1、逆變脈沖熔化極氣體保護焊機的工藝特性1引言：眾所周知，脈沖電流熔化極氣體保護焊是在一定平均電流下，焊接電源的輸出電流以一定的頻率和幅值變化來控制熔滴有節(jié)奏的過渡到熔池；可在平均電流小于臨界電流值的條件下獲得射流（射滴）過渡，穩(wěn)定地實現(xiàn)一個脈沖過渡一個（或多個）熔滴的理想狀態(tài)熔滴過渡無飛濺。并具有較寬的電流調(diào)節(jié)范圍，適合板厚1.0mm工件的全位置焊接，尤其對那些熱敏感性較強的材料，可有效地控制熱輸入量，改善接頭性能。由于脈沖電弧具有較強的熔池攪拌作用，可以改變?nèi)鄢匾苯鹦阅?，有利于消除氣孔，未熔合等焊接缺陷?#160;   唐山松下引進開發(fā)的YD-350/500AG2型逆變式

2、脈沖電流熔化極氣體保護焊機，是根據(jù)以上工藝要求精心設計的。該機內(nèi)置微電腦波形控制裝置，實現(xiàn)了脈沖模式（脈沖焊接時的電流控制）和DIP模式（短路過渡時的電流波形控制）相組合的最佳匹配，可適用MIG/MAG/CO2氣體保護焊，可焊接不銹鋼、鋁及鋁合金、低合金鋼、碳鋼、銅和銅合金等金屬材料。2微電腦焊接波形控制模式2.1“有”脈沖模式微電腦專家系統(tǒng)控制電弧電壓和平均焊接電流（送絲速度）的變化，自動調(diào)整脈沖頻率以適應熔滴過渡的變化。脈沖電流、基值電流、脈沖上升時間、脈沖下降時間和脈沖頻率五項脈沖工藝參數(shù)自動尋找最佳工藝參數(shù)值，匹配組合成優(yōu)化效果。2.2“無”脈沖模式（波形控制模式）在不選擇脈沖電流焊接

3、時，微電腦從400萬種內(nèi)置的焊接波形中選取最佳焊接條件，控制精度高，電弧穩(wěn)定性強，最大程度地減少了焊接過程中的飛濺。2.3 上述兩種模式轉(zhuǎn)換開關設在遙控盒上，便于操作。2.4 當脈沖電流輸出的時候如果發(fā)生短路（焊絲與母材）現(xiàn)象，在微電腦控制下優(yōu)先使短路開放，然后再輸出脈沖電流的控制方式如圖一，使可控射流過渡更加平穩(wěn)。3. 三種焊接波形的最佳組合模式由微電腦控制可建立軟性、中性、硬性模式的電弧形態(tài)其波形如圖二。3.1軟性模式   電弧直徑較大，其噪音小，飛濺少，電弧穩(wěn)定性強。適合于寬焊縫及實芯焊絲焊接的不銹鋼、低合金鋼、碳鋼等金屬材料。3.2中性模式  &

4、#160; 電弧直徑較小，電弧挺度高，集中性強。適合于半自動焊接角焊縫及薄、中板的對接焊縫；可焊接不銹鋼、碳鋼及鋁等有色金屬材料。3.3 硬性模式    電弧直徑更小，電弧集中性更強，焊接波形強化控制。焊接鋁及鋁合金時清除氧化膜作用好，熔深大，適合鋁、銅、等材料的焊接，適合于高速自動焊、機器人焊接。3.4 三種電弧形態(tài)對焊縫寬度、熔深和余高的影響見圖三（是以中性模式為基準的比率圖）。由圖可知：與中性電弧相比較軟性電弧的焊縫寬度寬，熔深淺；硬性電弧的焊縫寬度窄，熔深大。4焊接工藝參數(shù)的調(diào)整：      AG2系列兩款

5、焊機，在輸出特性上，基值電流維持電弧的穩(wěn)定燃燒，并預熱母材和焊絲；焊接脈沖電流一般高于熔滴噴射過渡的臨界電流值，以達到射流（或射滴）過渡；平均電流值比臨界電流值低，熱輸入量?。缓附与娏鞯恼{(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)平均焊接電流即調(diào)節(jié)送絲速度，既可用于薄板（1.0mm）焊接，又可用于厚板的焊接，特別是采用較粗焊絲焊接薄板送絲速度仍很穩(wěn)定。AG2焊機二次（輸出）接線設有無脈沖（MIG/MAG/CO2）、有脈沖兩種輸出端子，適合于普通低合金鋼、鋁及鋁合金、不銹鋼等金屬材料的全位置焊接。4.1操作者在焊接前可將焊絲材質(zhì)（不銹鋼、鋼、鋁），焊絲直徑（0.8、1.0、1.2、1.6），氣體種類（CO2、MAG）送絲速

