等离子弧焊接铝合金厚板接头显微组织与力学性能沿厚度方向的梯度特征

1

作者 章朋田 王小伟 +3 位作者 龚康 仉恒毅 姜楠 隋彦涛 《焊接学报》 北大核心 2025年第7期107-113,120,共8页

针对大厚度铝合金焊接头强度不足的问题,提出了变极性等离子弧-钨极氩弧焊(variable polarity plasma arc-tungsten inert gas, VPPA-TIG)复合焊接工艺.为进一步验证VPPA-TIG复合焊的焊接质量,开展了厚度为17 mm的2219铝合金板焊接试验... 针对大厚度铝合金焊接头强度不足的问题,提出了变极性等离子弧-钨极氩弧焊(variable polarity plasma arc-tungsten inert gas, VPPA-TIG)复合焊接工艺.为进一步验证VPPA-TIG复合焊的焊接质量,开展了厚度为17 mm的2219铝合金板焊接试验,详细研究了焊缝厚度方向上的显微组织和力学性能分布特征,并通过显微组织分析揭示了强度分布特征的机理.结果表明,VPPA-TIG复合焊焊缝成形质量较好,内部冶金程度较高.焊缝熔合区硬度分布均匀,平均值为67.6±2.7 HV0.2;抗拉强度达到了母材的62.83%,而断后伸长率仅为24.81%.焊件厚度的增加扩大了熔池的散热面积,造成焊缝晶粒生长不充分,在界面区形成“蜿蜒”状微孔.微孔在受到拉伸载荷作用时将会继续生长,是影响焊缝拉伸强度的主要原因.进一步拓展了VPPA-TIG复合焊工艺应用范围,阐明了厚板焊接头强度失效的机理,为解决大厚度板材焊接提供理论和技术参考. 展开更多

关键词 铝合金 变极性等离子弧穿孔焊接 大厚度板材 力学性能 显微组织

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变极性等离子电弧压力的影响因素分析 被引量：6

2

作者 姜祎 徐滨士 +1 位作者 吕耀辉 刘存龙 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期25-28,共4页

利用U形压力计测试了不同工艺参数条件下的变极性等离子焊接的电弧压力,利用正交试验测试了不同正极性电流、反极性电流、正反极性时间比和等离子气流量四种参数条件下的电弧压力.结果表明,电弧压力随着这些因素的增加而增加,而四种因... 利用U形压力计测试了不同工艺参数条件下的变极性等离子焊接的电弧压力,利用正交试验测试了不同正极性电流、反极性电流、正反极性时间比和等离子气流量四种参数条件下的电弧压力.结果表明,电弧压力随着这些因素的增加而增加,而四种因素对电弧压力影响的大小依次为:等离子气流量>正极性电流>正反极性时间比>反极性电流.分析原因,等离子气流量是通过冷却压缩提高电弧压力,压缩了电弧尺寸,而焊接电流则通过电磁压缩,但也提高了电弧半径.由于正反极性阶段电弧压力的差异较为明显,因此正反极性时间比对电弧压力也有显著的作用. 展开更多

关键词 变极性等离子焊接 电弧压力 U形压力计 正交试验

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变极性等离子电弧压力的径向分布 被引量：6

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作者 姜祎 徐滨士 +1 位作者 吕耀辉 刘存龙 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期17-20,共4页

变极性等离子焊接过程中产生的电弧压力将直接影响到熔池的形态以及最后的焊缝成形,因此对其的研究有着十分重要的意义.关于电弧压力径向上的分布规律的探讨,对于电弧以及熔池的力学分析及数值模拟也具有现实的指导意义.利用U形压力计... 变极性等离子焊接过程中产生的电弧压力将直接影响到熔池的形态以及最后的焊缝成形,因此对其的研究有着十分重要的意义.关于电弧压力径向上的分布规律的探讨,对于电弧以及熔池的力学分析及数值模拟也具有现实的指导意义.利用U形压力计测量了不同焊接电流条件下的变极性等离子弧压力沿径向的分布,讨论了其分布规律,认为变极性等离子弧压力的径向分布仍然属于高斯分布,而不是双面指数分布.同时发现,电弧压力随着电流的增加而增长,但是增长幅度趋于缓和. 展开更多

