水下湿法焊接引弧过程等离子体温度及电子数密度研究

发布时间：2021-11-03 09:40

　　水下湿法焊接技术近年来得到了广泛应用,但缺乏对其机理方面的研究,利用光谱分析的方法对水下湿法焊接引弧过程的电弧等离子体温度和电子数密度进行了研究。首先搭建了水下湿法焊接电弧光谱诊断平台,对焊接过程中的电流电压及光谱信号进行了同步采集,根据电流电压信号的数据对水下湿法焊接引弧过程进行了界定。在此基础上,通过光谱仪的延时功能分别采集了引弧5, 10, 15, 20及25 ms的光谱信号,对采集的光谱信号进行分析,标定了计算等离子体温度及电子数密度所需要的Fe元素谱线和H元素谱线,为了保证计算结果的准确性和可靠性,引弧不同时刻均选取了五组数据,运用统计分析的方法对五组数据作平均化处理,在标定的Fe元素谱线中选取了五条合适的谱线,利用玻尔兹曼图示法分别计算了引弧不同时刻的水下湿法焊接电弧等离子体温度,同时,根据光谱仪检测到的氢元素的α谱线,结合等离子体发射光谱的斯塔克谱线展宽理论,计算了水下湿法焊接引弧不同时刻的电子数密度。计算结果表明:在引弧的不同时刻,水下湿法焊接电弧等离子体温度变化呈现不同的特点,在引弧5和20 ms温度值分别出现峰值,到最后稳弧时刻温度值达到4 414 K;电子数密度在... 

【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(11)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

水下湿法焊接电弧光谱诊断平台

从图2电流波形中可以看出, 在KL段电流一直为0, 对应的电压图中CD段为空载电压, 约为40 V, 在EF段虽然电压、 电流均存在数值, 但电压远远低于设定电压, OP段电流为0, 在电压图IJ段, 电压逐渐上升直到J点之后趋于稳定, 电流图中对应的QR段电流逐渐下降直到S点之后趋于稳定, 因此J(S)点之后为稳弧阶段, 那么IJ(QR)段为水下湿法焊接的引弧阶段, 整个引弧阶段持续约20 ms。确定了引弧阶段, 利用光谱仪的外部触发功能, 设计了电压触发电路, 并设计成可延迟不同的触发时间, 在此基础上实验中分别采集了引弧5, 10, 15, 20和25 ms的光谱数据, 积分时间设置为1.05 ms, 电流电压数据也进行了同步采集, 为了避免单次测量带来的误差, 保证实验结果的准确性和可靠性, 实验中采集了多组数据, 从多组数据中进行对比分析, 选取较好的5组数据进行进一步分析计算。

图3是引弧5 ms的电弧光谱图, 借助NIST美国原子光谱数据库以及特征谱线的相关数据[7], 对电弧光谱进行诊断, 图4是H(656 nm)元素的特征谱线。为了进一步对温度及电子密度进行计算, 主要对Fe和H元素进行标定。

【参考文献】：
期刊论文
[1]GMAW短路过渡过程的二次引弧现象[J]. 陈超,范成磊,林三宝,杨春利.  焊接学报. 2018(12)
[2]水下湿法焊接技术研究进展[J]. 马云鹤,李志尊,孙立明,韩凤起.  热加工工艺. 2018(17)
[3]TIG焊电弧辅助MIG焊引弧过程分析与机理探讨[J]. 汤莹莹,朱志明,杨中宇,符平坡.  焊接学报. 2018(03)
[4]基于电弧气泡调控的水下湿法焊接稳定性研究[J]. 王建峰,孙清洁,张顺,刘一搏,冯吉才.  机械工程学报. 2018(14)
[5]发射光谱法测量空气直流电弧温度分布与电子密度[J]. 张志强,张国钢,郄爽,董金龙,王建华,耿英三.  电器与能效管理技术. 2016(22)
[6]不同水下环境介质对水下焊接电弧等离子体成分及温度的影响[J]. 郭伟,郭宁,杜永鹏,王甫,冯吉才.  焊接学报. 2016(10)
[7]基于斯塔克理论的水中电弧放电电子密度光谱诊断[J]. 兰生,章婧.  电机与控制学报. 2015(03)

博士论文
[1]焊接电弧引燃过程的机理分析[D]. 石里男.北京工业大学 2011

硕士论文
[1]药芯焊丝TIG焊的电弧特性研究[D]. 刘莹.天津大学 2017



本文编号：3473467