高频复合双钨极氩弧焊方法与数字电源研制

提出了一种优质高效低耗的新型非熔化极复合焊接工艺方法,并研制出新型高频复合双钨极TIG电源,可同时输出两路电流波形,一路为高频方波电流,其基值电流0~300 A,峰值电流0~100 A,频率0~80 kHz,占空比0~100%,脉冲电流变化率高达50 A/μs;另一路为变极性方波脉冲电流,其正负半波幅值为0~500 A,频率0~100 Hz,占空比0~100%,变极性电流变化率高达300 A/ms.测验结果表明,所设计的高频复合双钨TIG焊电源达到了预期设计目标,高频方波电流在80 kHz频率时仍然具有较快的上升和下降沿.最后采用铝合金板进行了堆焊试验,试验结果表明,焊接过程稳定,焊缝成形良好.     

2A14-T6铝合金复合超高频脉冲方波变极性GTAW焊缝成形特征

以2A14－T6高强铝合金为对象,借助焊缝成形参数来评价复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊（HPVP-GTAW）焊缝成形的特征,研究了HPVP—GTAW过程中超高频脉冲方波电流参数对焊缝成形的影响．结果表明,与常规VP-GTAW电弧焊相比,在焊接过程中加入超高频脉冲方波电流可以提高焊缝熔透率,改善焊缝成形;在脉冲电流幅值和占空比一定时,脉冲电流频率对HPVP－GTAW焊缝成形影响显著;正极性持续期间有效电流保持基本一致（变化范围±5A）条件下,在一定范围内提高脉冲电流频率,增加脉冲电流幅值,同时减小占空比,可明显提高铝合金HPVP－GTAW焊缝的熔透率．     

2219-T87高强铝合金复合超高频脉冲方波VP-GTAW焊缝成形特征

采用平板堆焊工艺进行2219-T87高强铝合金焊接,研究了复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接(HPVP-GTAW)过程中超高频脉冲方波电流特征参数对焊缝熔透成形的影响.结果表明,在正极性有效电流保持基本一致(变化范围±5 A)条件下,与常规VP-GTAW电弧焊接相比,超高频脉冲方波电流的加入可提高2219-T87铝合金焊缝的熔透率,焊缝熔透率增加20%以上;脉冲电流频率对焊缝熔透率有明显影响;在一定范围内增加脉冲电流幅值,减小占空比,可显著提高焊缝熔透率,脉冲电流幅值100 A和占空比20%时,焊缝熔透率增加75%以上.     

HPVP-GTAW电弧力及焊接质量分析

分别以3种不同材质铝合金平板材料为试验对象,研究分析了复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接(HPVP-GTAW)过程中电弧力的变化及其对焊缝成形特征和接头力学性能的影响.结果表明,与常规变极性氩弧焊工艺相比,脉冲方波电流的加入使得HPVP-GTAW电弧力显著增加,同时焊缝熔透率大幅提高,接头力学性能得到明显改善和提高;保持脉冲电流幅值和占空比基本不变,在10～80 kHz范围内,脉冲电流频率对焊接过程产生了重要影响,频率为40 kHz时,HPVP-GTAW电弧力和焊缝熔透率均达到最大,分别约为常规变极性焊接电弧的1.9倍和1.7倍.     

新型超快变换复合脉冲变极性弧焊电源拓扑

研究开发了一种超快变换复合高频脉冲方波电流变极性电源的主电路拓扑结构.整体结构分为前后两级,前级两套相互独立的直流电源分别提供基值电流和复合脉冲电流,高频直流脉冲切换电路与后级桥式电流极性变换电路共同将直流电流转换为过零无死区时间并具有多种输出波形形式的复合高频脉冲变极性方波电流,辅助并联吸收保护电路能够保证系统的可靠性和安全性.铝合金TIG焊接试验结果表明,电路可输出具有快速电流上升沿和下降沿变化速率的复合高频脉冲变极性方波电流,可满足高强高效变极性电弧焊接工艺的需要.     