关键词 变极性等离子焊接 电弧压力 U形压力计 径向分布

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铝合金变极性等离子弧穿孔焊过程控制 被引量：15

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作者 韩永全 杜茂华 +2 位作者 陈树君 吴永军 石岩 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期93-96,共4页

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... 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. 展开更多

关键词 变极性等离子弧焊接 变断面 控制

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变极性等离子电弧稳定性及其控制 被引量：11

5

作者 韩永全 陈树君 +1 位作者 殷树言 宋成 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期18-20,114,共4页

以变极性等离子电弧稳定性机理及其控制方法为研究对象,自行研制了80C196KC单片机为控制核心,主电路为双逆变型电路拓扑结构的VPPA—1型变极性等离子焊接电源。重点分析小电流过零再引燃机理及其在大规范焊接条件下变极性等离子弧焊接... 以变极性等离子电弧稳定性机理及其控制方法为研究对象,自行研制了80C196KC单片机为控制核心,主电路为双逆变型电路拓扑结构的VPPA—1型变极性等离子焊接电源。重点分析小电流过零再引燃机理及其在大规范焊接条件下变极性等离子弧焊接系统及其电弧的稳定性。分别提出了在小电流焊接时通过程序设定方法将变极性等离子电弧由正极性变反极性之前提高过零电流,而大规范焊接条件下则控制过零电流的新观点,对科学认识变极性等离子电弧特性及其焊接过程控制有重要的指导意义。 展开更多

关键词 变极性等离子弧焊接 电弧力 电弧形态

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变极性等离子电弧形态对电弧力的影响 被引量：8

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作者 韩永全 吕耀辉 +1 位作者 陈树君 殷树言 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期49-52,共4页

研究了变极性等离子弧焊接工艺中,电弧形态及力学行为随焊接过程变化的现象,提出了变极性等离子电弧力学行为随电弧形态的改变而变化的规律。通过高速摄像以及对电弧力和电流的同步检测,证实了联合型等离子弧在反极性时间内易形成双弧... 研究了变极性等离子弧焊接工艺中,电弧形态及力学行为随焊接过程变化的现象,提出了变极性等离子电弧力学行为随电弧形态的改变而变化的规律。通过高速摄像以及对电弧力和电流的同步检测,证实了联合型等离子弧在反极性时间内易形成双弧的事实。 展开更多

关键词 变极性等离子弧焊接 电弧力 电弧形态

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基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试 被引量：7

7

作者 甘世明 韩永全 +1 位作者 陈芙蓉 李小飞 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期13-17,23,I0002,共7页

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况.为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量... 采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况.为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差.针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验.结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σy与纵向残余应力σx分别为118和223 MPa.从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力.与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄. 展开更多

关键词 变极性等离子弧-熔化极气体保护复合焊接 弹性模量 残余应力 铝合金

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铝合金VPPAW穿孔焊接匙孔闭合处的微观组织与力学性能 被引量：5

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作者 王小伟 张斌 +2 位作者 曾如川 闫朝阳 陈树君 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1-6,I0003,共7页

铝合金因其密度低,比强度高等特性,被广泛应用到航空航天、军事工业等领域.与其他焊接工艺相比,变极性等离子弧焊接在大型铝合金结构件加工方面具有突出优势.针对轻金属合金等离子弧焊接过程中匙孔难以自由闭合的问题,提出了气电分离时... 铝合金因其密度低,比强度高等特性,被广泛应用到航空航天、军事工业等领域.与其他焊接工艺相比,变极性等离子弧焊接在大型铝合金结构件加工方面具有突出优势.针对轻金属合金等离子弧焊接过程中匙孔难以自由闭合的问题,提出了气电分离时序脉冲等离子弧环焊缝收弧方法,对比研究了环焊缝收弧方法与手工钨极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding, TIG焊)填补法焊缝匙孔闭合处的微观组织与力学性能.结果表明,通过调节焊接起弧、收弧策略,实现了等离子弧匙孔自由闭合,焊缝收弧区成形良好,组织为均匀的等轴晶;抗拉强度为329.9 MPa,断后伸长率为16.3%,比TIG填补法的抗拉强度提高了22.91%,断后伸长率提高了55.24%.平均硬度值为78.9 HV0.2,热影响区硬度呈下降趋势,熔合线处硬度呈升高趋势,焊缝区硬度波动范围为75~81 HV0.2. 展开更多

