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.     

高频脉冲TIG焊电弧阳极行为的研究

本文首次测定了高频脉冲TIG焊电弧阳极的平均电流密度分布及其中心电流密度动态过程,研究其变化规律并建立了数学模型,从而探讨了高频脉冲TIG焊电弧的高频效应机理。实验研究表明高频脉冲TIG焊电弧阳极能量密度高于直流电弧,小电流时高频效应显著,适宜焊接精密超薄件,推荐脉冲频率为20kHz。     

高频复合双钨极氩弧焊电源研制

提出了一种优质高效低耗的新型非熔化极高频复合双钨极氩弧焊方法,并研制出新型高频复合双钨极氩弧焊电源,能同时输出两路电流波形:一路为高频方波脉冲电流,脉冲频率0～80 kHz,脉冲基值0～300 A,峰值0～400 A,占空比0～100%,电流变化率大于50A/μs;另外一路为变极性方波脉冲电流,频率0～100 Hz,电流幅值0～500 A,占空比0～100%,电流变化率300 A/ms。采用并联结构的主电路拓扑及DSP+SG3525A的模数混合控制系统,通过软件编程实现焊接电流给定信号与PWM信号的同步输出,可实现高频方波脉冲电流和变极性方波脉冲电流的同时输出。测试结果表明,设计的高频复合双钨极氩弧焊电源达到了预期设计目标。     

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.     

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.     

不锈钢高频复合双钨极氩弧焊接工艺方法

针对双钨极TIG焊存在的电弧压力小、焊缝熔深浅等问题,提出了一种新型焊接工艺方法——高频复合双钨极TIG焊(high frequency hybrid twin-electrode TIG welding, HFHT-TIG焊),在双钨极氩弧焊的一个钨极上通以高频脉冲电流,达到提高电弧压力和挺度、搅拌熔池、细化晶粒、改善接头组织和力学性能的目的. 采用HFHT-TIG焊进行了6 mm厚奥氏体不锈钢焊接工艺试验,并与双钨极TIG焊接头进行对比. 结果表明,HFHT-TIG焊能够显著提高电弧挺度和电弧压力,焊缝表面成形更佳,横截面对称性更好,焊缝区的树枝晶组织更加细小,断口韧窝更加均匀和细密,接头的抗拉强度和断后伸长率分别提高了12.1%和30.2%.     

JHD—05—2型晶体管式高频脉冲钨极气体保护焊电源及其应用

高频脉冲钨极气体保护焊,其电流脉冲频率每秒钟可达上万周;由于电弧电流和次生磁场的脉动频率增大,电弧的压缩效应与熔池的搅拌作用亦随之增强,因此,电弧的挺度好,焊缝金属的组织与性能较好,特别适合于焊接薄壁件和特殊材料的零件。     

脉冲电流频率对TC4钛合金焊缝成形的影响

基于超高频脉冲钨极氩弧焊技术,完成了TC4钛合金焊缝熔透特性试验,研究分析了脉冲电流频率对焊缝成形参数的影响及其作用规律.结果表明,脉冲频率f≤65kHz时,熔深、熔宽随脉冲频率的变化趋势基本一致,与常规直流相比,熔宽至少降低了12%;当f处于20~40 kHz的范围内,深宽比上升趋势明显,脉冲频率进一步增加,深宽比的变化趋于稳定;f>70 kHz时,熔宽最大减小了约35%,熔深小幅增长,深宽比提高显著.结合电弧形态试验结果分析发现,超高频脉冲电流引起的电弧形态变化是焊缝成形随脉冲频率变化的主要原因.     

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%.     

高性能焊接电弧的研究与应用

在原钨极惰性气体保护焊(GTAW)条件下,提出了与高频能量耦合的脉冲电弧效应及其焊接工艺特性;提出以多电极并联聚束为特征、能增强电弧"自磁收缩"和气体"热电离"效应为主导机理的焊接电弧结构,实现电弧能量密度和工艺性能的提高;本研究为推动新一代焊接电弧具有"控形"与"控性"两方面的功能提供了思路。     

单电源交流双钨极氩弧焊接铝合金工艺机理分析

以6061铝合金为研究对象,进行单电源交流双钨极氩弧焊接工艺试验.采用金相显微镜、CCD摄像头、电流检测系统对焊接接头的组织、电弧形态以及电流变化过程进行观察与检测分析.结果表明,大电流下双钨极可获得均匀美观的铝合金焊缝成形,但钨极串行优于钨极并行.电弧电流检测显示焊接过程中流经两个TIG焊枪的电流大小呈现非均匀分配形式,单电源单钨极电流密度沿着焊接方向呈现单峰分布而双钨极非单峰分布.在电弧作用区域双钨极耦合电弧的电流密度值要小于单钨极.另外双钨极能扩展耦合电弧的弧根,增加熔池受热面积,在保证焊缝成形的同时提高焊接效率.     

