铝合金变极性TIG焊接电弧行为

分别采用正弦波变极性和方波变极性氩弧焊对铝合金试板进行了焊接试验,利用高速摄像机和汉诺威分析仪分别对焊接过程中变极性电弧形态及电信号进行采集分析. 结果表明,电弧电压概率密度分布和高速摄像图证实了较小焊接参数条件下正弦波变极性比方波变极性电弧稳定性差的现象. 正弦波变极性TIG电弧随EP(反极性)的增加清理宽度增加,但熔宽未增加,证明此条件下正弦波变极性TIG电弧过于发散;焊接参数较大时,随EP的增加,正弦波变极性熔宽变宽,证实正弦波变极性TIG电弧稳定性随之提高,证明了铝合金变极性TIG焊接过程中EP极性电弧产热大于EN极性电弧能量的本质特征.     

变极性TIG焊电弧压力分析

采用压力传感器获取不同条件下的变极性钨极氩弧焊(VPTIG)横焊时的电弧压力,研究分析了电弧压力在径向上的分布规律,对比研究了直流TIG焊、反极性期间占5%,15%的变极性TIG中心电弧压力.结果表明,变极性TIG焊电弧压力的径向分布属于双面指数分布.焊接电流在100~140 A范围内,在电流均值相等的情况下,由于反极性期间电子发射机制和电弧发散等原因,随着一个周期内钨极为正半波的时间比例增加,电弧压力逐渐减小,且焊接电弧积分力与电流的平方近似成正比例关系.     

超快变换高频变极性方波TIG电弧行为

基于一种新型电路变换拓扑实现频率达超音频段且具有超快速电流上升沿和下降沿变化速率的高频变极性方波电流输出,将其用于铝合金TIG焊接过程,研究分析高频变极性TIG电弧行为.结果表明,变极性电流频率和变化速率具有对电弧形态、稳定性及电弧力的控制能力,提高电流极性变换频率,电弧清除氧化膜的能力增强,电弧表现出明显的收缩效应,电弧电压和电弧等效电阻增大,但电弧偏吹作用加剧.在一定频率范围内,增加变极性电流频率,减小负极性电流幅值及其持续时间,可增大焊缝熔透率,有利于提高焊接效率和质量.     

SACTIG与VPTIG电弧稳定性的对比分析(二)

利用高速录像系统、焊接电弧测试分析仪同步实时采集正弦交流TIG(SACTIG)和变极性TIG(VPTIG)焊接电流、电弧电压、电弧形态信息,以再引弧过程中两电极空间气体的平均电导变化率为判据,建立了VPTIG电弧稳定性数学模型;比较分析了SACTIG与VPTIG焊接电流过零期间,焊接电弧稳定性与相关电学参数之间的关系.试验表明,VPTIG与SACTIG电弧本质上同属ACTIG电弧,虽然两者相关电学参数对电弧稳定性影响的规律方面是一致的;但是VPTIG与SACTIG电弧在产热、散热、极性转变特性、焊接电源空载电压、焊接电流波形等方面存在差别,两者电弧稳定性表现出许多不同特点.VPTIG和SACTIG焊接电弧稳定性分别随VPTIG焊接电源施加在两电极之间空载电压的上升斜率和SACTIG电源空载电压频率增大而提高;再引弧电压Ur越高电弧越不稳定;焊接电源空载电压越高电弧越稳定;焊接电流越大电弧越稳定.     

高频脉冲变极性焊接电源及电弧压力分析

采用变极性和高频脉冲电路叠加,设计了一套变极性和高频脉冲复合电流输出特性的焊接电源,将高频脉冲电弧特性引入变极性焊接过程.建立电弧压力数学模型,结合具体工艺试验,分析了高频脉冲电流对于变极性焊接电弧特性的改善.结果表明,在相等电流有效值的情况下,电弧压力随脉冲频率的提高而增加,高频脉冲电流频率达到5kHz附近时,弧柱区电弧压力较常规直流电弧提高2倍左右,电弧的挺度和能量密度都有所增加,为进一步研究高频脉冲变极性焊接方法在铝合金焊接中的应用提供了理论依据.     

