硬件平台,以所总结出的电弧特性规律为理论依据,通过大量的工艺试验,总结出了铝合金脉冲调制VPTIG(PVPTIG)焊接工艺的特点和


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