关键词 铝合金 变极性等离子弧穿孔焊接 微观组织 力学性能

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铝合金LB-VPPA复合焊接热源特性 被引量：3

9

作者 韩永全 庞世刚 +1 位作者 姚青虎 石增杰 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期23-26,2,共5页

以Al-Mn系铝合金LB-VPPA(laser beam-variable polarity plasma arc)复合焊接热源特性为研究对象,采用Y4-S2型高速摄像仪和汉诺威焊接质量分析仪分别研究了LB-VPPA复合热源焊接过程中的电弧形态的变化、焊接电流、电压的特征信息.结果表... 以Al-Mn系铝合金LB-VPPA(laser beam-variable polarity plasma arc)复合焊接热源特性为研究对象,采用Y4-S2型高速摄像仪和汉诺威焊接质量分析仪分别研究了LB-VPPA复合热源焊接过程中的电弧形态的变化、焊接电流、电压的特征信息.结果表明,激光对VPPA焊接电弧有吸引作用,并且与VPPA正、反极性作用机理不同.正极性阶段发现激光被压缩于VPPA电弧内部且作用于电弧根部,而反极性阶段在VPPA电弧上方会出现一个等离子体柱.VPPA焊电弧根部等离子体对激光的逆轫致辐射吸收,电弧因温度升高而膨胀导致其横截面积变大;同时引入激光为VPPA焊接电弧提供了大量自由电子,电流密度增加、导电性增强、电导率提高、电阻减小,导致电弧电压下降了约3~4 V.随着激光功率的增加,激光对VPPA电弧作用效果明显增强. 展开更多

关键词 复合热源 变极性等离子弧焊接 铝合金

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钻孔法测量焊接残余应力误差因素分析 被引量：13

10

作者 甘世明 韩永全 陈芙蓉 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期48-53,131,共7页

为提高焊接残余应力钻孔法测量结果的可靠性,需分析其测量过程中的误差因素,依据误差传递理论推导了由应变误差与释放系数误差传递给最终测量结果的误差公式,并由测量过程中的误差因素建立了一条影响最终测量结果的误差链.以2A12高强铝... 为提高焊接残余应力钻孔法测量结果的可靠性,需分析其测量过程中的误差因素,依据误差传递理论推导了由应变误差与释放系数误差传递给最终测量结果的误差公式,并由测量过程中的误差因素建立了一条影响最终测量结果的误差链.以2A12高强铝合金VPPA-MIG复合焊接板材为试验对象,定量分析了误差链中的弹性模量误差、贴片误差和应变读数取值时间误差传递到最终结果中的相对误差.结果表明,由弹性模量误差传递到残余应力σ_1,σ_2中的相对误差均很小;由贴片误差传递到残余应力σ_1,σ_2和Φ角中的相对误差在贴片24 h后均降为0%;由应变取值时间误差传递到残余应力σ_1,σ_2和Φ角中的相对误差在应变释放150 min后均降为0%. 展开更多

关键词 钻孔法 误差 变极性等离子弧-熔化极气体保护复合焊接

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铝合金VPPA-MIG复合焊接电弧形态及伏安特性 被引量：10

11

作者 洪海涛 韩永全 +1 位作者 童嘉晖 庞世刚 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期65-69,131-132,共5页