超高频脉冲方波电流对5A06铝合金HPVP-GTAW焊缝的影响

采用复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接工艺(HPVP-GTAW)进行5A06铝合金平板的焊接加工,试验研究超高频脉冲方波电流对焊缝显微组织和接头力学性能的影响.结果表明,超高频脉冲方波电流频率对5A06铝合金焊缝组织性能会产生显著影响,脉冲电流频率在40～60 kHz范围内时,焊缝中心区域α(Al)固溶体内β(Mg2Al3)相弥散质点的析出数量增多,接头软化程度降低,拉伸性能明显提高,抗拉强度和断后伸长率分别达到母材金属的93%和80%以上;在脉冲电流频率20 kHz条件下,改变脉冲电流幅值和脉冲占空比的大小,所获焊缝的组织性能无明显变化.     

复合脉冲方波电流频率对5A06铝合金焊缝组织和性能的影响

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高频脉冲方波变极性电弧焊接技术,以5A06铝合金为试验对象,采用复合脉冲变极性TIG电弧焊接工艺,研究了复合脉冲方波电流频率对焊缝显微组织和力学性能的影响.结果表明,与未加入高频脉冲方波电流作用相比,当复合脉冲电流频率不超过20 kHz时,5A06铝合金焊接接头的显微组织和性能出现一定程度的降低,脉冲电流频率为40 kHz时,焊缝中心区组织细化,接头软化程度降低,接头力学性能明显改善,抗拉强度和断后伸长率分别达到母材金属的95.8%和84.8%.     

小径管全位置自动焊晶体管电源

本电源是为小径管全位置脉冲钨极氩弧自动焊而研制的,主要技术参数如下: 额定输出电流 200A 输出空载电压 30V 暂载率 60％输出特性恒流输出脉冲波形方波调节性能:脉冲电流:5～200A分档可调每步1A。基值电流:5～200A每步1A     

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。     

Al-Mg合金超高频脉冲VP-GTAW电流参数优化

以铝镁系5A06铝合金为对象,开展了复合超高频脉冲变极性钨极气体保护电弧焊（Hybrid Ultrahigh Frequency Pulsed Variable Polarity Gas Tungsten Arc Wending, HPVP-GTAW）电流参数优化研究。利用正交试验方法设计了焊接实验,以接头薄弱区的显微硬度为评价指标,以HPVP-GTAW电流特征参数为影响因素,分别采用极差分析法和回归分析法对实验结果进行分析与讨论。结果表明,变极性电流频率fL、高频脉冲频率fH和脉冲电流比例系数ψ（定义为高频脉冲基值电流Ib、高频脉冲峰值电流Ip和脉冲占空比δ的综合作用）的最优参数匹配依次为1kHz、20kHz和0.6（Ib为75A,Ip为180A,δ为0.2）。fL对显微硬度影响最为显著,fH影响作用次之,ψ对显微硬度影响最弱。最优参数匹配的条件下,接头的显微硬度、抗拉强度、延伸率和断面延伸率分别达到母材性能的84.7%、94.3%、80%和93.4%。     

TDW5000E超高频脉冲方波氩弧焊机的研制

TDW 5000E超高频脉冲方波氩弧焊机采用超高频脉冲GTAW技术、新型IGBT拓扑电路以MCU数字化控制方案,实现了超快速电流上升/下降沿变化速率(di/dt≥50 A/μs)及0~100 kHz脉冲频率的达百安培的方波电流输出。与常规焊机相比,利用超高频脉冲GTAW技术的焊机在普通方波的基础上叠加超高频脉冲电流,其脉冲电流幅值、占空比、脉冲频率等参数均可独立调节,确保不同焊接工艺过程的精确控制。研究表明,在铝合金、钛合金等航空航天高强材料的焊接加工中,该技术可有效降低焊缝的气孔敏感性、细化晶粒,显著提高焊接接头力学性能,具有重要的工程应用价值。     

高频复合双钨极氩弧焊电弧行为规律

高频复合双钨极氩弧焊是一种高效优质的新型焊接方法,为研究该焊接过程中的复合电弧行为规律,设计了电弧静态特性和动态特性试验,电弧静态特性试验中分别引入0～80kHz的高频脉冲电流并采用高速摄像技术拍摄电弧形态。结果表明,复合电弧形态明显异于不加高频的双钨极电弧形态,整体呈对称三角形,电弧外轮廓更趋直线化,电弧直径更小。脉冲频率低于50kHz时,随着脉冲频率的提高,复合电弧收缩效果越明显,电弧能量密度和电弧挺度越高。采用电弧上台阶的方法研究复合电弧的动态迁移行为,发现复合电弧稳定性强,电弧刚度高,具有尖端效应、非跳弧效应和高频自定位效应,深入分析其产生机理。     