6、度（平均電流值）和輸出控制方法（個別調(diào)整/一元化調(diào)整）等參數(shù)預選定，微電腦自動調(diào)整脈沖電流、基值電流、脈沖電流的上升和下降速度。4.2在一元化調(diào)整狀態(tài)下，微調(diào)電弧電壓，控制熔滴過渡平穩(wěn)、無飛濺時為較佳工藝參數(shù)。4.3依據(jù)焊絲材質(zhì)和工藝需要選擇軟性、中性、硬性三種脈沖控制模式，最佳電弧形態(tài)和理想的熔滴過渡及熔池成形的狀態(tài)。4.4 調(diào)整脈沖頻率的強、弱狀態(tài)（無脈沖時是調(diào)整控制波形的強、弱狀態(tài)），使電弧更加集中，適合操作者優(yōu)選的條件。5. 焊接工藝規(guī)范的選擇5.1 鋁及鋁合金的焊接在亞射流過渡（即電弧電壓較低）狀態(tài)下，熔滴在射流過渡時伴隨微量的短路過渡形式，焊絲熔化噴射指向好，焊縫、=-=，熔滴噴射

7、過渡平穩(wěn)，無飛濺；焊縫成形美觀，焊接效率高，焊縫內(nèi)外質(zhì)量好。5.3 CO2焊接實心、藥芯焊絲，選用無脈沖模式；在微電腦波形控制下，焊接飛濺較小，焊縫成形美觀。6. 小結(jié)   唐山松下引進開發(fā)的YM-350/500AG2逆變脈沖熔化極氣體保護焊機，具有三種電弧形態(tài)模式，電腦自動優(yōu)化選擇最佳工藝參數(shù)配合，脈沖電流焊接時熔滴過渡始終處于可控射流（射滴）狀態(tài)，實現(xiàn)無飛濺焊接，焊接效率高，焊縫成形好，焊縫及熱影響區(qū)的組織和性能得到改善，為焊接優(yōu)質(zhì)工程提供了可靠保證。*產(chǎn)品名稱： 全數(shù)字控制脈沖MIG/MAG焊機 *產(chǎn)品型號： YD-400GE2* 可焊材料： 鋁、碳鋼、不銹鋼 * 簡

8、要說明： 產(chǎn)品特點1、全數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)優(yōu)異的焊接性能（最優(yōu)化、高精度脈沖波形控制，實現(xiàn)1脈沖滴下的滴溶過渡，在低電流域電弧的穩(wěn)定性得以提高）從薄板到厚板可廣范圍對應。搭載有各種專用的焊接條件。可實現(xiàn)鋁、不銹鋼、碳鋼的高品質(zhì)焊接。2、引弧性能提高采用CDM方式引?。ㄒr對焊絲送給的高精度控制）。新FTT控制使焊絲端頭形狀均一一致，實現(xiàn)穩(wěn)定引弧。3、采用帶有高精度編碼器電機的送絲機使其可以免受周圍環(huán)境溫度及電壓變化等外在因素影響，始終保持穩(wěn)定均衡的送絲。4、在手邊可進行所有設定的控制器（通過全數(shù)字實現(xiàn)高精度的條件再現(xiàn)）通過1臺的條件設定可使幾臺焊機再現(xiàn)同一條件。通過旋轉(zhuǎn)編碼器和液晶可以將數(shù)字式的細

9、微設定完全在手邊進行。電流電壓調(diào)整可用獨立刻度盤設定。由于是數(shù)字顯示所以可方便的設定所喜好的條件。通過LED顯示燈警告顯示電機送絲負荷變動，焊接條件負荷變動。由于核心器件內(nèi)藏于控制器內(nèi)，從粉塵和油污引起的故障中解放出來。一元化/個別調(diào)整可切換日語/英語表示。帶有保持設定的焊接條件的“鎖定”功能。初期電流可獨立設定。5、有效減少焊接不良的“品質(zhì)管理功能”具有存儲調(diào)用32種焊接條件功能，在多品種，少量焊接中發(fā)揮威力！通過控制器可輕松確認各種焊接數(shù)據(jù)。用電腦通信進行“數(shù)據(jù)管理”。6、與松下機器人連接實現(xiàn)更出色的焊接設定最合適的焊接特性，通過串行通信對應，可以從機器人側(cè)實現(xiàn)焊接特性的微調(diào)整設定。使用F

