水下濕法焊接技術近年來得到了廣泛應用,但缺乏對其機理方面的研究,利用光譜分析的方法對水下濕法焊接引弧過程的電弧等離子體溫度和電子數(shù)密度進行了研究。首先搭建了水下濕法焊接電弧光譜診斷平臺,對焊接過程中的電流電壓及光譜信號進行了同步采集,根據(jù)電流電壓信號的數(shù)據(jù)對水下濕法焊接引弧過程進行了界定。在此基礎上,通過光譜儀的延時功能分別采集了引弧5, 10, 15, 20及25 ms的光譜信號,對采集的光譜信號進行分析,標定了計算等離子體溫度及電子數(shù)密度所需要的Fe元素譜線和H元素譜線,為了保證計算結果的準確性和可靠性,引弧不同時刻均選取了五組數(shù)據(jù),運用統(tǒng)計分析的方法對五組數(shù)據(jù)作平均化處理,在標定的Fe元素譜線中選取了五條合適的譜線,利用玻爾茲曼圖示法分別計算了引弧不同時刻的水下濕法焊接電弧等離子體溫度,同時,根據(jù)光譜儀檢測到的氫元素的α譜線,結合等離子體發(fā)射光譜的斯塔克譜線展寬理論,計算了水下濕法焊接引弧不同時刻的電子數(shù)密度。計算結果表明:在引弧的不同時刻,水下濕法焊接電弧等離子體溫度變化呈現(xiàn)不同的特點,在引弧5和20 ms溫度值分別出現(xiàn)峰值,到最后穩(wěn)弧時刻溫度值達到4 414 K;電子數(shù)密度在... 

【文章來源】：光譜學與光譜分析. 2020,40(11)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

水下濕法焊接電弧光譜診斷平臺

從圖2電流波形中可以看出, 在KL段電流一直為0, 對應的電壓圖中CD段為空載電壓, 約為40 V, 在EF段雖然電壓、 電流均存在數(shù)值, 但電壓遠遠低于設定電壓, OP段電流為0, 在電壓圖IJ段, 電壓逐漸上升直到J點之后趨于穩(wěn)定, 電流圖中對應的QR段電流逐漸下降直到S點之后趨于穩(wěn)定, 因此J(S)點之后為穩(wěn)弧階段, 那么IJ(QR)段為水下濕法焊接的引弧階段, 整個引弧階段持續(xù)約20 ms。確定了引弧階段, 利用光譜儀的外部觸發(fā)功能, 設計了電壓觸發(fā)電路, 并設計成可延遲不同的觸發(fā)時間, 在此基礎上實驗中分別采集了引弧5, 10, 15, 20和25 ms的光譜數(shù)據(jù), 積分時間設置為1.05 ms, 電流電壓數(shù)據(jù)也進行了同步采集, 為了避免單次測量帶來的誤差, 保證實驗結果的準確性和可靠性, 實驗中采集了多組數(shù)據(jù), 從多組數(shù)據(jù)中進行對比分析, 選取較好的5組數(shù)據(jù)進行進一步分析計算。

圖3是引弧5 ms的電弧光譜圖, 借助NIST美國原子光譜數(shù)據(jù)庫以及特征譜線的相關數(shù)據(jù)[7], 對電弧光譜進行診斷, 圖4是H(656 nm)元素的特征譜線。為了進一步對溫度及電子密度進行計算, 主要對Fe和H元素進行標定。

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]TIG焊電弧輔助MIG焊引弧過程分析與機理探討[J]. 湯瑩瑩,朱志明,楊中宇,符平坡.  焊接學報. 2018(03)
[4]基于電弧氣泡調控的水下濕法焊接穩(wěn)定性研究[J]. 王建峰,孫清潔,張順,劉一搏,馮吉才.  機械工程學報. 2018(14)
[5]發(fā)射光譜法測量空氣直流電弧溫度分布與電子密度[J]. 張志強,張國鋼,郄爽,董金龍,王建華,耿英三.  電器與能效管理技術. 2016(22)
[6]不同水下環(huán)境介質對水下焊接電弧等離子體成分及溫度的影響[J]. 郭偉,郭寧,杜永鵬,王甫,馮吉才.  焊接學報. 2016(10)
[7]基于斯塔克理論的水中電弧放電電子密度光譜診斷[J]. 蘭生,章婧.  電機與控制學報. 2015(03)

博士論文
[1]焊接電弧引燃過程的機理分析[D]. 石里男.北京工業(yè)大學 2011

碩士論文
[1]藥芯焊絲TIG焊的電弧特性研究[D]. 劉瑩.天津大學 2017



本文編號：3473467