激光诱导等离子体引燃MAG电弧的引弧特性研究
目录
摘要
ABSTRACT
目录
第一章绪论 (1)
1.1课题研究背景 (1)
1.2等离子基本特征和产生机制 (1)
1.2.1等离子体的定义 (1)
1.2.2电弧等离子体产生的机制 (2)
1.2.3激光等离子产生机制 (3)
1.2.4激光诱导等离子体的应用 (4)
1.3焊接电弧引弧现状的研究 (5)
1.3.1 TIG引弧的现状 (5)
1.3.2MAG/MIG引弧的现状 (6)
1.3.3激光等离子体引弧的现状 (8)
1.4选题意义及主要研究内容 (9)
第二章试验材料、设备及方法 (11)
2.1实验材料 (11)
2.2实验设备 (11)
2.3实验方法 (12)
2.3.1试验参数的设计 (12)
2.3.2焊接等离子光谱采集 (14)
2.3.3 熔滴过渡和等离子体形貌的采集方法 (14)
第三章复合焊接等离子体的诊断方法及物理特征的表征 (16)
3.1等离子体的诊断方法 (16)
3.2复合焊接等离子体光谱特征分析 (18)
3.3等离子体发射光谱的时间演化特性研究 (22)
3.4激光-电弧复合焊接等离子体参量的表征 (25)
3.4.1等离子体局部热力平衡判据 (25)
3.4.2等离子体的电子温度计算 (26)
3.4.3等离子体的电子密度计算 (28)
3.5复合焊接工艺参数对电弧等离子电子温度和电子密度影响规律 (30)
3.5.1电弧脉冲频率对电弧等离子体电子温度和电子密度的影响 (30)
3.5.2激光作用时间对电弧等离子体的电子温度和电子密度的影响 (32)
3.5.3热源间距对电弧等离子体的电子温度和电子密度的影响 (35)
3.6本章小结 (36)
第四章激光诱导等离子体对电弧引燃特性的影响研究 (38)
4.1复合焊接工艺参数对焊接电弧形态的影响 (38)
4.1.1激光对电弧形态的影响 (38)
4.1.2激光对熔滴过渡的影响 (40)
4.1.3激光作用时间对电弧形态的影响 (41)
4.1.4激光作用时间对熔滴过渡频率的影响 (42)
4.1.5热源间距对电弧形态的影响 (43)
4.1.6热源间距对熔滴过渡频率的影响 (45)
4.2复合焊接工艺参数对焊接电弧动态特性的影响 (46)
4.2.1激光对焊接电弧电信号的影响 (46)
4.2.2激光作用时间对焊接电流概率密度分布的影响 (48)
4.2.3热源间距对焊接电流概率密度分布的影响 (48)
4.2.4电弧脉冲频率对焊接电流概率密度分布的影响 (49)
4.3激光诱导等离子体辅助电弧引弧机理 (50)
4.4本章小结 (50)
总结 (52)
致谢 (53)
参考文献 (54)
第一章绪论
1.1课题研究背景
激光-电弧复合焊接是一种新的焊接方法[1-4]，是由英国学者Steen W.M[5]通过实验的方式提出来的，被广泛应用于现代工业生产中。激光-电弧复合焊接由于对接过程中的装配精度要求较低，焊接速度适宜性较强，焊缝的桥接性能较好等，可以对更多的材料进行焊接，对于现代工业有更好的适应性[6-8]。因此近些年激光-电弧焊接引起了国内外大量学者的关注。
近些年来很多学者对复合焊接过程中电弧放电机制开展研究，因为电弧放电的好坏直接会影响到电弧的成功引燃，进而影响焊接过程的稳定性。引弧主要有三个过程构成，即引弧、燃弧稳定和收弧。引弧质量变差不仅会对焊缝的成形质量造成很大的影响，还会增加焊接成本。在当今社会常使用焊接方法主要有熔化极气体保护焊与非熔化极气体保护焊(MIG/MAG、TIG焊接)，由于焊接过程稳定，焊接成形好，焊接成本低，正在向着更加高效、更加节能方向发展，因此被广泛应用在焊接工业中。但是MIG/MAG、TIG焊接过程也存在很多难题，虽然有稳定的焊接过程，但是由于引弧过程是一个动态过程，在焊接过程中会有很多因素对焊接引弧性能及焊接引弧质量造成影响，从而会影响到焊接过程，非常不好控制，这也是当今焊接工业有待于解决的重点难题。对于传统引弧方式有非接触式引弧与接触式引弧两种。这两种方法存在如下问题：如焊缝中会进入一些杂质、钨极被烧坏、电磁设备被干扰以及焊接中产生的高频对人体造成很大的伤害等。
针对以上所提到焊接引弧过程所产生的问题，引起了国内外大量学者的关注，并且提出许多可行性方案来使得引弧性能得到很大提升。如采纳激光诱导等离子体的办法来引燃电弧[9-10]。这种焊接方法与以前焊接方法相比，优点在于采用激光等离子体辅助电弧引弧可以大大降低焊接过程中产生的高频或高压对人体的伤害，同时也使得焊接引弧更好地控制，焊缝成形质量较好，焊接质量有较大的提高。在焊接过程中，如果将等离子引弧运用在复合焊接中，其焊接优势会表现得更优越。但是由于好的激光器由于造价太高，对研究者造成了一定的限制，有关等离子体引弧的研究报道还是比较少的。
1.2等离子基本特征和产生机制
1.2.1等离子体的定义
等离子体又被命名为电浆，它广泛存在于宇宙中，通常被看成是除了自然界中的固态、液态和气态三态的物质的第四种态。等离子体的产生是因为当部分原子团和原子被剥夺电子后，原子和原子团被电离所产生。等离子体因其较好的导电性能，可以