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铝焊方法-变极性等离子弧焊 VIPPW焊

 

变极性等离子弧焊:等离子弧是由等离子枪将阴、阳两极间的自由电弧经机械压缩(喷嘴压缩)、水冷喷嘴内壁表面冷气膜的热收缩和弧柱自身的磁收缩作用而形成的高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度的压缩电弧。邓丽弧焊接具有电弧挺度好、扩散角小、焊接速度快、热影响区窄、焊接变形和应力小等优点,其接头性能比一般的气体保护焊要好。
国外在20世纪40年代末期就开始用交流TIG焊接的方法进行铝合金的焊接。60年代,SCIAKY公司开发的AW-3方波交流TIG电源被用于铝合金的等离子焊接。70年代,波音公司的B.P.VANCLEAVE最早提出变极性等离子弧焊(variable polarity plasma arc welding,简称vppaw)的方法。70年代末到80年代初,HOBART BROTHERS公司成功推出了铝合金变极性等离子弧焊系统。后来经过改进,成功应用于美国航天工业铝合金构件的焊接。在等离子弧焊接铝合金方面,经历了直流反接等离子弧焊、正弦波交流等离子弧焊、方波交流等离子弧焊和现在广获应用的变极性等离子弧焊。铝合金直流等离子弧焊主要用于6mm以下板厚接头,采用熔透法焊接与TIG焊相比优势不大,应用范围不广。

变极性等离子弧焊的应用:
目前,等离子弧焊工艺在铝合金结构件上获得了较为广泛的应用。一些典型的应用包括造船、航空航天和铝质耐压舱等行业。
铝合金构件在造船工艺中的应用日益扩大,如铝质水翼艇、铝质甲板、铝质船舱结构和铝质船体上层结构等,这些铝合金结构含有许多对接焊缝。由于是大型板件结构,因此对扰曲焊接变形的控制极为严格,这给焊接带来很大的困难。变极性等离子弧焊由于一次穿透焊接,双面自由成型,焊接热输入在正反两面比较均衡,焊缝对称性很好,因而成为焊接这类铝合金结构焊缝的理想熔焊方法。
变极性等离子弧焊在宇航工业铝合金关键结构件的焊接中获得了广泛的应用。
早在1978年,马歇尔飞行中心(MSFC)、HOBART公司就合作进行了VPPAW焊接工艺的开发,并成功应用于运载火箭贮箱和航天飞机外贮箱的焊接生产中,其焊接质量比TIG多层焊明显提高。
在洛.马公司生产的新一代SLWEET航天分机的外贮箱(焊接材料为2195铝锂合金)中,采用柔性变极性等离子弧焊工艺,在平焊位置焊接了箱体的纵缝和环缝。该种工艺原理与常规的VPPAW相同。但钨极不是内缩,而是伸出一部分,弧柱压缩效应较弱,等离子弧较常规的变极性等离子弧柔和,因此被称为SOFT-VPPAW。在国际空间站的焊接中,VPPAW也称为首选的熔焊方法。在美国最新的DELATA火箭中,贮箱的环缝和封头的焊接均采用了VPPAW焊接方法。
在大型铝合金容器、铝合金压力舱和其他类型的铝合金箱体构件的生产中,变极性等离子弧工艺获得了广泛的应用。以往生产厂家大都采用了TIG焊或MIG焊方法生产上述铝合金构件。焊缝采用多道填充,每一道焊道焊完后必须进行表面清理才能进行下一道焊道的焊接。由此造成焊缝残余应力和焊后变形量很大。采用变极性等离子弧焊方法,只需一道即可完成焊接,大大提高了生产效率,显著降低了焊缝的残余应力和焊后变形量,从而使得结构的焊缝质量和整体可靠性都得到显著的提高。

变极性等离子弧焊小结
变极性等离子弧焊 工艺用于焊接中厚板铝合金是一种高效率、高质量的焊接方法。其工艺柔性比搅拌摩擦焊要好。适也铝合金构件纵缝和环缝的熔焊对接,并在航天贮箱的焊接生产中得到了广发应用和认可,随着高可靠性变极性电源的进步,应用转移型变极性等离子弧焊设备成为其主要的发展方向,也是实现铝合金结构件无缺陷VPPAW焊接的保证。
柔性变极性等离子弧焊工艺是为满足铝锂合金的应用和焊接需求而发展起来的一种熔焊工艺。随着铝锂合金在我国宇航工业的应用日益深入,应对柔性变极性等离子弧焊工艺予以充分的重视以满足发展的需求。

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