基于光谱诊断的激光-脉冲GMAW复合焊等离子体研究

摘要

激光-脉冲GMAW复合焊具有焊缝桥接能力强、焊接熔深大、焊接效率高、工艺稳定性高、焊接变形小及可焊材料范围广等优点,是重要的焊接方法之一。对焊接等离子体的温度、电子密度等物理参数以及等离子体形态进行深入研究,有助于提出复合焊接的优化方案,为制造专用复合焊接的电源及优化复合模式提出理论支撑及指导意见,也有助于指导人们对焊接过程稳定性、焊接效率和焊接质量的提高进行精确控制。本文搭建了CO2激光-脉冲GMAW复合焊接实验系统、光谱采集系统和高速摄影系统,研究了激光-脉冲GMAW复合焊的等离子形态、谱线分布、脉冲峰值时刻温度和电子密度分布。
　　本文首先研究了激光与脉冲GMAW电弧的相互作用对等离子体形态、谱线分布的影响,并分别采用Boltzmann作图法、Stark展宽法测量激光-脉冲 GMAW复合焊脉冲峰值时刻等离子体温度和电子密度分布。研究发现,当激光与电弧复合时,激光对电弧具有吸引作用。电弧吸收激光能量,电弧发生明显的膨胀,电弧弧长变长。激光的加入,改变了脉冲GMAW焊的温度和电子密度分布状态,使得电弧温度和电子密度下降。激光-脉冲GMAW复合焊峰值时刻激光区域的温度和电子密度都远远高于电弧区域。
　　其次,本文研究了激光与电弧的热源顺序、热源间距、保护气体类型、电弧电压、激光功率等不同工艺参数对激光-脉冲GMAW复合焊等离子体温度、电子密度和形态的影响。研究发现,工艺参数的变化对激光区域的温度和电子密度没有明显的影响,但对电弧区域温度和电子密度影响很大。当采取电弧前置的复合方式时,两个热源之间存在等离子体温度和电子密度明显偏低的过渡区域;当热源间距增大时,电弧温度呈现降低的趋势,而电弧电子密度呈现先增加后减小的趋势;当He含量增加或电弧电压升高时,电弧温度和电子密度呈现升高的趋势;当激光功率增加时,电弧温度变化不明显,电弧电子密度变化呈现升高的趋势。

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第一章 绪论

1.1课题背景和选题意义

1.2激光与电弧之间相互作用的研究现状

1.3复合焊接机理诊断手段及研究现状

1.4本课题主要研究内容

第二章 试验系统的建立

2.1复合焊接试验系统

2.2焊接工艺参数及焊接材料

2.3光谱采集系统

2.4高速摄影系统

2.5本章小结

第三章 激光与脉冲GMAW电弧之间相互作用对等离子体的影响

3.1激光-电弧相互作用的原理

3.2激光与脉冲GMAW电弧之间相互作用对等离子体形态的影响

3.3激光与脉冲GMAW电弧之间相互作用对谱线分布的影响

3.4激光-脉冲GMAW复合焊的温度和电子密度分布

3.5本章小结

第四章 不同工艺参数对激光-脉冲GMAW复合焊等离子体物理特性的影响

4.1热源顺序对激光-脉冲GMAW复合焊等离子体物理特性的影响

4.2热源间距对激光-脉冲GMAW复合焊等离子体物理特性的影响

4.3保护气体对激光-脉冲GMAW复合焊等离子体物理特性的影响

4.4电弧电压对激光-脉冲GMAW复合焊等离子体物理特性的影响

4.5激光功率对激光-脉冲GMAW复合焊等离子体物理特性的影响

4.6 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文