铝合金变极性等离子弧穿孔焊过程控制

分析了铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺特点,提出了通过对焊接参数的精确控制,实现变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺的方法,并将焊接电流、离子气流量和焊接速度确定为变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊过程的被调节参数.保持穿孔熔池上热和力的动态平衡是调节焊接参数的根本依据,是实现变断面试件自动焊接的关键所在.采用单片机为核心的控制器对焊接参数进行实时调节,动态保持穿孔熔池上热和力平衡,实现了变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺.     

2A12铝合金变极性等离子弧穿孔焊缝性能分析

采用具有辅助压缩孔喷嘴结构的焊枪,在大电流高焊速的焊接工艺下制备了2A12铝合金变极性等离子弧穿孔焊缝,并分析了焊缝的组织和力学性能.由于辅助压缩孔对焊接电弧的压缩,使正面焊缝宽度变窄,背面焊缝宽度增加,并提高了两侧焊缝的余高.焊缝内部以细小的等轴非枝晶结构为主,其强化相以Al₂Cu为主,还有少量的S相.Al₂Cu的形状及其分布状况决定了焊缝的力学性能,试验表明基体和焊缝的硬度差别不大,焊缝沿中轴线的显微硬度呈马鞍状分布,焊缝内部比较平缓,正反两侧焊缝的硬度分布波动较大.     

铝合金变极性等离子弧平焊工艺

分析了薄板铝合金变极性等离子弧平焊工艺稳定性机理。试验采用自行研制的变极性等离子弧焊接电源,对1060铝合金薄板采用变极性等离子弧平焊工艺,分析了在变极性等离子弧焊接过程中,焊接电流、离子气流量、送丝速度等参数对焊缝成形的影响,获得了良好的焊缝质量。     

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 kHz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.     

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,使得电弧的穿透能力减小。     

铝合金变极性等离子弧穿孔横焊焊缝成形规律分析

以穿孔等离子弧焊接过程中形成的穿孔熔池为研究对象,根据熔池热源形态的特点,采用数值模拟与试验相结合的手段研究横焊位置下的铝合金变极性等离子弧焊缝成形.由于焊接速度波动和工件厚度的影响,体热源作用下的穿孔熔池背面存在最高温度点和最大熔宽截面相背离的现象;因此通过对穿孔熔池背面进行分区和定义,提出温宽偏离度概念,即熔池背面最高温度点和最大熔宽截面的偏离程度,用以描述穿孔熔池状态及焊缝成形;通过调节焊枪角度来改变焊接过程中的温宽偏离度,在其它参数不变的情况下减轻重力在焊接过程中对焊缝成形的影响,实现变极性等离子弧穿孔焊接在横焊位置上的良好成形.     

厚板铝合金变极性等离子弧焊工艺

分析铝镁合金的焊接特性和变极性等离子弧焊的焊接特点及氩-氦电弧的特性,依据8～12 mm板厚5083的焊接经验,选用变极性等离子孤焊,分别采用氩气、氩气+氦气作为保护气体,对16 mm厚的5083铝合金进行焊接试验,通过优化焊接工艺参数,获得良好的焊缝成形;按JB/T 4730《承压设备无损检测》的要求对获得的焊接接头进行射线检测和渗透检测,通过机械性能试验验证焊接接头的机械性能,各项检测及试验结果均符合NB/T 47014《承压设备焊接工艺评定》的要求,获得的焊接工艺规范参数在高压封闭电器外壳筒体的焊接中稳定应用.     

2219铝合金变极性等离子弧焊接接头

采用变极性等离子弧焊接技术对2219铝合金进行焊接,并通过光学显微镜、硬度计等分析和测试其焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,2219铝合金采用变极性等离子弧焊接能得到良好的焊缝,焊缝组织晶粒比母材细小,焊缝区域硬度小于母材硬度。     

变极性频率对铝合金变极性等离子弧穿孔立焊熔池稳定性的影响机理

为研究变极性频率（VPF）对变极性等离子弧焊熔池稳定性的影响机理,采用变极性有限元模型分析了小孔熔池的热力耦合过程。该模型基于计算流体力学（CFD）技术,能够实现变极性电弧对熔池热-力作用的周期性变化。此外,为了更准确地表达小孔边界上热量和力分布沿小孔深度的变化,还考虑了小孔的二次压缩效应对热流和电弧压力的影响。比较了不同VPFs条件下小孔边界的热-力振荡强度和熔融桥在临界穿透时的受力平衡情况。结果表明,在小孔形成过程中,随着VPFs的增大,小孔边界的电弧压力、热流密度和流动速度的“振荡强度”减小。另外,不同的热-力振荡条件引起熔池温度场的变化,进而导致熔池表面张力的变化,改变了熔融桥在穿透时的受力平衡条件,影响穿孔熔池的稳定性。当EP相电流占空比为1/5,VPFs大于33,小于83时,匙孔边界的热-力“振荡强度”较弱,熔融桥在临界熔透状态下能保持力平衡,熔池稳定。当VPFs小于33时,“振荡强度”较强,并且熔融桥的受力平衡被打破,熔池趋于被切割。当VPFs大于83时,虽然此时熔融桥“振荡强度”较弱,但因熔融桥受力平衡被打破,熔池处于不稳定状态。最后,通过熔合线形状、小孔穿透时间和焊缝背面小孔尺寸的比较,验证了所建立模型的准确性。     

