第七章 VPPAW和电渣焊.ppt

变极性等离子焊接 Variable Polarity Plasma Arc Welding－VPPAW 什么是VPPAW 变极性电源具有很多独特的优点：阴极清理去除铝合金表面氧化膜发生在负半波，此时正离子撞击氧化膜使之破碎、气化，随着半波电流幅值持续增大，清理作用增强，清理区宽度增大。在变极性电源中，通过减少负半波时间、增大负半波电流幅值能获得合理的阴极清理区宽度，而整个焊接过程更接近直流钨极接负方法，这比常规的幅值对称方波电源性能更优异。 通过研究电流正负半波时间对氧化膜清理、母材熔化情况及钨极烧损情况得影响，可以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，进而减小对钨极的烧损。 变极性等离子电弧焊工艺的主要特点是把等离子弧和变极性两项技术有机结合起来。焊接循环从正极性开始。正极性时，电子撞击工件，工件获得较大的热量；负极性时，正离子轰击工件表面，消除了工件表面上的氧化膜和吸附气体，从而改善了焊接熔池的流动性和焊缝质量。根据研究，最佳的极性周期为：工件为正时间19ms，工件为负时间4ms，频率约为43.5Hz。负极性半周电流幅值大，时间短，既可保证足够的阴极清理作用，又可减少钨极烧损，增加工件最大熔深。 变极性等离子焊在工艺上具有许多突出的特点： （1）可焊厚度范围宽。等离子弧熔透能力强，对于6mm厚铝合金可以实现各种位置的焊接。研究结果表明，如果不填充焊丝，平板对焊，单道焊最大厚度是8mm，若焊接更厚的材料，必须采用立焊方法。对于15.9mm以下的铝合金，采用等离子弧立焊的方法，可以一次性焊透，对于15.9mm以上的铝合金通常要制备较为复杂焊接接头，并已经实现了25.4mm厚铝合金的一次性穿透焊接。 （2）可实现无缺陷焊接。在小孔型等离子弧焊接过程中，等离子弧以及离子气流穿过小孔起着一定的冲刷作用，在其它焊接方法中残留在熔化金属中生成气孔的气体会被等离子弧以及离子气流通过小孔带走，夹渣也同样被冲刷掉。 （3）焊后工件变形小。由于等离子弧熔透能力强，加热集中，熔化区域小，而且小孔型焊接对工件正、反面加热均匀，减少了焊后工件的挠曲变形，与TIG焊相比工件的挠曲变形明显减小。 （4）效率高、成本低。由于等离子弧能量密度高，穿透能力强，因此，小孔型等离子弧焊可焊厚度大，特别对于厚板焊接，焊道次数大大减少，焊缝内部气孔、夹渣等缺陷少。焊接接头变形小，减少了焊后检验工作和修补工作量，对接头可采用I型坡口，而且对油污的敏感性小，焊前准备工作量少，无论是在时间上还是在费用上明显少于TIG焊和MIG焊，是一种高效率、低成本的焊接方法。 由于等离子弧的稳定性、熔池液态金属的流动性、穿孔熔池受力状态及平衡性等多方面因素的影响，焊缝成形的稳定性较差，对焊接工艺和规范参数的变化比较敏感，获得良好接头质量的合理规范参数区间窄，可采用填双丝的方式从电弧两侧等速对称送丝，以降低单侧送丝速度，提高整个VPPA焊接过程的稳定性。 VPPA焊接工艺参数多，匹配复杂，区间窄 离子气流量的调节与控制 VPPA焊缝成形 焊缝质量-无缺陷焊接 VPPA焊接工艺研究 1、铝合金VPPA焊接获得稳定成形需要三个基本条件：起始穿孔熔池的可靠建立、穿孔熔池的动态保持和穿孔熔池液态金属的平衡流动。 2、最主要的参数有：焊接电流（包括In、Ip、tn、tp）、离子气流量、焊接速度、送丝量。必须有严格的匹配，并在焊接中保持数值的稳定。 3、焊枪喷嘴参数、电极状况、喷嘴高度、焊丝对中、工件表面状态等对焊接成形及稳定性有很大的作用。 4、焊件对缝间隙、错边、散热条件的变化影响很大。 5、铝合金VPPA立焊焊缝成形稳定性远不如TIG焊接。要获得稳定的焊缝，必须有好的焊接规范、稳定的焊接工艺和严格的装备。 6、起弧非常重要。主要措施是需要有合适的参数缓升过程，以电流和离子气流量联合递增的效果最佳，形成一个合适的小孔，并顺利地转入随后的主焊接过程。小孔形成后需要掌握好行走、填丝的时刻。 7、对工件预热和形成一个合适的温度场也很重要，还需要深入研究。 8、对焊接参数的衰减能够实现收弧弧坑的填满，但在环缝最后搭接时要获得饱满的收弧焊缝需要有弧长高度的配合调节，需要继续探索。 9、铝合金VPPA焊接冷热裂纹倾向小，未出现焊接裂纹。 VPPA焊缝测试与分析 焊缝测试与分析 1、2219铝合金VPPA焊缝窄、变形小，使用焊缝出现气孔倾向小。 2、焊缝拉伸强度和硬度不是很高，拉伸强度可以达到母材的60％~65%左右，硬度可达母材的70％左右，韧性比较好。 3、接头拉伸强度大于母材的65%，拉伸多出现韧性断裂，搭缝处机械性能略低于正常焊缝。 4、提高焊缝性能的措施：利用线能量小的焊接工艺，如降低焊接电流、提高焊速，减小热输入量；背面加保护气、提