基于光谱信息的激光-MAG复合电弧特性研究

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1、天津大学硕士学位论文基于光谱信息的激光—MAG复合电弧特性研究姓名：黄宗仁申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：李桓20090501中文摘要激光一电弧复合热源焊接综合了激光与电弧的优点，在焊接大厚钢板和铝合金等难焊金属方面具有独到的优势，在汽车、船舶、航空航天器制造等领域展现出了广阔的应用前景。到目前为止，关于激光一电弧复合热源焊接的研究主要集中在应用方面，而涉及到电弧特性及过程稳定性等基础理论，仍有许多问题亟待解决。研究焊接电弧的特性，对稳定焊接过程、改进工艺方法和改善焊接质量具有非常重要的意义，而电弧光谱含有丰富的反映电弧特性的信息。与

2、现有其他检测方法相比，光谱技术具有信息丰富、灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等一系列独特的优点。基于以上分析，确定了利用光谱信息技术来研究激光一MAG复合焊接电弧的特性。本文通过扫描焊接电弧空间不同层面位置获得电弧光谱信息的原始数据，然后运用积分的方法计算出光谱信息在电弧空间的分布特征。对比MAG焊与复合焊电弧光谱信息的频域和空间分布特征，得到如下结果：二者的光谱信息都是在连续辐射的背景上存在大量的线状谱；激光的加入改变了电弧的能量分布状态，在电弧中心位置形成一个梯度较大的辐射增强区，从而增加了焊缝的熔透深度；同时，由于激光与电弧的相互协调作用，

3、焊接能量集中位置由电弧上方区域向熔池表面转移，提高了焊接能量的利用率。在光谱分析的基础上，借助焊接电信号与高速摄像照片来进一步研究复合焊接电弧。通过建立焊接多信息同步采集系统实现对复合焊电信号、高速摄像与光谱信息的同步采集，接着比较分析给定触发脉冲下获得的焊接电信号、高速摄像照片和光谱信息，发现这三者在时间上具有很好的对应关系，即实现了激光一MAG复合焊接多信息的同步采集与分析。最后根据同步采集结果，利用最小电压原理成功解释了复合焊接电弧长度缩短的原因。关键词：激光--MAG；复合焊接；电弧特性；光谱信息；同步采集与分析ABSTRACTLaser-

4、archybridweldingsynthesizethestrongpointoflaserandarc，hastheuniqueadvantageinweldingthicksteelplateandaluminumalloy,revealscapaciousapplicationforegroundinthemanufacturefieldsofautomobile，shipcraftandaerospacevehicle．Byfar,researchaboutlaser-archybridweldingismostlyconcentrate

5、dontheapplicationandthereisstillmuchproblemtosolvecomedowntothearcpropertiesandthestabilityofweldingprocess．Researchonthearcpropertiesisofgreatimportancetothestabilityofweldingprocess，improvementoftheweldingtechnologyandbettermentoftheweldingquality．111earcplasmacontainsmuchra

6、diationspectralinformationaboutthearcbehavior．Comparedwithotherpresentdetectionmethods，thespectrumtechnologyhassuchadvantagesasplentifulinformation，highsensitivity,fastresponsespeedandgood‘performanceofanti-disturbance．Therefore，spectruminformationtechnologywasadoptedtostudyth

7、earCbehaviorinlaser-MAGhybridwelding．’PrimarydataaboutarcspectruminformationWaS．obtainedthroughscanningthedifferentbeddmgsurfaceofarcspace，andthenfiguredoutthedistributionofspectruminformationinarcspaceusingintegrationmethod．ComparedthespectrumdistributionwithMAGweldingandlase

8、r-MAGhybridwelding，theresultwasobtainedasfollowing：line·spect