10、ORCE送絲輔助裝置使焊接能力近一步提高。 額定規(guī)格MIG焊接的清潔作用在氬氣環(huán)境下，通過電極正、母材負的極性使電弧產(chǎn)生，母材陰極點不產(chǎn)生于焊絲正下方的溶池內(nèi)，而分散發(fā)生于熔池周圍。該陰極點選擇容易放出電子的母材表面的金屬氧化物而產(chǎn)生。氬氣的陽離子與母材碰撞，破壞氧化物，工件要求新的氧化物向母材移動，熔池周圍的皮膜被破壞，露出清潔的金屬表面。這稱為清潔作用。與鋁TIG焊接電極為正的現(xiàn)象相同。熔池爆炸現(xiàn)象MIG焊接時，焊接電流達到某一個值時，只是母材上的分散陰極點不能夠提供充足的焊接電流，電弧集中于焊絲正下方的一點，引起熔池內(nèi)金屬的上揚現(xiàn)象。該現(xiàn)象稱為熔池爆炸現(xiàn)象，在鋁焊接時顯著。 &

11、#160;脈沖MIG焊接MAG/MIG焊接，針對于焊絲直徑，焊接電流超過某個電流值時，熔滴過渡由熔球過渡變?yōu)樯淞鬟^渡。此時的電流稱為臨界電流。在臨界電流以下的電流領域，成為小顆粒過渡。使焊接電流波形變成脈沖狀、脈沖電流的峰值在臨界電流以上、平均電流在臨界電流以下。這樣，利用射流過渡可以焊接比較薄的薄板，從而減少飛濺、美化焊縫外觀、實現(xiàn)比TIG焊接更高效率的焊接。  MIG焊接的優(yōu)缺點：可焊接Al、SUS、Cu等高速焊接可實現(xiàn)全方位焊接 不需要藥劑，飛濺少 在有風處使用困難 保護氣體貴 不適合極薄板適用材質(zhì)：Al、SUS、銅合金松下MIG焊機簡介

12、：YD-350GE2-全數(shù)字控制，帶脈沖，焊接條件記憶存儲，數(shù)字通訊YD-350/500AG2-微電腦控制，帶脈沖，專家數(shù)據(jù)庫松下MIG焊機選購指南母材材質(zhì)板厚（mm）焊接方法焊絲直徑（）焊接電流范圍（A）松下焊機型號奧氏體不銹鋼2.0-12MIG（實心焊絲）0.8/1.0/1.260-280YM-350AG2/GE2 2.0-50MIG（實心焊絲）1.2/1.4/1.680-420YM-500AG2 10-50MIG（實心焊絲）1.2260-420YM-500GR3/GM3/ER1/KA1/KR2/CL5/KH2鋁及鋁合金1.5-12MIG1.260-300YM-350AG2/GE2 2.0

13、-40MIG1.2/1.680-450YM-500AG2 8.0-40MIG1.2/1.6/2.0220-450YM-600KH2HGV（水冷）純銅（紫銅）2.0-40MIG1.2/1.680-500YM-500AG2 6.0-40MIG1.2/1.6140-600YM-600KH2HGV（水冷）硅青銅、鋁青銅0.4-4.0MIG釬焊0.8/0.9/1.080-180YM-200KR2/350KR2/GM3/GR3/ER1/KA1注：1) 焊接純銅（紫銅）時，焊前需預熱400-6002)焊接硅青銅、鋁青銅時需配裝200KR2焊槍3) YM-600KH2HGV（水冷）焊鋁需換裝尼龍送絲軟管21世

