【摘要】：高強(qiáng)鋁合金密度小、比強(qiáng)度高、機(jī)械加工性能好,被廣泛應(yīng)用于航空、航天及軍工領(lǐng)域。但是其特有的物理性能使其焊接性不佳,現(xiàn)代工業(yè)對鋁合金高效率、高質(zhì)量的焊接方法提出了嚴(yán)苛的要求。鋁合金變極性等離子弧即VPPA(Variable Polarity Plasma Arc)焊接方法與TIG焊或者M(jìn)IG焊相比,具有能量集中、電弧挺度大、一次穿透深度大、焊后變形小等優(yōu)點(diǎn)。在典型VPPA中加入高低頻脈沖會進(jìn)一步使其能量集中、穿透能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)充分體現(xiàn),獲得良好的焊接效果。運(yùn)用C語言編程,建立了以MSP430F449作為控制核心高強(qiáng)鋁合金脈沖調(diào)制VPPA焊接系統(tǒng)及焊接過程檢測分析系統(tǒng)。該VPPA焊接系統(tǒng)包括脈沖調(diào)制VPPA焊接電源和立焊工作系統(tǒng);檢測分析系統(tǒng)包括高速攝像、漢諾威質(zhì)量分析儀以及電弧壓力傳感系統(tǒng)。對焊接波形程序進(jìn)行二次開發(fā),最終輸出正反極性時間比不同的、高低能差值不同的、高低頻頻率不同的等多個雙脈沖VPPA焊接電壓電流波形。脈沖VPPA電弧的力學(xué)特性與自由電弧有明顯區(qū)別,本文在分析脈沖VPPA電弧形態(tài)的基礎(chǔ)上,結(jié)合脈沖VPPA電壓電流波形的變化,定量研究了電弧的力學(xué)特性。利用電弧壓力傳感系統(tǒng)對脈沖VPPA電弧中心壓強(qiáng)做了測試分析,離子氣流量和焊接電流對脈沖VPPA電弧中心壓強(qiáng)起主要作用,焊接電流對中心壓強(qiáng)影響更大;其他條件相同,隨變極性周期不變反極性時間增大時,脈沖VPPA電弧中心壓強(qiáng)比典型VPPA電弧中心壓強(qiáng)減小速率約慢0.8%;由于高頻1kHz時電壓電流波形畸變,脈沖效應(yīng)減弱,高頻500Hz時脈沖VPPA電弧中心壓強(qiáng)比高頻1kHz時的平均壓強(qiáng)高約0.32kPa,高出0.81%;高低能差值增大,電弧不穩(wěn),電壓電流概率密度曲線出現(xiàn)多個小尖峰。研究了不同焊接參數(shù)條件下高強(qiáng)鋁合金脈沖VPPA焊接工藝特點(diǎn),獲得了良好質(zhì)量焊縫。采取合理的焊接工藝參數(shù)及控制措施,保證焊接過程穿孔熔池的“力”和“熱”的平衡,是獲得良好焊縫的關(guān)鍵。經(jīng)過大量焊接工藝試驗(yàn),變化焊接電流、離子氣流量、正反極性時間比和低頻頻率參數(shù),分析焊縫成形變化規(guī)律。最終實(shí)現(xiàn)了6mm厚的7075鋁合金試板焊接工藝,獲得了6mm厚的7075鋁合金試板的較佳焊接參數(shù),為中厚板高強(qiáng)鋁合金脈沖VPPA焊接工藝研究提供了實(shí)際參考。對6mm厚7075鋁合金脈沖VPPA焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能測試、斷口掃描和金相組織觀察。由于高低頻脈沖混合調(diào)制的沖刷攪拌作用,發(fā)現(xiàn)脈沖VPPA焊接接頭顯微組織晶粒較典型VPPA焊接接頭的力學(xué)性能有所提高,無氣孔等缺陷。
【圖文】：

小不能隨意改變且反極性時間的減小有限。等離子弧焊接離子弧焊接與以上幾種等離子弧焊接方法相比，不僅能夠?qū)π星謇恚揖哂衅渌附臃椒ú痪邆涞膬?yōu)點(diǎn)，可以減少鎢，，鋁合金工件表面的氧化膜清理寬度、鎢極的燒損程度都與有關(guān)。隨著 IDCEP×TDCEP的增大，鋁合金試板表面氧化膜的燒損量也增加。在交流 TIG 進(jìn)行焊接時，反極性電流和反況下，IDCEP增大，TDCEP減小的情況要比，IDCEP減小，TDC小[19]。所以熱積累時間的長短是影響鎢極燒損程度大小的主過 6ms，則鎢極燒損嚴(yán)重，并且出現(xiàn)“雙弧”現(xiàn)象[20]。鑒于PA 焊接工藝采用大的反極性電流 IDCEP、小的反極性時間 T圖如圖 1-1 所示，IP、IN分別為正負(fù)半波電流幅值，TN、TP時間，T 為一個變極性周期。

第二章 脈沖 VPPA 立焊系統(tǒng)的建立據(jù)中厚板鋁合金變極性等離子�。╒PPA）焊接工藝要求，進(jìn)行中厚板等離子弧穿孔立焊系統(tǒng)的研制。典型 VPPA 焊接電弧是不對稱方波交 VPPA 焊接電弧是在不對稱方波交流電弧的基礎(chǔ)上增加低頻的高低能沖，采用交流焊接時，需要換相，此時因?yàn)殡娏鬟^零導(dǎo)致電弧瞬時熄重新引燃焊接電弧。采用的功率開關(guān)管響應(yīng)快，只有幾個微秒響應(yīng)時再引燃很容易，當(dāng)然，變極性等離子電弧的響應(yīng)速度是與整個系統(tǒng)有關(guān)。本課題研究采用 MSP430F449 單片機(jī)芯片作為控制核心，焊接電源各以達(dá)到國內(nèi)外同類焊機(jī)先進(jìn)水平。本論文的鋁合金變極性等離子弧焊接：IGBT 雙逆變式 VPPA 焊接電源、等離子弧焊槍、工件行走機(jī)構(gòu)、脈冷卻水裝置等�？晒┻x擇的模塊還包括基于激光測距原理的弧高控制制機(jī)的工藝管理系統(tǒng)等。如圖 2-1 所示為變極性等離子弧焊接系統(tǒng)框變極性離子弧焊接系統(tǒng)圖。等離子
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG457.14

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2631841