激光一同轴电弧复合焊接热源焊接

在建立和研究空心钨极电弧的基础上，对激光一同轴电弧复合焊接热源焊接特性进行了深入研究。试验结果表明，激光与电弧相互作用增强的效果十分显著，采用同轴电弧作为辅助热源增大焊接熔深的效力优于激光一旁轴电弧复合焊接热源焊接效果。在试验的基础上，得到了激光一同轴电弧复合焊接热源焊接熔深的变化规律。     

不锈钢薄板高频脉冲氩弧焊的研究

本文分析了模拟高频脉冲焊接电源的工作特性,对高频电弧的若干参数作了测试,在此基础上焊接0.1～0.25毫米的不锈钢超薄板。一、高频氩弧焊发展概况及特点 小电流焊接时,电弧的稳定性是保证焊接超薄板最好的方法是钨极氦弧焊。     

激光-同轴电弧复合焊接热源焊接

在建立和研究空心钨极电弧的基础上，对激光－同轴电弧复合焊接热源焊接特性进行了深入研究，试验结果表明，激光与电弧相互作用增强的效果十分显著，采用同轴电弧作为辅助热源增大焊接熔深的效力优于激光－旁轴电弧复合焊接热源焊接效果，在试验的基础上，得到了激光－同轴电弧复合焊接热源焊接熔深的变化规律。     

高频脉冲弧焊技术研究进展

脉冲电弧焊已被证明具有良好的焊接工艺性能,同时对焊缝成形及其微观组织的改善有明显效果,但对焊接“弧-源”之间的匹配关系尚未充分认识.文中通过回顾脉冲电弧焊的发展历史,对近年来高频脉冲(＞20kHz)电弧焊研究中取得的进展做了分析和讨论.并从“高频效应”入手,在焊接设备、电弧物理及工艺性能等方面阐述了高频能量激励下的电弧行为,探索了高频电弧的有效工作区间,利用多种测试手段对高频脉冲的作用、特点及效果加以验证.并针对高频电弧的工艺特点提出进一步的研究方向.     

双钨极氩弧焊耦合电弧压力分析

双钨极氩弧焊(twin-electrode TIG, T-TIG)的耦合电弧是由设置在同一个焊枪中的两个相互绝缘的钨极各自产生的电弧耦合而成的.这个耦合电弧在物理特性上不同于传统单钨极TIG电弧.以试验为基础,分析了耦合电弧的电弧压力特性,并对比单钨极电弧就焊接电流、电弧弧长、钨极间距和钨极形状对耦合电弧压力分布的影响进行了研究.     

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%.     

超声钨极氩弧复合焊金属熔化行为分析

针对5mm厚度304不锈钢板,对超声钨极氩弧复合焊接的金属熔化行为机理进行了研究.与普通钨极氩弧焊对比分析表明,由于超声钨极氩弧焊复合焊接能大幅提高电弧力及电磁对流水平,使得熔池金属流动发生改变,提高了焊接熔深,增加了焊接深宽比,从而改善了普通钨极氩弧焊不适合焊接中等厚度板材的不足,拓宽了其使用范围,提高焊接生产效率.此外,结合试验与理论分析,进而对超声钨极氩弧焊提高焊接电弧力、增加焊接熔深的机理进行了研究.     

电弧收缩电流频率对航空航天合金钨极氩弧焊薄板拉伸性能和显微组织演变的影响

研究电弧收缩电流频率(ACCF)对收缩电弧钨极氩弧焊(CA-TIG)焊接航空航天718合金板(厚度为2 mm)拉伸性能和显微组织演变的影响.实验设计每次一个变量,即采用从4 kHz到20 kHz之间5个不同的ACCF,其他参数保持不变.结果显示,采用4 kHz ACCF的接头具有良好的拉伸性能,焊接效率可达99.20％...