变极性TIG焊接电弧稳定性分析

通过对变极性TIG焊接电弧稳定性试验研究,发现小电流电弧极性切换时容易引起熄弧.同时,电弧等效电阻的变化导致严重的换向冲击.原因是:电路的等效电容、电感引起小电流换向速度慢,电弧等效电阻变小引起换向冲击.通过二次主电路加耦合电感,以及在电弧极性切换时,采用变参数PI控制与超前控制的软件控制策略,有效解决了变极性TIG焊...     

高频脉冲变极性焊接工艺性能研究

分析了高频脉冲电流对变极性焊接电弧特性、焊接工艺及焊缝性能的影响,试验结果表明,高频电流脉冲能够较大程度地压缩电弧等离子体、提高电弧轴向压力及电弧挺度,在相同焊接电流有效值的情况下,频率在5kHz以上的电流脉冲能将电弧力提高到普通变极性焊接的260%左右.同时高频脉冲电流能够提高变极性焊接的焊缝熔深,减小焊缝正面余高以及改善焊接效率.对于2219-T6时效强化铝合金而言,采用叠加10 kHz高频脉冲变极性焊接工艺,焊缝抗拉强度在未经任何焊后热处理的情况下能够达到300 MPa左右,相当于母材强度的67%.     

变极性TIG焊电弧燃烧稳定性与恒占空比控制

电流换向的快速性和稳定性是影响变极性TIG焊接电弧燃烧稳定性的关键因素，尤其是在小电流变极性TIG焊时，极易出现熄弧和电弧燃烧不稳定问题. 对电流换向期间的电压/电流波形深入分析发现，一次逆变采用基于PID的电流反馈控制获得恒流输出时，在电流换向结束后易产生焊接电流回调现象，小电流焊接时甚至降至零，从而导致电弧熄灭，这与PID控制中的di/dt项密切相关. 提出了一次逆变在电流换向期间采用恒占空比控制新方法. 结果表明，该方法可有效提高换向电流的响应速度，防止换向后的电流回调或超调，增强了变极性电流换向过程的稳定性.     

变极性焊接技术的领先者——专访艾美特焊接自动化技术（北京）有限公司销售部魏铀泉经理

艾美特集团是自动化焊接领域的顶级制造商，多年服务于美国航空航天，核能等领域，艾美特的业务主要集中在为高端用户提供焊接工程控制和监测的设计，开发，制造以及成套的交钥匙工程，艾美特高精密，高效，柔性化的纵，环缝及其组合焊接系统可以集成的焊接工艺主要有TIG、VP TIG（变极性TIG）、热线TIG焊接及堆焊，MIG/MAG、PAW、VPPAW（变极性等离子弧焊）、YAGLW（固体激光焊）等方面。[编者按]     

基于LabVIEW的VPPA焊接信号采集分析系统

在实验室原有的变极性等离子焊接试验系统上,利用虚拟仪器软件LabVIEW设计了焊接电信号采集与分析系统,包括电流电压信号采集、滤波、概率统计以及频谱分析等焊接电特性参数采集与分析模块。通过焊接试验,对具有高低频调制脉冲功能的变极性等离子焊接系统进行信号检测与分析,比较分析了不同高低频时电弧电流波形以及频谱的不同。实验结果表明,该数据采集分析系统工作稳定,数据完整可靠,具有主要的信号分析功能。     

弧焊机器人用多功能TIG焊机的研制

研制了一台弧焊机器人配套使用的单片机控制的多功能ＴＩＧ焊机，采用司流源加逆变桥的组合式结构，以ＩＧＢＴ为功率器件，单片机为控制核心，实现了一机多能，可工作于直流ＴＩＧ焊、脉冲焊、变有性ＴＩＧ焊三种方式，满足弧焊机器人柔性焊接的要恰?     