14、紀航天工業(yè)鋁合金焊接工藝技術(shù)展望 摘要：簡要回顧了航天工業(yè)鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，并對國內(nèi)外鋁合金在航天器上的應用情況進行了綜述和分析。介紹了鋁合金焊接技術(shù)的最新發(fā)展和應用前景，其中包括變極性等離子焊、局部真空電子束焊、氣脈沖焊接技術(shù)、攪拌摩擦焊、焊接修復技術(shù)以及焊接工藝裕度和焊接結(jié)構(gòu)安全評定技術(shù)。 關鍵詞：鋁合金；焊接；航天 1 前 言 鋁合金不但具有高的比強度、比模量、斷裂韌度、疲勞強度和耐腐蝕穩(wěn)定性，同時還具有良好的成形工藝性和良好的焊接性，因此成為在航天工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料。 例如，鋁合金是運載火箭及各種航天器的主要結(jié)構(gòu)材料。美國的阿波羅飛船的指揮艙、登月艙，航天飛機氫

15、氧推進劑貯箱、乘務員艙等也都采用了鋁合金作為結(jié)構(gòu)材料。我國研制的各種大型運載火箭亦廣泛選用了鋁合金作為主要結(jié)構(gòu)材料。 航天工業(yè)鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展和應用與材料的發(fā)展有著密切的聯(lián)系，本文將簡要回顧航天工業(yè)鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展并介紹幾種極有應用前景的鋁合金焊接工藝技術(shù)。 2 鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展 2.1 LD10CS鋁合金焊接回顧 早期的一些導彈和遠程運載火箭的推進劑貯箱結(jié)構(gòu)材料主要采用AlMg系列合金，特別是退火和半冷作硬化狀態(tài)的LF3、LF6防銹鋁的應用最為普遍。這兩種鋁合金都具有優(yōu)良的焊接性能1。 隨著航天技術(shù)的發(fā)展，運載火箭的推進劑貯箱結(jié)構(gòu)材料，從使用非熱處理強化的防銹鋁，轉(zhuǎn)變到使用可熱處

16、理強化的高強度鋁合金。LD10CS合金已在多種大型運載火箭和固體導彈上獲得成功的應用。由于它的超低溫性能較好，因此在三子級的液氫、液氧推進劑貯箱上也獲得了應用。 需要指出的是LD10合金的焊接性能較差，焊接時形成熱裂紋的傾向較大，對焊接過程中的各種因素也比較敏感，焊接接頭的斷裂韌度較低，特別是當焊縫部位存在焊接缺陷時，液壓強度試驗時試驗件經(jīng)常發(fā)生低壓爆破。 20世紀70年代，在研制LD10合金火箭推進劑貯箱初期，在焊接工藝方面曾遇到了極大的困難。在“三結(jié)合”攻關中發(fā)明的“兩面三層焊”工藝（正面打底、蓋面，背面清根封焊）使焊接接頭性能達到了設計要求。在LD10焊接生產(chǎn)實踐中總結(jié)得出：如果焊接接頭

17、區(qū)的延伸率不小于3%，則焊接接頭的塑性可以滿足使用要求。在此后的許多年中，一直以“延伸率不小于3%”作為一個重要的驗收指標。 幾十年來，焊接工藝主要是氬弧焊（TIG），包括手工氬弧焊和自動氬弧焊。從焊接工藝方面看，為了減少焊接結(jié)構(gòu)的焊接殘余應力和變形，通常在焊接工藝選擇上都盡量減少焊接熱輸入量。特別是對于熱處理強化鋁合金，由于焊接熱過程的作用，在焊接熱影響區(qū)存在軟化區(qū)，塑性較好，強度較低。焊接接頭強度系數(shù)為0.50.7。 為什么LD10CS貯箱采用兩面三層焊工藝？理論分析和實踐結(jié)果表明，若不采用此焊接方法，就會造成LD10CS鋁合金焊接接頭塑性較差，且焊縫背面焊趾處易出現(xiàn)裂紋。兩面三層焊時，清

18、根和封底焊可消除此種裂紋。同時由于熱輸入量較大，熱影響區(qū)發(fā)生不同程度的退火或過時效，使硬度降低，塑性提高，焊接拉伸試樣斷裂的位置是焊接軟化區(qū)。這樣在結(jié)構(gòu)中，焊接接頭在復雜的應力狀態(tài)下以軟化區(qū)的塑性和變形補償了熔合區(qū)塑性的不足。但貯箱焊縫補焊后，有時仍發(fā)生低壓爆破。 由于兩面焊的特殊要求，限制了自動焊及焊接新技術(shù)（如真空電子束焊、變極性等離子焊等）的應用。這是因為，氬弧焊焊接熱輸入量比高能束的真空電子束焊要大，同時考慮到焊接接頭的結(jié)構(gòu)承載適應能力，難以應用焊接熱輸入較為集中的焊接新技術(shù)，制約了焊接新技術(shù)的應用。 在焊接生產(chǎn)中，鋁合金焊縫內(nèi)常見的缺陷為焊縫氣孔。氫是鋁及其合金熔焊時產(chǎn)生氣孔的主要原

