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脉冲MIG焊电弧物理特性光谱诊断

潘成刚  
【摘要】:脉冲熔化极惰性气体保护焊(P-MIG)由于其热输入可控、熔滴过渡可控、焊接质量好、生产效率高,在碳钢、不锈钢、铝及铝合金的焊接中得到了广泛的应用。焊接电弧的稳定和性能对焊接质量、焊接效率都有决定性作用。焊接电弧物理参数如温度、电子密度对研究焊接电弧机理,提高焊接质量都有至关重要的作用。本文通过高速摄像系统、LabView电信号采集系统和光谱采集系统,以光谱法这一最直接有效的方法对脉冲MIG焊峰值、基值的温度、电子密度、金属蒸气百分比进行了全面诊断。 本文首先研究了光谱Stark展宽的计算方法,将傅里叶变换法这一信号处理方法成功应用于Stark展宽计算。这种方法与传统方法相比准确性大大提高,而且原理简单、计算方便。并且利用这种方法计算了TIG焊静态电弧的Stark展宽和电子密度。 其次,本文结合高速摄影和光谱信号采集结果,研究了脉冲MIG焊峰值和基值金属谱线和Ar谱线的分布特征。同时探讨了脉冲MIG焊电弧的热力学状态。 再次,利用Boltzmann作图法、Stark展宽法、谱线联立法等多种方法对脉冲MIG焊峰值和基值的温度、电子密度、金属蒸气分布进行了全面研究。同时利用Abel逆变换法重构了等离子体三维发射系数和三维谱线线形,获得了物理特性的三维分布。研究发现脉冲MIG焊峰值温度具有离轴最大的分布特征,而电子密度、金属蒸气的最大值都处于电弧中心;基值阶段的温度、电子密度、金属蒸气百分比都小于峰值,而且都随着离轴距离的增大而不断减小。研究还发现经过Abel逆变换后峰值阶段的温度与未经过Abel变换相比,中心区域更低而最高温度升高,电子密度中心区域升高而外围降低;基值阶段,经过Abel逆变换后温度和电子密度在中心区域都升高,而外围降低。


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