项目名称 铝合金变极性TIG/PAW焊接技术及其应用
服务单位 艾美特焊接自动化技术(北京)有限公司
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项目简介
张宏光,魏铀泉
(艾美特焊接自动化技术〈北京〉有限公司北京 102202 )
摘要:本文通过对厚大铝合金焊接技术发展历史的介绍,让我们进一步了解变极性焊接技术原理、焊接工艺以及变极性焊接电源的特点;并重点说明了艾美特变极性焊接工艺的技术优势和DSP控制技术的关键所在;同时也列举了不同领域厚大铝合金构件实现高质量、高效柔性的变极性等离子焊接应用。
关键词:铝合金,变极性TIG/PAW,DSP控制技术,焊接应用
Welding Application for Aluminum-alloy of Variable Polarity TIG/Plasma Arc
Zhang Hong-Guang ,Wei You-Quan
(AMET Welding Automation Technology Beijing Co., Ltd)
Abstract: By introducing the developing history of Variable Polarity TIG/PAW process in heavy Aluminum welding field, we expect to broadcast the principle of VP technology, process and its characteristics. Especially, we have introduced AMET ’s advantages and key technologies in VP power supply and controllers, and some good examples of VP TIG and VPPAW welding application.
Key words: Aluminum-alloy,Variable Polarity TIG/Plasma Arc Welding, DSP technology, Welding Application
0.前言
在高质量的厚大铝合金弧焊应用方面,传统的交流TIG工艺需要进行多道焊。由于铝合金焊接的敏感性,往往存在着检验工序多、气孔率高、焊接变形大以及接头强度系数低(只达母材的0.6~0.8)等缺点。而采用变极性TIG焊接工艺,可以一次焊透至少6 mm厚度的铝合金;采用变极性等离子弧焊接工艺时,则可以一次焊透至少16 mm的铝合金(对某些铝合金,如采用He或He+Ar气体,一次可以焊透25 mm)。并能实现双面成形、焊缝气孔少、焊接变形小以及接头强度高(达到母材的0.8~1.0)。对铝合金的变极性焊接,国外已经在不少高精度焊接场合得以成熟地应用,国内亦进行了不少研究。
艾美特公司在变极性TIG或等离子焊接的设备和控制方面进行了近14年的不断研究,也在不同的行业中提供了许多套精密的变极性TIG或等离子焊接系统。在这里把我们对变极性的认识和经验同大家交流,以利共同提高。
1.变极性焊接技术发展历程
1.1 铝合金的交流TIG焊接   
对于铝合金交流TIG焊接,目前国内最常用的是交流方波工艺。即用电源输出的交流负半波对铝合金氧化膜进行破碎处理(也称为阴极清理过程),正半波实现对铝合金的熔化焊接。图1所示是普通交流焊接电源波形。随着技术的发展,比较好的方波电源能对正负半波的比例进行调节,使负半波的时间能尽量减少。图2所示是交流平衡焊接电源波形。
 
图1 普通交流焊接电源波形
 
图2 交流平衡焊接电源波形
破碎工件表面氧化膜的过程实际是比较短暂的,但由于受到交流方式电源的结构限制,阴极清理时间不能被按需缩小。即便是带有交流平衡功能的电源,其负半波的时间仍然至少为整个波长的30%以上。另外,受交流原理的影响,实际阴极清理的频率或密度也是不可调整的。所有的限制实际增加了电流在负半波的时间,而阴极清理过程产生的热量不但不能用来支持焊接,反而导致工件热影响区加大,电极寿命缩短。那么,有没有一种弧焊方式,能按照实际需要的阴极清理强度和密度进行铝合金焊接,从而在保证最佳焊接质量的同时,提高焊接效率、降低焊接变形呢?答案就是变极性焊接工艺。
1.2 铝合金的变极性TIG焊接
变极性电源就可以分别设置正向焊接电流、反向清理电流和清理密度。变极性区别于交流的最大特点是:变极性的电源是直流,而不是交流。变极性控制部分只是在程序设定的时段内将焊接电流迅速反向,并同时定义其输出的大小,使之具备反向阴极清理的功能。图3所示是变极性焊接电源波形图。在反极性阶段,电源可以采用更高的电流迅速破碎铝合金表面的氧化膜。如今这一点国外已经有厂家的电源能够做到,正反向时间也可以缩短,表明电源和变极性部分的响应速度也提高了。这些电源清理密度(或者变极性频率)至少在方波交流的2~5倍以上。在是否可以按照任意比例设置正反向工作时间上,有些厂家的电源在负半波工作时间设置上还有一些限制。
随着IGBT电源响应能力的提高和大功率元器件的成功面世,变极性电源的能力又有了新的提高。艾美特公司生产的VPC-450变极性电源,100%负载时的输出能<
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