高强铝合金脉冲VPPA特性及工艺研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100153硕士学位论文（学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：材料科学与工程论文题目：高强铝合金脉冲VPPA特性及工艺研究英文题目：StudyofPulseVariablePolarityPlasmaArcCharacteristicandProcessofHighStrengthAluminiumAlloy学生姓名：王彪导师姓名：韩永全教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要高强铝合金密度小、比强度高、机械加工性能好，被广泛应用于航空、航天及军工领域。但是其特有的物理性能使其焊接性不佳，现代工业对

2、铝合金高效率、高质量的焊接方法提出了严苛的要求。铝合金变极性等离子弧即VPPA（VariablePolarityPlasmaArc）焊接方法与TIG焊或者MIG焊相比，具有能量集中、电弧挺度大、一次穿透深度大、焊后变形小等优点。在典型VPPA中加入高低频脉冲会进一步使其能量集中、穿透能力强的优点充分体现，获得良好的焊接效果。运用C语言编程，建立了以MSP430F449作为控制核心高强铝合金脉冲调制VPPA焊接系统及焊接过程检测分析系统。该VPPA焊接系统包括脉冲调制VPPA焊接电源和立焊工作系统；检测分析系统包括高速摄像、汉诺威质量分析仪以及电弧压力传感系统。对焊

3、接波形程序进行二次开发，最终输出正反极性时间比不同的、高低能差值不同的、高低频频率不同的等多个双脉冲VPPA焊接电压电流波形。脉冲VPPA电弧的力学特性与自由电弧有明显区别，本文在分析脉冲VPPA电弧形态的基础上，结合脉冲VPPA电压电流波形的变化，定量研究了电弧的力学特性。利用电弧压力传感系统对脉冲VPPA电弧中心压强做了测试分析，离子气流量和焊接电流对脉冲VPPA电弧中心压强起主要作用，焊接电流对中心压强影响更大；其他条件相同，随变极性周期不变反极性时间增大时，脉冲VPPA电弧中心压强比典型VPPA电弧中心压强减小速率约慢0.8%；由于高频1kHz时电压电流波

4、形畸变，脉冲效应减弱，高频500Hz时脉冲VPPA电弧中心压强比高频1kHz时的平均压强高约0.32kPa，高出0.81%；高低能差值增大，电弧不稳，电压电流概率密度曲线出现多个小尖峰。研究了不同焊接参数条件下高强铝合金脉冲VPPA焊接工艺特点，获得了良好质量焊缝。采取合理的焊接工艺参数及控制措施，保证焊接过程穿孔熔池的“力”和“热”的平衡，是获得良好焊缝的关键。经过大量焊接工艺试验，变化焊接电流、离子气流量、正反极性时间比和低频频率参数，分析焊缝成形变化规律。最终实现了6mm厚的7075铝合金试板焊接工艺，获得了6mm厚的7075铝合金试板的较佳焊接参数，为中厚

5、板高强铝合金脉冲VPPA焊接工艺研究提供了实际参考。对6mm厚7075铝合金脉冲VPPA焊接接头进行力学性能测试、断口扫描和金相组织观察。由于高低频脉冲混合调制的冲刷搅拌作用，发现脉冲VPPA焊接接头显微组织晶粒较典型VPPA焊接接头的力学性能有所提高，无气孔等缺陷。关键词：脉冲VPPA；高强铝合金；电弧中心压强；焊接工艺；组织性能I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractHigh-strengthaluminumalloyshavelowdensity,highspecificstrength,andgoodmechanicalprocessingperfor

6、mance.Theyarewidelyusedinthefieldsofaviation,aerospaceandmilitary.However,duetoitsuniquephysicalproperties,itsweldabilityisnotgood.Modernindustryputsforwardstringentrequirementsforhighefficiencyandhighqualityweldingmethodsforaluminumalloys.ComparedtoTIGweldingorMIGwelding,theVPPA(Vari

7、ablePolarityPlasmaArc)weldingmethodforaluminumalloyshasmanyadvantagessuchasenergyconcentration,largearcstiffness,largepenetrationdepth,andsmallpost-welddeformation.Addinghigh-low-frequencypulsesinatypicalVPPAwillfurtherfullyreflectitsadvantagesofenergyconcentrationandstrongpenetration

8、abili