铝合金变极性脉冲等离子弧穿孔焊接电源及工艺研究
发布时间：2021-01-14 09:45
以高强铝合金为代表的轻质金属构件己在航空航天、轨道交通、舰船等领域广泛应用。铝合金具有热导率大、线膨胀系数大、易氧化、固液相氢溶解度差别大等特点,在焊接时极易出现变形、气孔、裂纹等缺陷,迫切需要先进的自动化焊接工艺及设备的支撑。变极性等离子弧（VPPA）焊接技术具有焊接缺陷少、可焊厚度大、工件变形小等优点,被称为铝合金“零缺陷”焊接方法。目前,国内的机器人VPPA焊接电源普遍依赖进口,不仅价格昂贵,而且还面临核心技术输入受限等问题;而国产化的VPPA焊接电源在功率级别、调控性能、可靠性以及工艺窗口范围等方面与国外先进水平还存在较大差距,严重限制了这一先进技术在我国铝合金焊接中的推广应用。本文从提高VPPA焊接工艺稳定性的角度出发,将大功率高频逆变技术和数字化控制技术相结合,研制了一款全数字化的600A级大功率机器人VPPA焊接电源,并对铝合金脉冲穿孔焊接工艺进行了研究。论文首先分析了 VPPA焊接工艺及焊接电源的研究进展,阐述了VPPA焊接电源的发展趋势。然后,对等离子弧特性进行了数值模拟,探索了关键工艺参数对其温度场和压力场分布的影响;在此基础上,提出了改善等离子弧工艺稳定性的控制方...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一IM』C焊示意图
??图１－２?ＴＩＧ焊示意图??３）?ＶＰＰＡＷ??变极性等离子弧焊结合了等离子弧和变极性技术二者的特点，其中等离子弧焊属于??髙能束焊接技术，电弧受到焊枪喷嘴的机械压缩、电弧电流的电磁收缩以及喷嘴冷壁的??热收缩等作用，电弧的能量密度大，穿透力强；变极性技术的工作原理和ＶＰ－ＴＩＧ—致，??能有效地清理铝合金表面的氧化膜。ＶＰＰＡＷ有三种焊接方法：微束等离子弧焊、熔透??型等离子弧焊和穿孔型等离子弧焊。在中厚板铝合金焊接实际应用中，穿孔型ＶＰＰＡＷ??更具优势和应用前景，其工作原理如图１－３所示，焊接过程中，穿孔熔池一直稳定存在，??熔池析出的气体可从小孔背面逸出，气孔缺陷问题得到大大改善。另一方面，等离子弧??电弧挺度大，穿透力极强，穿孔ＶＰＰＡＷ可实现“一次焊接，双面成形”，尤其适合于??管道和筒体等背面难以施焊的工件。与此同时
；接过程中激光的利用率大大降低，有研究采用表面沉积、黑对激光的吸收率，但明显增加了操作步骤和加工成本［３１－Ｓ３］。种焊接技术在铝合金焊接的应用受到了极大限制。??是利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生热量，使搅拌区工热塑性温度区间，两工件的接缝区域金属做塑形流动而混合形成ＦＳＷ焊缝，其工作原理如图１－４所示。由于在整个焊接塑性状态而并未熔化，因此ＦＳＷ焊接避免了熔化焊中容易产一种新型的固相连接技术，是世界焊接史上自问世到工业实的焊接技术［３５］。ＦＳＷ具有缺陷少、接头的强度塑形优、焊后也存在一定的局限性，例如对工装夹具和装配精度的要求极。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金高效熔化焊接的研究进展[J]. 王金达,徐荣正,国旭明. 热加工工艺. 2018(21)
[2]全数字机器人VPPA焊接电源[J]. 王振民,张福彪,王鹏飞,张芩. 焊接学报. 2017(07)
[3]新一代WBG弧焊逆变电源[J]. 王振民,汪倩,王鹏飞,张芩. 焊接学报. 2016(07)
[4]大容量高频变压器磁芯损耗特性分析及结构选择[J]. 赵波,张宁,李琳,刘海军. 磁性材料及器件. 2016(01)
[5]高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术[J]. 张新明,邓运来,张勇. 金属学报. 2015(03)
[6]可视化人机交互系统的研制[J]. 王振民,冯允樑,冯锐杰. 焊接技术. 2015(02)
[7]基于ARM的全数字多功能方波逆变焊机[J]. 王振民,冯允樑,冯锐杰,唐少杰. 焊接学报. 2014(04)
[8]7020铝合金MIG焊焊接接头的组织与性能[J]. 彭小燕,曹晓武,段雨露,陈举飞,徐国富,尹志民. 中国有色金属学报. 2014(04)
[9]5083铝合金TIG焊接头组织与性能分析[J]. 陈澄,薛松柏,孙乎浩,林中强,李阳. 焊接学报. 2014(01)
[10]基于模糊自整定参数PID控制的铝合金薄板脉冲MIG焊[J]. 张晓莉,李钰桢,龙鹏,薛家祥. 焊接学报. 2013(11)
博士论文
[1]铝合金脉冲MIG焊电流高斯波调制方法研究[D]. 朱强.华南理工大学 2017
[2]铝合金非熔化极变极性焊接电弧与熔池特性数值分析[D]. 潘家敬.天津大学 2017
[3]铝合金正弦波调制脉冲MIG焊电流波形控制及专家系统研究[D]. 魏仲华.华南理工大学 2012
[4]等离子弧焊接过程的数值模拟[D]. 殷凤良.天津大学 2007
硕士论文
[1]基于SiC的水下机器人局部干法焊接电源研究[D]. 谢芳祥.华南理工大学 2018