19、因。基體金屬中含氫量、焊絲及基體金屬表面氧化膜吸附的水分以及弧柱氣氛中的水分都是焊縫氣孔中氫的重要來源。航天焊接工作者經(jīng)過不懈的攻關和努力保證了航天焊接產(chǎn)品的交付和發(fā)射成功。但是，由于諸多因素和條件的限制，在生產(chǎn)中個別貯箱仍存在氣孔超差。 在焊接材料方面，國外使用的是焊接專用板材，基體金屬的氫含量小于2×10-7。而國內(nèi)鋁合金板材制造技術(shù)條件中尚無對氫含量的要求。 2.2 鋁合金2219和鋁鋰合金焊接概述 2219高強鋁合金的突出特點是焊接性能好，從-253到+200均具有良好的力學性能、抗應力腐蝕性能，對焊接熱裂紋的敏感性較低，焊接接頭塑性及低溫韌性較好。在美國已作為推進劑貯箱的主

20、要結(jié)構(gòu)材料，美國土星號級貯箱等均采用了2219鋁合金。前蘇聯(lián)在能源號和暴風雪號航天飛機均大量采用了1201（相當于2219）鋁合金。 國內(nèi)研制的S147鋁合金與2219鋁合金相類似，生成焊接裂紋的傾向性較低，但生成氣孔的敏感性較強，尤其是熔合區(qū)、密集的微氣孔是影響焊接接頭性能的主要缺陷。 隨著航天技術(shù)的發(fā)展，對鋁合金的強度和減重提出了更高的要求，鋁鋰合金在近幾十年得到了迅猛的發(fā)展。因為每加入1%Li，可使鋁合金質(zhì)量減輕3%，彈性模量提高6%，比彈性模量增加9%，這種合金與在飛機產(chǎn)品上普遍使用的2024和7075合金相比，密度下降7%11%，彈性模量提高12%18%。前蘇聯(lián)的1420合金與廣泛使

21、用的杜拉鋁(硬鋁)16(2024)合金相比，密度下降12%，彈性模量提高6%8%，抗腐蝕性好，疲勞裂紋擴展速率低，強度、屈服強度和延伸率相近、焊接性較好2。 前蘇聯(lián)航空材料研究所().等人于20世紀60年代在發(fā)明了AlMgLi系的1420合金不久，就對該合金的焊接開展了研究。70年代對該合金的焊接研究已經(jīng)取得了成果，他們認為這種合金氬弧焊時，可采用AM6、AM6T和1557焊絲，焊接接頭的強度系數(shù)達到0.7以上。焊前、焊后熱處理對焊接接頭強度有很大的影響，淬火狀態(tài)下焊接的接頭強度比淬火及人工時效狀態(tài)焊接的強度低78.5 MPa，焊后淬火及人工時效又可以使焊接接頭的強度系數(shù)達到0.91.0。19

22、80年1420合金被用于制造米格-29超音速戰(zhàn)斗機的焊接機身、油箱、座艙，這使飛機的重量明顯降低了24%。至今，1420合金已成功使用了30多年，廣泛用于軍用、民用飛機和火箭上3。 20世紀80年代俄羅斯研制了高強度、高模量的1460（AlCuLi）合金，這種合金由于加入了Sc元素強化，使晶粒和亞晶結(jié)構(gòu)變化，拉伸強度提高3050 MPa，焊接性能明顯改善。1460合金焊接工藝與1420合金基本相同，可采用1201（AlCuMn）合金焊絲焊接，也可在焊絲中添加鈧（Sc）元素。在對多種成分比較試驗后，推薦應用CB-1207或CB-1217焊絲，這種焊絲的成分是在ALCu基礎上添加Cu、Sc、Zr、

23、Ti等，具體成分有待于進一步了解。應用此種焊絲可以顯著地降低焊縫熱裂紋敏感性，氬弧焊焊接接頭強度大于250 MPa，焊接接頭強度系數(shù)大于0.5，焊后熱處理焊接接頭的強度、硬度增加。48這種焊絲可以保證無裂紋和細晶粒結(jié)構(gòu)的接頭，合理的選擇焊接工藝和焊前準備可得到無氣孔的焊接接頭。 美國發(fā)現(xiàn)者號航天飛機的外貯箱采用了2195（AlCuLiMg）高強鋁鋰合金，取代原來使用了2540年的2219合金。新設計的貯箱SLWT(Super Light Weight Tank超輕重量貯箱)，比原來的貯箱減重5%，即3 405 kg，其中LH2箱減重1 907 kg、LO2箱減重736 kg，箱間段減重341

24、kg，其他減重422 kg。每減輕1 kg質(zhì)量可以增加1 kg有效載荷，這樣就增加3 405 kg的有效載荷。美國總共生產(chǎn)120臺SLWT，完成全部航天飛行計劃910。 2195-T8合金的貯箱采用4043焊絲，變極性等離子弧焊 (VPPA)焊接。VPPA具有高的電弧溫度、高的電弧電壓和更集中的熱量。VPPA焊接2195-T8鋁鋰合金的關鍵是焊縫背面保護，鋁鋰合金含有活潑的Li元素，如焊接時背面保護不好，極易氧化。馬歇爾飛行中心研制出長229 mm、寬25.4 mm、高152 mm的不銹鋼“保護盒”，“保護盒”在焊接時隨焊槍行走，使焊縫區(qū)域氧氣少于0.5%。另外，研制了直徑51 mm、長229

25、 mm的不銹鋼管裝在工件背面，焊接時隨焊槍移動，也可有效保護背面焊縫。如果這兩種保護裝置同時使用，效果更好。 3 極具前途的幾種工藝技術(shù) 3.1 變極性等離子弧焊接技術(shù)（VPPA） 1978年，美國NASA宇航局馬歇爾宇航中心決定變極性等離子弧焊技術(shù)部分取代鎢極氬弧焊工藝焊接航天飛機外貯箱。航天飛機外貯箱材料為2219鋁合金，共焊接了6400 m焊縫，經(jīng)100% X射線檢測，未發(fā)現(xiàn)任何內(nèi)部缺陷，焊縫質(zhì)量比TIG多層焊明顯提高。 變極性等離子焊接技術(shù)用于鋁合金焊接，單道焊接鋁合金厚度可達25.4 mm。其工藝特點是在焊接過程中，在焊接熔池中心存在一穿透的小孔，而且在實際生產(chǎn)中通常采用立向上焊工藝

26、，既有利于焊縫的正面成形，又有利于熔池中氫的逸出，減少氣孔缺陷。因此被稱為“零缺陷焊接”。 “八五”期間，在引進國外某公司的變極性等離子焊接系統(tǒng)的基礎上，進行了LF6、LD10鋁合金平板（厚3 mm、6 mm、10 mm）焊接工藝試驗11。 “九五”期間，與哈爾濱工業(yè)大學聯(lián)合開展了變極性等離子焊接技術(shù)研究，研制了變極性等離子焊接設備樣機，并進行了LF6和LD10鋁合金板材（厚3 mm、5 mm、12 mm）焊接工藝試驗，完成了帶有縱縫和環(huán)縫的貯箱模擬件焊接，解決了環(huán)縫焊接時起弧打孔和收弧填孔及焊縫首尾相接的難題，焊接模擬件通過了液壓試驗，將變極性等離子焊接技術(shù)的工程應用向前推進了一大步。 隨著

27、2219鋁合金和2195鋁鋰合金的應用，在未來中厚度的大型貯箱焊接生產(chǎn)中，變極性等離子焊接技術(shù)有著廣闊的應用前景。 3.2 局部真空電子束焊接技術(shù) 由于真空電子束焊接工藝是將被焊工件置于真空環(huán)境中進行焊接，因此可以得到優(yōu)質(zhì)的焊縫。同時，電子束高的能量密度使焊縫較窄，深寬比大，焊接應力和變形較小，在工業(yè)各領域尤其是國防工業(yè)中得到了廣泛的應用。 但對于一些大型構(gòu)件如運載火箭貯箱殼體等，如果采用真空電子束焊接工藝，則需要較大的真空室，其容積可達數(shù)百立方米，這種電子束焊接設備造價很高。為了解決這一問題，國外開始設計和應用局部真空電子束焊接設備，不是將被焊工件整體放入真空室，而是在焊縫局部建立真空環(huán)境，