试验使用VPPA-MIG复合焊方法对铝合金进行对接试验.通过高速摄像和数据采集系统获取复合电弧形态和伏安特性.结果表明,由于磁场间的耦合作用,在VPPA正极性阶段电弧相互排斥,反极性阶段相互吸引,采取外加横向交变磁场,电弧摆动幅度明显减... 试验使用VPPA-MIG复合焊方法对铝合金进行对接试验.通过高速摄像和数据采集系统获取复合电弧形态和伏安特性.结果表明,由于磁场间的耦合作用,在VPPA正极性阶段电弧相互排斥,反极性阶段相互吸引,采取外加横向交变磁场,电弧摆动幅度明显减小.由于MIG焊电弧的存在,等离子电弧伏安特性发生了改变.弧柱气氛更容易电离,使得等离子电弧电压下降.等离子电流较小时,电弧电压随MIG焊电流的增加而降低;等离子电流较大时,随着MIG焊电流进一步增加,电弧电压降低程度有所减少.试验结果为实现厚板铝合金高效焊接及其电弧耦合机理研究提供理论依据. 展开更多

关键词 变极性等离子弧-熔化极气体保护复合焊接 电弧形态 伏安特性 铝合金

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模态试验法测试焊接残余应力机理分析及模型参数估计 被引量：3

12

作者 甘世明 徐艳文 +1 位作者 韩永全 翟之平 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期34-40,I0005,共8页

为避免残余应力对焊接结构的不利影响,保证其可靠性,需要探究残余应力分布.模态试验法因具有快速和无损的特点,逐渐应用于残余应力测试.为实现模态试验法测试焊接残余应力,通过振动理论分析了模态试验法的机理,获得了薄板焊件中残余应... 为避免残余应力对焊接结构的不利影响,保证其可靠性,需要探究残余应力分布.模态试验法因具有快速和无损的特点,逐渐应用于残余应力测试.为实现模态试验法测试焊接残余应力,通过振动理论分析了模态试验法的机理,获得了薄板焊件中残余应力与固有频率的关系;薄板焊件中的残余拉应力使固有频率减小,残余压应力使固有频率增大.在此基础上,将钻孔法和模态试验相结合,借助数据拟合的方法,估计了模态试验法测试6 mm 7A52铝合金试板VPPA-MIG(variable polarity plasma arc-metal inert gas)复合焊接残余应力的模型参数,确立了固有频率与残余应力的数值关系.依据确立的数值关系,测得了7A52铝合金试板在不同复合焊接参数下的纵向残余应力分布.结果表明,接头各区域的残余应力分布特征与钻孔法测得的结果基本一致,偏差在4%范围之内,估计出的模型参数能够保证模态试验法测试结果的可靠性,实现了焊接残余应力的快速和无损测试. 展开更多

关键词 模态试验 残余应力 固有频率 模型参数估计 变极性等离子弧-熔化极气体保护复合焊接

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超声冲击时间对7A52铝合金VPPA-MIG焊接接头的影响 被引量：10

13

作者 陈芙蓉 刘成豪 李男 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期39-43,I0003,共6页

为研究超声冲击处理时间对7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接头的组织及性能的影响,试验对单位面积的焊接接头进行2.5,5,10,15,30和75 min的超声冲击处理.通过观察接头的表面形貌,并对接头进行力学性能测试,以分析超声冲击处理时间对接头的影... 为研究超声冲击处理时间对7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接头的组织及性能的影响,试验对单位面积的焊接接头进行2.5,5,10,15,30和75 min的超声冲击处理.通过观察接头的表面形貌,并对接头进行力学性能测试,以分析超声冲击处理时间对接头的影响.结果表明,7A52铝合金焊接接头超声冲击处理后,接头表面得到了明显强化,在超声冲击时间15 min时焊缝表面晶粒大小达到26.28 nm;在超声冲击时间75 min时焊缝表面硬度为138.8 HV,比原始焊缝显微硬度提高了36.3%;超声冲击处理30 min时残余压应力最大,为243.3 MPa. 展开更多

关键词 超声冲击处理 铝合金 变极性等离子弧-熔化极气体保护复合焊接 显微组织 力学性能

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高强铝合金VPPA-MIG复合焊接焊缝成形机理 被引量：4

14

作者 童嘉晖 韩永全 +1 位作者 洪海涛 孙振邦 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期69-72,91,共5页

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... 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. 展开更多

