激光-雙絲脈沖MIG復(fù)合焊接電弧等離子體光譜診斷.pdf

1、激光電弧復(fù)合焊接是一種將激光與電弧兩種截然不同的焊接熱源耦合在一起實(shí)現(xiàn)焊接的新型高效焊接方法,這種焊接方法自問世以來受到了全世界焊接工作者的廣泛關(guān)注,并得到了深入發(fā)展,在汽車、船舶等行業(yè)有著很好的應(yīng)用前景。本課題研究的激光-雙絲脈沖MIG復(fù)合焊接技術(shù)就是對(duì)激光電弧復(fù)合焊接的理論加以拓展,開發(fā)的一種新型焊接技術(shù)。目前對(duì)激光電弧復(fù)合焊接的研究主要集中在激光與單電弧復(fù)合焊接工藝及數(shù)值模擬等領(lǐng)域,而以光譜信號(hào)為手段對(duì)激光-雙絲脈沖MIG電弧復(fù)合

2、焊接電弧等離子體行為的研究非常少。
　　本文自行搭建了激光-雙絲脈沖MIG復(fù)合焊接試驗(yàn)系統(tǒng)及電信號(hào)、光譜信號(hào)、高速攝像信號(hào)同步采集系統(tǒng),設(shè)計(jì)了不同焊接參數(shù)下的焊接試驗(yàn)。試驗(yàn)分兩次進(jìn)行,一次采集電信號(hào)和光譜信號(hào),另一次采集電信號(hào)和高速攝像信號(hào)。對(duì)采集得到的光譜信號(hào)進(jìn)行處理,分別運(yùn)用波爾茲曼圖法和Stark展寬法求得焊接電弧等離子體的電子溫度分布和電子密度分布,探索焊接電弧等離子體內(nèi)部物理化學(xué)現(xiàn)象。
　　對(duì)比高速攝像拍攝得到的激

3、光復(fù)合前后電弧形態(tài)發(fā)現(xiàn):與雙MIG電弧焊接相比,復(fù)合焊接過程中,YAG激光對(duì) MIG電弧具有明顯的吸引及壓縮作用,復(fù)合焊接電弧被吸引到激光作用點(diǎn)附近,兩電弧耦合作用加強(qiáng),激光作用點(diǎn)附近等離子體體積明顯增大。
　　通過對(duì)激光-雙絲脈沖MIG復(fù)合焊接電弧等離子體輻射強(qiáng)度、電子溫度和電子密度空間分布的研究表明:復(fù)合電弧光譜和未復(fù)合電弧光譜的線光譜是完全一致的,激光的加入并沒有激發(fā)出新的譜線,但光譜輻射強(qiáng)度明顯增加。利用波爾茲曼圖法計(jì)算了

4、焊接電弧等離子體的電子溫度,并分析了電子溫度的分布規(guī)律,激光加入以后,電子溫度整體上發(fā)生明顯提高,尤其是在激光作用點(diǎn)附近的 Y=1mm層面上電子溫度發(fā)生的變化較大;激光功率、焊絲間距、電弧功率和電弧熱輸入對(duì)電子溫度有比較大的影響,隨著激光功率、電弧功率和電弧熱輸入的增加,電子溫度呈現(xiàn)上升趨勢(shì),隨著焊絲間距的增加,電子溫度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。運(yùn)用Stark展開法計(jì)算了電弧等離子體的電子密度,分析了Y=3mm層面電子密度的分布規(guī)律,復(fù)合焊接和雙M