铝合金变极性等离子弧焊接的工况适应性

为克服厚板铝合金穿孔焊接熔池极易失稳的难题,该研究从厚板焊接时电弧温度场出发,旨在探究厚板穿孔焊接熔池稳定性的机理。通过建立三维数值模型,研究了焊接母材厚度分别为5 mm和16 mm下变极性等离子电弧的温度场、流场和电流密度分布。结果表明,随着板厚的增加,变极性等离子电弧温度场分布发生改变,5 mm板厚电弧温度的衰减情况为线性,而16 mm厚板焊接的电弧温度衰减情况为二次型,使得温度变化更加复杂。变极性等离子弧焊接5 mm厚度铝合金时,整个小孔熔池的电流密度呈1.0 × 10⁶ A/m²以上,但是在焊接16 mm厚板铝合金时,相同电流密度仅达到小孔深度的12 mm处。该研究有望对实现大厚度铝合金稳定焊接,拓宽变极性等离子弧焊接应用范围提供理论指导。

     

VPPA焊接的焊缝成形稳定性控制的研究现状

变极性等离子孤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时间比,以满足铝合金焊接时的阴极清理和实现小孔焊接的要求.因此,在航空航天铝合金结构的焊接中获得了广泛的应用.主要介绍了该焊接方法在焊缝成形稳定性控制方面的研究现状,主要分为预置参数开环控制方式、实时检测闭环控制方式和多参数信息融合反馈控...     

2A14铝合金变极性等离子横向焊缝成形特点

对6 mm厚2A14铝合金变极性等离子弧横向焊接的难点及焊接工艺参数的特点进行了研究,通过横向焊穿孔熔池受力分析,阐释了变极性等离子横向焊缝成形缺陷产生的原因.变极性等离子弧横向焊接的难点是焊缝正面和背面的咬边缺陷及焊缝上部(靠近熔合线)宏观气孔的聚集.稍小的焊接线能量有利于消除横向焊缝正面咬边缺陷,稍大的焊接线能量有利于消除焊缝背面咬边缺陷.分析认为变极性等离子横向焊缺陷的产生与穿孔熔池受力平衡及重力方向改变导致的流动密切相关.     

Soft variable polarity plasma arc horizontal welding technology and weld asymmetry

Abstract

Soft variable polarity plasma arc welding technology has been proposed to solve the problems in horizontal position welding for aluminium alloys. Arc thermal field shape, arc pressure distribution and the characteristic of the weld pool, which are important for keyhole stability, have been changed compared with the ordinary variable polarity plasma arc. Its stability in application can be evaluated by the operational window. The thermal cycle curves, microstructures and microhardness of the horizontal position weld indicate the weld asymmetry. The influence of asymmetry as well as welding defects on tensile strength and fracture behaviour has been studied. The fundamental reason for the asymmetry was considered as the asymmetric fluid flow around the keyhole in the weld pool.     

高强铝合金VPPA-MIG复合焊接焊缝成形机理

VPPA-MIG复合焊集VPPA穿透力强和MIG焊熔敷效率高的优点,弥补了单VPPA焊工艺区间窄且需立焊和MIG焊熔深浅的不足. 使用Red Lake Y4高速摄像获取6 mm厚2A12铝合金VPPA-MIG复合焊接熔池图像,建立了熔池受力模型. 对比分析了复合热源不同能量配比对焊缝成形和熔池形貌的影响及VPPA-MIG与单MIG焊缝成形特点. 结果表明,VPPA-MIG复合热源相比单VPPA热源易保持焊缝成形稳定性. VPPA电流接近穿孔阈值时,配合较低功率MIG热源可以获得6 mm厚2A12铝合金良好焊缝成形;VPPA能量比例过低时,小孔较浅,熔化效率较低,不能起到增加熔深的作用;VPPA能量比例过大,易使熔池失稳,焊缝成形不良. 热源输入功率相同时,VPPA-MIG复合焊比MIG焊显著增加焊缝熔深和深宽比,提高生产效率.     

Novel soft variable polarity plasma arc and its influence on keyhole in horizontal welding of aluminium alloys

A novel soft variable polarity plasma arc has been proposed to solve the problems in horizontal welding of aluminium alloys (in 2G position). It is defined as an arc with reduced arc pressure while retaining the ability to maintain a stable keyhole. In this paper, its characteristics were studied and its influence on the stability of keyhole was investigated. The results indicate that it has been changed in the energy and pressure distribution compared with ordinary variable polarity plasma arc. It is beneficial for the stability of keyhole especially for the stability of keyhole shrinking process. The keyhole can be established easily. It can also improve the wetting and spreading of molten metal in weld pool. The reason for a stable keyhole is that the soft variable polarity plasma can provide a suitable heat input and a suitable arc pressure.     

Characteristics of arc in variable polarity plasma arc welding of aluminum alloy

A double invert variable polarity plasma arc （VPPA） power source based on 16-bit MCU applied for aluminum alloys was developed. Mechanics, electrical and the produced heat mechanism of VPPAW arc were tested and analyzed. Results indicate that during the VPPA welding procedure of aluminum alloy, the arc of electrode negative （EN） has more effect on force, whereas the arc of electrode positive （ EP ） has more effect on heat. It should be noted that keeping the balance of the force and heat is the critical element of VPPAW. This power source had been successfully used to weld aluminum alloy with a 15 mm thickness in vertical welding. The conclusions are applicable to the variable polarity plasma arc welding technique used in the aerospace industry.