铝合金的变极性等离子弧焊接方法与其他熔化焊接方法相比,具有能量集中、电弧挺度大、一次穿透深度大、焊后变形小等特点,在不开坡口的情况下能实现单面焊双面成形,已成功应用于航天飞机外储箱等产品的焊接生产上,是一种有着广泛应用前景的焊接方法。本文试验所用设备包括变极性等离子弧焊接电源、等离子弧焊枪、送丝系统、冷却系统、半自动焊接小车、电弧力传感器以及汉诺威焊接质量分析仪等。焊接主电源通过双逆变技术,输出恒流外特性。其中一次逆变控制电路通过PWM(定频率调脉宽)和PFM(定脉宽调频率)联合控制方法对主电源的IGBT驱动进行控制;二次逆变以80C196KC单片机为控制核心,输出变极性电流。通过单片机程序可独立调节正反极性电流的幅值及正反极性时间比等参数。本文对铝合金薄板采用变极性等离子弧平焊工艺试验,分析了在变极性等离子焊接过程中的焊接电流,离子气流量,送丝速度等焊接参数对焊缝成形的影响,铝合金VPPA焊接工艺中焊接电流是影响焊缝成形的关键因数。离子气流量主要影响等离子电弧力和电弧电压。送丝速度,钨极内缩量,喷嘴孔径以及焊接速度等焊接参数也对熔池的稳定存在以及焊缝成形有重要影响,这些参数中任一参数的改变都会对焊接熔池中热和力的平衡产生影响。实时保持熔池上“热”和“力”的平衡是VPPA焊接焊缝稳定成形的条件。采取合理的工艺参数及控制措施,是建立稳定的熔池,实现良好的焊缝成形的重要前提。经过大量试验得出3mm厚铝合金试件VPPA焊接最佳参数为:正极性电流84A,反极性电流110A,离子气流量3L/min,送丝速度176cm/min,焊接速度35cm/min,钨极内缩量2mm。分析了变极性等离子电弧的力学特性以及薄板铝合金VPPA焊缝成形稳定性。对VPPA焊接中焊接电流,离子气流量等焊接参数对等离子电弧力的影响规律进行了测试分析,为薄板铝合金VPPA焊接参数的选择提供了理论依据。分析得出随着电流增加,等离子弧中心压强的增大倍数略小于电流增加倍数的平方值,离子气流量与等离子电弧压力基本呈正比例关系。运用汉诺威焊接质量分析仪对焊接电流,电压,电压概率密度和电流概率密度等参数进行了实时记录并,对焊接过程中正、反极性电流和电压的变化规律进行了分析。测试了铝合金焊接接头的力学性能,观察了焊缝的显微组织。对铝合金VPPA焊接接头质量进行了综合评定。分析得出铝合金VPPA焊接接头力学性能良好,基本与母材相同,焊缝显微组织致密,无气孔夹杂等缺陷。