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铝合金的变极性等离子弧焊接方法(VPPA)与其他焊接方法相比,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、半自动行走小车、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3mm和5mm厚铝板采用VPPA平焊工艺试验,分析了铝合金VPPA平焊过程中焊接电流、离子气流量、变极性频率等焊接参数对焊缝成形的影响,在铝合金VPPA平焊工艺中焊接电流是影响熔池稳定存在以及焊缝良好成形的关键因素。离子气流量、变极性频率、送丝速度、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良好成形有重要的影响。采取合理的工艺参数及控制措施,建立稳定熔池是实现良好焊缝成形的重要前提。经过大量试验获得3mm和5mm厚铝板的最佳焊接工艺参数。本文对铝合金VPPA平焊的熔池进行受力分析研究,在VPPA平焊过程中电弧推力要比立焊时大得多,再加上平焊时液态熔池重力的共同作用,使液态金属的表面张力很难抵抗这两个力的合力,难以保持熔池上受力平衡,很容易使焊缝坍塌。因此研究铝合金VPPA平焊过程稳定性显得尤为重要。铝合金VPPA平焊过程稳定前提是要保证熔池上热和力的平衡,而电弧力是决定熔池上热和力平衡的重要因素,并分析了焊接电流、离子气流量等焊接参数对电弧力的影响。并重点分析了焊接参数、送丝装置以及焊接电源等因素对铝合金VPPA平焊焊接过程稳定性的影响。并运用德国汉诺威质量分析议对焊接过程进行实时检测和分析,一定程度上可以评定焊接过程稳定性。测试了铝合金焊接接头的力学性能,并观察了焊缝显微组织。对铝合金VPPA平焊的焊接接头质量进行了综合评定。经过金相组织的分析得出了铝合金VPPA平焊的焊接接头力学性能良好,基本与母材相同,焊缝的显微组织致密,无气孔夹杂等缺陷。