关键词 变极性等离子弧-熔化极气体保护复合焊接 高强铝合金 焊缝成形 焊接熔池

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超声冲击强化7A52铝合金VPPA-MIG焊接接头的疲劳性能 被引量：6

15

作者 刘成豪 陈芙蓉 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第15期137-141,共5页

为改善7A52铝合金VPPA-MIG焊接接头的疲劳性能,本工作通过改变对焊接接头超声冲击的时间延长其疲劳寿命。试验中每条焊接接头各处分别受到2.5 min、5 min、10 min、15 min、30 min和75 min的超声冲击处理。试验利用扫描电镜、透射电镜和... 为改善7A52铝合金VPPA-MIG焊接接头的疲劳性能,本工作通过改变对焊接接头超声冲击的时间延长其疲劳寿命。试验中每条焊接接头各处分别受到2.5 min、5 min、10 min、15 min、30 min和75 min的超声冲击处理。试验利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪观察分析焊接接头的表面及晶粒形貌并计算焊接接头的表面晶粒度;利用显微硬度计、X射线应力分析仪和疲劳试验机对焊接接头进行硬度、残余应力及疲劳性能测试,综合分析超声冲击处理对焊接接头疲劳性能的影响。试验结果表明,焊接接头的超声冲击时间为2.5~30 min时,焊接接头处的缺陷明显减少,同时焊接接头表面的晶粒被细化至纳米级,超声冲击时间为30~75 min时,冲击表面出现裂纹;焊接接头经超声冲击处理后,其硬度最大可达140HV,较未处理的焊接接头硬度(100HV)提升40%,同时接头冲击后塑性变形层可达105μm;焊接接头处的残余应力在超声冲击处理后,由残余拉应力转为残余压应力,且在2.5~30 min时残余压应力呈增长趋势,最大可达-329.2 MPa,在超声冲击时间为30~75 min时残余压应力减小;经超声冲击处理的焊接接头的疲劳性能均有提升,在超声冲击处理时间为30 min时接头疲劳强度最优为87.63 MPa,未经处理的焊接构件疲劳强度为48.8 MPa,疲劳强度提升了79.57%。因此,对焊接接头进行超声冲击处理可强化其疲劳性能,延长焊接构件的使用寿命。本工作希望对7A52铝合金VPPA-MIG焊接构件的广泛使用提供理论依据。 展开更多

关键词 超声冲击处理 7A52铝合金 变极性等离子弧-熔化极气体保护复合焊接 显微组织 疲劳性能

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交直流混合VPPA特性及铝合金立焊工艺 被引量：6

16

作者 韩永全 洪海涛 +1 位作者 郭龙 姚青虎 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期59-62,116,共4页

厚板铝合金变极性等离子弧(VPPA)穿孔立焊工艺中,由于焊接电流大,长时间焊接时钨极的烧损量大,严重影响厚板大结构自动焊接质量.为此提出了通过交直流混合输出减少钨极烧损,同时提高焊接质量的新型铝合金变极性等离子弧穿孔焊接方法.该... 厚板铝合金变极性等离子弧(VPPA)穿孔立焊工艺中,由于焊接电流大,长时间焊接时钨极的烧损量大,严重影响厚板大结构自动焊接质量.为此提出了通过交直流混合输出减少钨极烧损,同时提高焊接质量的新型铝合金变极性等离子弧穿孔焊接方法.该方法在保证氧化膜清理的前提下,减小了因反极性时间过短电弧在极短时间内两次过零造成的等离子弧力下降和过大的感应电动势对开关器件的损害.其次交直流混合输出电弧具有低频调制效果,起到熔池振荡、细化晶粒的作用.在实现交直流混合VPPA软硬件功能基础上研究了交直流混合VPPA等离子弧力学特性、焊接过程稳定性及焊缝成形机理.通过对焊缝显微组织及焊缝成形检验发现,交直流混合输出时焊缝晶粒细化,焊缝成形美观,实现了减少钨极烧损和提高焊缝质量双重目标. 展开更多

关键词 交直流混合 变极性等离子弧焊接 立焊

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