变极性钨极氩弧焊电源主电路设计

设计的变极性钨极氩弧焊电源主电路采用输出功率较大的全桥式双逆变结构,选取绝缘栅极型晶体管IGBT为主控开关功率转换器件。对主电路组成部分涉及的元件进行了选取,并对二次逆变电路的工作过程进行了分析。对一次逆变部分的外特性进行了测试,并对实际焊接过程中的波形进行了测试分析。结果表明:该电源可获得电流频率、占空比、正负半波幅值均可独立调节的变极性波形,能够正常工作,该研究具有一定的实际应用价值。     

脉冲电流参数对奥氏体不锈钢电弧行为的影响

基于0Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢超高频脉冲钨极氩弧焊（UHF—GTAW,ultrahigh frequency pulse gastungsten arc welding）试验,分析了脉冲电流参数对奥氏体不锈钢电弧行为的影响及其作用规律．结果表明,以脉冲电流频率、占空比为代表的脉冲电流参数对不锈钢UHF-GTAW电弧的电学特性、工作形态、电弧力及熔透特性具有较大影响,随着超高频脉冲方波电流频率的增加,电弧收缩效应增强,电弧覆盖面积在一定范围内减小,电弧力显著增长,以等离子流力及电磁力为主的轴向力作用于熔池表面液态金属,造成熔池表面凹陷、热源下移、焊缝熔深增大、熔透率显著提升．     

基于方差分析法的C-276合金脉冲电流自动化钨极气体保护电弧焊参数优化

优化C-276合金脉冲电流自动化钨极气体保护电弧焊参数有着重要的意义。采用田口方法,设计了拥有4个焊接参数(脉冲电流、基值电流、脉冲电流占空比和脉冲频率),3个水平等级,9组实验方案的正交实验,利用方差分析每个焊接参数的贡献百分比。实验结果表明,当脉冲电流、基值电流、脉冲电流占空比和脉冲频率分别为165 A、77 A、60%和5 Hz时,焊件具有最大的熔深。     

脉冲电流频率对2219铝合金焊缝组织性能的影响

采用超快速变换复合高频脉冲方波变极性TIG电弧焊接方法进行2219-T87高强铝合金焊接,研究脉冲方波电流频率对焊缝组织性能的影响.结果表明,加入脉冲方波电流后,焊缝组织明显细化,焊缝区由粗大柱状晶向细小等轴晶转变.当脉冲电流频率达超音频段时,在焊缝中部还存在一种呈带状分布的细小等轴非枝晶组织,并与等轴树枝晶组织交替分布.与未加入脉冲电流相比,当脉冲电流频率为60kHz时,接头抗拉强度和断后伸长率分别增加约17.6%和66%.在一定范围内提高脉冲电流频率,可显著减小焊缝熔合区宽度,改善接头硬度分布,明显提高接头塑性,但对接头强度的影响作用并不明显.     

变极性TIG焊微电流短路引弧技术研究

基于变极性TIG焊电弧的特点,在作者研发的双芯双逆变变极性TIG焊电源的基础上,设计出了一种针对变极性TIG焊的微电流短路引弧方式,将整个引弧过程分为:短路阶段、维弧阶段和电流缓升阶段。可以有效的解决变极性TIG焊在短路引弧时容易出现的钨极烧损、电流过冲等问题。并针对不同输出电源类型,不同被焊材料,进行了微电流引弧试验。试验证明:DCEN,DCEP,脉冲输出时均能实现短路电流为1~2 A的微电流稳定引弧,未出现明显的钨极烧损,引弧成功率高并且没有出现熄弧的现象。     

钨极脉冲氩弧焊的优点及适用范围

钨极脉冲氩弧焊是通过调节脉冲电流幅值、基值电流大小、脉冲电流持续时间和基值电流持续时间,以控制热输入量,从而控制焊缝及热影响区的尺寸和质量。钨极脉冲氩弧焊的优点及适用范围是：     

钨极脉冲氩弧焊的优点及适用范围

钨极脉冲氩弧焊是通过调节脉冲电流幅值、基值电流大小、脉冲电流持续时间和基值电流持续时间,以控制热输入量,从而控制焊缝及热影响区的尺寸和质量.钨极脉冲氩弧焊的优点及适用范围是: