● 摘要
超快变换复合脉冲变极性TIG焊是一种具有超快电流变化速率的铝合金焊接工艺，对2219-T87高强铝合金的工艺适用性研究显示，焊接接头拉伸强度可达母材的70%，断后延伸率显著提高，且几乎没有气孔缺陷，并在焊缝区发现了等轴非枝晶。上述研究成果表明，超快变换复合脉冲变极性焊接方法可能存在一种有别于常规电弧焊工艺的接头性能强韧化机理。学者们对铝合金超快变换复合脉冲变极性焊接工艺从力、热等角度进行了分析与推理，将气孔缺陷的抑制效果、焊缝区细小等轴枝晶的形成与这种特殊电弧联系起来，获得了初步的成果。这些分析、推理还需进一步的实验验证。电弧是相当复杂的物理过程，最基本的是电弧热与电弧力作用过程。作为超快变换复合脉冲变极性电弧机理研究的基本内容之一，本文从电弧力的测量入手，设计了一套超快变换复合脉冲变极性TIG焊铝合金平均电弧力测试平台，完成了平均电弧力测量的基本功能，并注意保护实验人员健康及人身安全，使得实验人员可远程操控实验设备而无须直接接触，将人与实验现场环境隔离。初步的实验数据表明，该测试平台重复性好，可准确的再现同一工艺参数下的平均电弧力；超快、高频的焊接电弧力的确不同于常规电弧，在平均电流等值的情况下，超过常规TIG焊平均电弧力百分之几十至百分之几百。此外，对脉冲频率、脉冲电流占空比等关键电流参数对平均电弧力的影响规律进行了初步测量。然而仅通过平均电弧力所能获得的信息是有限的，真实的电弧力是高频变化的动态力，其大小、频率、分布可能均随时间变化。必须掌握电弧力随时间变化的规律，才有可能真正揭示超快变换复合脉冲变极性焊接工艺对高强铝合金2219-T87接头强化机理，进一步解释气孔缺陷抑制机制与焊缝区等轴枝晶形成原因，优化工艺参数，挖掘电弧焊工艺接头强化潜力，并推广至其它牌号的铝合金、镁合金等轻合金。因而有必要对动态电弧力进行测量，以掌握动态电弧力大小、频率及分布状况随时间、随工艺参数的变化规律。分析了测量动态电弧力所面临的技术挑战，并提出了测量动态电弧力的理论方案。