脉冲调制变极性TIG焊接电弧特性对铝合金焊缝质量的影响.pdf

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1、航空航天焊接国际论坛IFWT’2004脉冲调制变极性TIG焊接电弧特性对铝合金焊缝质量的影响陈树君1殷树言1白景彬2张蓬2李靖1张宝良1(1．北京工业大学北京100022)(2．首都航天机械公司北京100076)摘要：本文将脉冲电流调制功能和变极性功能互相结合，除了可以降低钨极烧损，提高焊接电弧稳定性外，脉冲调制变极性电弧可以减少气孔，控制焊缝形状，提高焊缝的抗拉强度和伸长率。采用该技术的变极性TIG焊机焊接6mm厚2A14(LDl0)铝合金，在保证焊缝性能的基础上实现了不开坡口对接一次焊透。关键词：变极性TIG焊机脉冲调制气孔Abstract．Int

2、hispaper,pulsecurrentmodulationandvariablepolityaleadoptedtodecreasethedeteriorationoftungstenelectrodeandimprovethestabilityofweldingarc．ByusingpulsemodulationofvariablepolarityarcitCallreducethenumberofporosity,controltheshapeofweldingseam，andimprovethetensilestrength，elongati

3、onoftheweldingbeam．Adoptthistechnology,the6mmthickaluminumalloy2A14(LDl0)Canbecompletelypenetratedoncewithoutgroovepreparationunderthepremisesofguaranteetheweldingseamperformance．Keywords：VariablepolarityTIGweldingmachine,Pulsemodulation，Porosity0引言随若科学技术的发展，轻质量、高强度金属材料越来越多地得到应用

4、，铝合金以其低温特性、重量轻、强度高的优点，已被广泛地应用在航空航天、汽车和民用工业中，成为一种重要的加工材料。铝合金在空气中容易被氧化，其表面形成～层致密难熔、密度大的氧化膜，阻碍基体金属的熔合。目前航天领域的铝合金焊接采用的方法有交流TIG、直流氦弧TIG、穿孔等离子弧(vPPA)立焊、真空电子束(EBw)和激光(LBw)等焊接工艺。直流氦弧焊接由于氦气价格问题而无法推广；VPPA必须立焊限制了其使用范围；EBW和LBW由于装备价格昂贵，目前只用于关键部件的焊装。另外，近几年研究较多的PMIG铝焊工艺，由于气孔问题难于在航天领域推广，摩擦搅拌焊接(

5、Fsw)由于工装庞大难于进行航天产品的焊接安装。所以，目前在航天领域普遍采用的仍然是交流TIG焊。铝及其合金在工业中，尤其是在航空航天等国防工业中应用越来越广泛，对交流TIG焊接的要求是：既要发挥阴极清理作用去除表面致密的氧化膜，又要减少钨极烧损，保持钨IFWT’2004航空航天焊接国际论坛极端头形状。传统的交流TIG焊为50Hz[固定的频率，电流过零时间相对较长，尤其是焊接过程中铝合金由正极性过渡到负极性时，铝阴极发射电子困难，电弧非常不稳定，需要采取引弧和稳弧措施。在自动焊接中，人们期望实现高清理、低钨极烧损的TIG焊接工艺。沿着这一思路，铝合金交

6、流TIG焊接方法经历了正弦波交流、方波交流发展到变极性1'IG焊接。变极性电源作为近10年发展起来的一种新型焊接电源，继承了方波电源的优点，其输出电源DCEN、DCEP半波时问、幅值独立可调。变极性电源通过进一步减少DCEP的时间和增大DCEP半波电流幅值，在保证获得足够的阴极清理区条件下，最大限度地减少钨极为正的时间，使电弧的特点向直流钨极接负(DECN)靠近。变极性TIG焊电弧可以减少钨极烧损，提高电弧稳定性，但对铝合金气孔和近缝区软化严重导致的接头强韧性不均影响的研究还很少。北京工业大学对变极性TIG焊接设备及工艺进行了长期深入的研究，将脉冲电流

7、调制功能和变极性功能互相结合，可以明显提高铝合金的焊接性能。研究结果表明，脉冲调制变极性TIG焊接电弧除了具有变极性电弧的传统优点外，脉冲调制电弧可以减少气孔，控制焊缝形状，提高焊缝的抗拉强度和伸长率，对6mm厚2A14(LDl0)铝合金实现了不开坡151对接～次焊透。采用该技术的焊接电源样机已在我国航天系统大型运载火箭试验样件的焊接中得到应用。1变极性TIG焊机的基本原理变极性方波电源的输出频率不受工业电网频率的限制，不但正负半波的时间可在一个非常宽的范围内调节，而且正负半波的幅值也可以分别调节。从电源的输出看，其极性和幅值随时可变，故称为可变极性电

8、源。图l是单电源方式的变极性电源，在控制逆变桥切换电源输出极性的同时，又调节直流电源的输出，则