[2]核乏燃料池水下局部干法机器人焊接电源的研究[D]. 冯允樑.华南理工大学 2016
[3]50kW级全数字逆变式等离子切割电源的研究[D]. 方小鑫.华南理工大学 2015
[4]数字电源快速响应非线性算法和数字PID补偿的研究[D]. 陈昕.电子科技大学 2013
[5]氧化膜对2219铝合金FSW与VPPA交叉焊缝性能的影响[D]. 孔祥峰.上海交通大学 2011
[6]受控脉冲穿孔型等离子弧焊接工艺参数的控制[D]. 陈洪堂.山东大学 2007
本文编号：2976677
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一IM』C焊示意图
??图１－２?ＴＩＧ焊示意图??３）?ＶＰＰＡＷ??变极性等离子弧焊结合了等离子弧和变极性技术二者的特点，其中等离子弧焊属于??髙能束焊接技术，电弧受到焊枪喷嘴的机械压缩、电弧电流的电磁收缩以及喷嘴冷壁的??热收缩等作用，电弧的能量密度大，穿透力强；变极性技术的工作原理和ＶＰ－ＴＩＧ—致，??能有效地清理铝合金表面的氧化膜。ＶＰＰＡＷ有三种焊接方法：微束等离子弧焊、熔透??型等离子弧焊和穿孔型等离子弧焊。在中厚板铝合金焊接实际应用中，穿孔型ＶＰＰＡＷ??更具优势和应用前景，其工作原理如图１－３所示，焊接过程中，穿孔熔池一直稳定存在，??熔池析出的气体可从小孔背面逸出，气孔缺陷问题得到大大改善。另一方面，等离子弧??电弧挺度大，穿透力极强，穿孔ＶＰＰＡＷ可实现“一次焊接，双面成形”，尤其适合于??管道和筒体等背面难以施焊的工件。与此同时
；接过程中激光的利用率大大降低，有研究采用表面沉积、黑对激光的吸收率，但明显增加了操作步骤和加工成本［３１－Ｓ３］。种焊接技术在铝合金焊接的应用受到了极大限制。??是利用高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生热量，使搅拌区工热塑性温度区间，两工件的接缝区域金属做塑形流动而混合形成ＦＳＷ焊缝，其工作原理如图１－４所示。由于在整个焊接塑性状态而并未熔化，因此ＦＳＷ焊接避免了熔化焊中容易产一种新型的固相连接技术，是世界焊接史上自问世到工业实的焊接技术［３５］。ＦＳＷ具有缺陷少、接头的强度塑形优、焊后也存在一定的局限性，例如对工装夹具和装配精度的要求极。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金高效熔化焊接的研究进展[J]. 王金达,徐荣正,国旭明. 热加工工艺. 2018(21)
[2]全数字机器人VPPA焊接电源[J]. 王振民,张福彪,王鹏飞,张芩. 焊接学报. 2017(07)
[3]新一代WBG弧焊逆变电源[J]. 王振民,汪倩,王鹏飞,张芩. 焊接学报. 2016(07)
[4]大容量高频变压器磁芯损耗特性分析及结构选择[J]. 赵波,张宁,李琳,刘海军. 磁性材料及器件. 2016(01)
[5]高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术[J]. 张新明,邓运来,张勇. 金属学报. 2015(03)
[6]可视化人机交互系统的研制[J]. 王振民,冯允樑,冯锐杰. 焊接技术. 2015(02)
[7]基于ARM的全数字多功能方波逆变焊机[J]. 王振民,冯允樑,冯锐杰,唐少杰. 焊接学报. 2014(04)
[8]7020铝合金MIG焊焊接接头的组织与性能[J]. 彭小燕,曹晓武,段雨露,陈举飞,徐国富,尹志民. 中国有色金属学报. 2014(04)
[9]5083铝合金TIG焊接头组织与性能分析[J]. 陈澄,薛松柏,孙乎浩,林中强,李阳. 焊接学报. 2014(01)
[10]基于模糊自整定参数PID控制的铝合金薄板脉冲MIG焊[J]. 张晓莉,李钰桢,龙鹏,薛家祥. 焊接学报. 2013(11)
博士论文
[1]铝合金脉冲MIG焊电流高斯波调制方法研究[D]. 朱强.华南理工大学 2017
[2]铝合金非熔化极变极性焊接电弧与熔池特性数值分析[D]. 潘家敬.天津大学 2017
[3]铝合金正弦波调制脉冲MIG焊电流波形控制及专家系统研究[D]. 魏仲华.华南理工大学 2012
[4]等离子弧焊接过程的数值模拟[D]. 殷凤良.天津大学 2007
硕士论文
[1]基于SiC的水下机器人局部干法焊接电源研究[D]. 谢芳祥.华南理工大学 2018
[2]核乏燃料池水下局部干法机器人焊接电源的研究[D]. 冯允樑.华南理工大学 2016
[3]50kW级全数字逆变式等离子切割电源的研究[D]. 方小鑫.华南理工大学 2015
[4]数字电源快速响应非线性算法和数字PID补偿的研究[D]. 陈昕.电子科技大学 2013
[5]氧化膜对2219铝合金FSW与VPPA交叉焊缝性能的影响[D]. 孔祥峰.上海交通大学 2011
[6]受控脉冲穿孔型等离子弧焊接工艺参数的控制[D]. 陈洪堂.山东大学 2007
本文编号：2976677
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