28、從而完成焊接。 前蘇聯(lián)將局部真空電子束焊接技術(shù)應用于不同類型和尺寸火箭燃料貯箱殼體的焊接，在殼體的縱縫、對接環(huán)縫及法蘭環(huán)縫焊接中，有7種類型焊縫（縱縫、對接環(huán)縫、法蘭環(huán)縫）應用局部真空電子束焊接工藝。20世紀90年代初已用于2.5 m直徑殼體環(huán)縫焊接，能源號火箭貯箱縱縫采用局部真空電子束焊接工藝，壁厚為42 mm，局部密封采用磁流體密封、橡膠圈密封等技術(shù)。 國內(nèi)在“九五”期間，與中科院電工所合作研制了國內(nèi)第1臺法蘭環(huán)縫局部真空電子束焊機(專利號：ZL002631776.6)12。電子槍與上真空室采用動密封結(jié)構(gòu)，工件與上、下真空室間為靜密封結(jié)構(gòu)。焊接時電子槍可以實現(xiàn)極坐標運動。電子槍徑向移動采用

29、步進電機驅(qū)動，光柵尺檢測位移；圓周方向轉(zhuǎn)動通過交流伺服電機驅(qū)動，光碼盤檢測器角位移。二次電子焊縫對中系統(tǒng)用于實現(xiàn)焊縫軌跡示教。采用兩級微機控制，可編程序控制器（PLC）控制焊接參數(shù)可實現(xiàn)柔性焊接，即可焊接100300 mm直徑的法蘭環(huán)縫。局部真空室的真空度達到5×10-3Pa,高于國外同類產(chǎn)品水平。 在未來的2219鋁合金和2195鋁鋰合金航天器厚壁結(jié)構(gòu)中，特別對于焊接殘余應力和變形要求較高的法蘭環(huán)縫焊接生產(chǎn)中，局部真空電子束焊接技術(shù)應用對焊接質(zhì)量的提高有著極為重要的意義。 3.3 氣脈沖TIG和MIG焊接技術(shù) 在航天工業(yè)中，鋁合金焊接中應用較廣的TIG和MIG工藝，保護氣體采用氬氣

30、和氦氣，其中以氬氣應用較多。 就TIG焊而言，有交流氬弧焊和直流正接氦弧焊兩種工藝。氦（He）和氬（Ar）相比，其最小電離能高，在其它條件和參數(shù)相同時，電弧電壓較高。因此，氦弧焊電弧溫度高，焊接熱輸入量大，也具有更高的能量密度，與氬弧焊相比熔深較大，焊接缺陷特別是焊接氣孔較少。 據(jù)資料介紹，由于直流正接氦弧焊沒有交流氬弧焊陰極霧化去除氧化膜的作用，氧化膜的破壞程度取決于電弧長度的大小，故直流正接氦弧焊采用短弧焊去除氧化膜。這樣使得焊接時填絲變得較為困難，加上設備等因素的制約，直流正接氦弧焊一直未大面積推廣應用。 為了利用氦氣電弧熱高的優(yōu)點并避免純氦帶來的缺點，國外采用氣脈沖Ar+He TIG和

31、MIG焊接技術(shù)焊接鋁合金，可大大減少焊接氣孔。 借鑒國外的經(jīng)驗，近幾年開始進行氣脈沖TIG焊接技術(shù)研究，初步試驗表明，采用氣脈沖（Ar+He）TIG焊接工藝焊接S147鋁合金抑制焊接氣孔方面有明顯的效果。不開坡口可一次焊透7 mm平板，且表面光澤與氬弧焊相同，避免直流正接氦弧焊焊縫表面發(fā)暗。焊接工藝性、可操作性也與氬弧焊無異，弧長也無特別限制。這對于未來型號將應用對氣孔較敏感的S147鋁合金和2195鋁鋰合金有極大的應用價值。 3.4 攪拌摩擦焊技術(shù) 宇航工業(yè)飛行器結(jié)構(gòu)大量使用鋁合金，由于某些材料熔焊焊接性不良不得不采用鉚接結(jié)構(gòu)。英國焊接研究所（TWI）1991年發(fā)明的攪拌摩擦焊為此類材料連接