VPTIG焊接电流参数对电弧形态及焊缝质量的影响

采用高速录像系统、记忆示波器同步实时采集变极性氩弧（VFFIG）焊接电流、电弧形态信息,比较分析了VFFIG焊接电流频率、直流电极接负（DCEN）时间和直流电极接正（DCEP）时间、DCEN及DCEP电流幅值5个参数对电弧形态及焊缝质量的影响。结果表明,通过调节以上5个参数,可以控制电弧形态、电弧力及焊接热输入,从而控制熔深及焊缝正反面成形;控制焊缝两侧清理区宽度;减少钨极烧损。采用平板对接低频脉冲调制铝合金VFFIG焊接工艺,单道焊熔深可达6min,焊缝成形良好、质量可靠。     

接触式引弧方式在变极性TIG焊中的应用

在已搭建的双逆变变极性TIG焊接电源系统平台上,为保证电源的正常使用,设计了一种适用于变极性电源的TIG焊的接触式引弧方式,该方式将整个引弧过程分为接触阶段、维弧阶段和电流缓升三个阶段。接触阶段和维弧阶段的电流大小、电流变化速度都是可调节的。实验证明,该引弧方式不仅能应用于TIG焊变极性电源而且也适用于脉冲电源,并且有效避免了传统电源中接触式引弧常见的钨极烧损和电流过冲问题。     

铝及铝合金的变极性等离子焊接设备与工艺

通过铝及铝合金焊接特点的分析,比较TIG、MIG、PAW不同焊接方法的优缺点;对不同板厚的防锈铝进行大量的变极性等离子焊接工艺试验,总结出变极性等离子焊接铝合金开设备的要求,以及分析等离子焊接工艺参数对成形的影响,制定了一套成熟的焊接工艺参数。试验结果表明：立焊变极性等离子焊接中厚板铝及铝合金有着明显的工艺优势,可以实现单面焊双面成形,焊前清理要求低,焊缝可达到Ⅰ级。     

TIG-MIG复合焊电弧特性机理分析

采用TIG-MIG复合焊电弧改善传统单一TIG及MIG焊的不足.基于PID闭环控制,实现恒流恒压外特性输出,从而实现TIG-MIG电弧复合.研究了复合电弧的电弧特性、熔滴过渡形式及不同极性接法对焊缝的影响.结果表明,TIG焊电弧对MIG焊电弧具有良好的维弧作用.TIG-MIG焊电弧复合熔滴过渡过程,TIG焊电弧稳定燃烧,为了保持最小的能量消耗而作用于熔滴上,对熔滴具有加热作用.直流反接具有良好的阴极雾化清理作用.TIG-MIG焊电弧复合能够有效降低焊接飞溅,促进焊缝铺展及成形,实现高效化、优质化的焊接.     

变极性TIG焊接电源的研制

变极性TIG焊接电源是一种用于铝合金焊接的新型焊接设备，其焊接电流频率、正负半波电流时间和幅值都可以分别独立调节。主电路结构采用2级逆变，前级为全桥逆变式结构，后级为半桥逆变式结构。该电源可实现变极性方波交流、直流、脉冲电流等多处输出。在DCEN向DCEP过渡时采用叠加电流脉冲进行稳弧，小电流时焊接电弧也十分稳定。调节正负半波的幅值、频率及占空比能满足铝及铝合金的焊接工艺要求。     

铝合金超快变换复合脉冲方波VPTIG焊接技术

研究开发了一种适用于铝合金材料的新型超快速变换复合脉冲方波电流变极性电弧焊接方法,采用变极性TIG平板对接焊接工艺,分别对5A06,2A14和2219三种铝合金材料进行焊接,通过X射线探伤检测、接头拉伸性能测试以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测试分析.结果表明,采用过零无死区时间且具有超快速电流上升沿和下降沿变化速率的复合超音频脉冲方波变极性TIG焊接工艺进行铝合金焊接,有利于改善和提高接头性能,获得满意的焊接质量.     

微机控制的变极性TIG焊电源的研制

开发了一套变极性TIG焊电源的微机控制系统,通过调节输出电流的正负半波的时间、幅值获得不对称方波,同时对硬件电路原理和软件模块化结构的设计进行了分析和讨论。试验结果表明,焊机设计合理,输出电流的波形可控,完全能够满足铝合金TIG焊的工艺要求。