32、提供了一個新思路13。由于此方法屬于固相焊，特別適合應用于熔化焊接性差的有色金屬。相對于熔化焊接方法，不會產(chǎn)生與熔化有關的焊接缺陷，如熱裂紋和氣孔。但由于方法的限制，其應用僅限于簡單結(jié)構(gòu)的工件。 攪拌摩擦焊的原理是，利用摩擦發(fā)生的熱，在高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭特形指棒周圍的金屬迅速被加熱，并形成了很薄的熱塑性金屬層。隨著攪拌頭的移動形成了攪拌摩擦焊的焊縫。目前，已成功地進行了攪拌摩擦焊研究的鋁合金包括：2000系列（AlCu）、5000系列（AlMg）、6000系列（AlMgSi）、7000系列（AlZn）、8000系列（AlLi）。美國波普公司的空間防御實驗室在1998年將此技術(shù)用于火箭某些部件焊接

33、。目前，ESAB公司正在制造可供商業(yè)應用的攪拌摩擦焊機，計劃于2002年安裝在TWI，用來焊接尺寸為8 m×5 m的工件，預計可焊接的工件厚度為1.518 mm。國內(nèi)某些院校和研究所也開始了這方面的研究工作，有理由相信，國內(nèi)最具備攪拌摩擦焊技術(shù)應用前景的將是航天工業(yè)。 3.5 焊接修補技術(shù) 鋁合金結(jié)構(gòu)件的焊接修補是航天器在生產(chǎn)和使用中不可避免地會遇到的問題。在焊接生產(chǎn)中，由于材料、結(jié)構(gòu)、設備、工藝及環(huán)境條件等方面的偶然因素，在焊后會發(fā)現(xiàn)焊縫中存在超出標準的焊接缺陷，這就需要補焊。傳統(tǒng)的手工TIG焊方法雖然操作簡便、易行，但由于局部焊接熱輸入量較大，可能產(chǎn)生晶粒長大，局部韌性降低，同時

34、在補焊部位引起較大的殘余應力，往往成為“低壓爆破”的裂源。另一方面，未來可重復使用運載器，在重復使用后，可能在某些構(gòu)件局部出現(xiàn)裂紋等缺陷，需要進行焊接修補，此時在運載器外部覆有絕熱材料，對溫升有極嚴格的要求，必須采取熱輸量集中而且較小的焊接工藝。 1995年英國劍橋焊接研究所發(fā)明摩擦塞焊技術(shù)14，洛馬公司和國家宇航局馬歇爾飛行中心進行了補焊工藝研究，2000年已用于外貯箱焊接修補。這是一種新的焊接修補技術(shù)，在焊縫缺陷位置，鉆一楔形孔，將一個與孔的形狀相類似的楔形旋轉(zhuǎn)塞插入孔內(nèi)，高速旋轉(zhuǎn)時完整的楔形塞與孔表面摩擦生熱而實現(xiàn)焊接。焊接參數(shù)包括塞的直徑、旋轉(zhuǎn)速度、施加的壓力和塞的位移。它不同于熔焊修

35、補，在缺陷去掉之前，要反復打磨和填充，焊接修補比通常的TIG熔焊修補強度高20%，改善了補焊部位的力學性能，而且不易產(chǎn)生焊接缺陷。采用這種修補工藝還可大大減少修補時間，降低成本。 此外，也有人提出激光補焊的設想。鋁合金激光焊的難點在于鋁合金對CO2激光束（波長為10.6m）極高的表面初始反射率（超過90%以上），對YAG激光束（波長為1.06m）反射率接近80%。而且，鋁合金激光束還易產(chǎn)生氣孔。這些問題都有待于進行深入的研究工作。 3.6 焊接工藝和焊接結(jié)構(gòu)安全評定技術(shù) 由于航天產(chǎn)品的特殊性，對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性極為重視。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，對航天產(chǎn)品焊接質(zhì)量和可靠性不斷提出新的要求。在實際生產(chǎn)中，焊接工藝的優(yōu)劣不僅要看其是否能夠完成所針對結(jié)構(gòu)的焊接，而且要看其是否具有相對穩(wěn)定的使焊接質(zhì)量達到產(chǎn)品驗收標準的能力?！昂?/p>