高压GMAW焊电弧温度光谱分析.pdf

《高压GMAW焊电弧温度光谱分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、北京石油化工学院学报第20卷第l期Vo1．2ONO．1JournalofBeijingInstituteof2012年3月Mar．2O12Petro—chemicalTechnology高压GMAW焊电弧温度光谱分析*贾滨阳。薛龙郭遵广吕涛黄继强(1．北京石油化工学院机械工程学院，北京102617；2．北京化7-大学~t0aI~，北京100029)摘要在压力环境下进行GMAW焊接时，其焊接特性与常压下相比会有较大的区别。利用等离子体电弧光谱测量法采集GMAW电弧光谱并进行分析、计算，筛选出合适的特征谱线用来对本实验电弧温度进行计算研究，在0．1～O．8MPa的压力范围

2、下，获得了GMAW电弧温度随压力升高的变化规律。关键词GMAW；电弧温度；光谱法；高压中图法分类号TG444高压干法GMAw(熔化极气体保护焊)是标准温度法、谱线绝对强度法、相对强度法、谱目前水下焊接的一种主要方法，为保证焊接质线轮廓法、吸收谱线法和反转谱线法，笔者采用量需系统地研究压力环境下的电弧特性，然后同种粒子2条谱线的相对强度法：通过测得同制定合适的焊接电流、焊接速度等参数。焊接种元素的2条或多条谱线的相对辐射强度推导电弧中包含的电信号、光谱信号以及声信号等出等离子体温度。当研究对象即等离子体处于作为控制信息广泛应用在焊接过程的自动控制局部热力学平衡(LTE)

3、的假设条件时，有下面和焊接特性的研究中。在20世纪6O年代，关系成立：KingLA和SmarsEA根据氩的激发和电离一h7n0expf一f(1)产生的谱线，确定了铝的焊接电弧温度。这是式中：￡为光谱线发射率；A为m能级原子应用光谱法对等离子电弧温度进行的最早测跃迁到能级的跃迁几率；h为普朗克常数；量。到目前为止，GTAW焊接电弧不受熔滴过渡的影响，研究者利用其光谱信息展开了详尽r为辐射谱线频率；g为m能级统计权重；的理论分析和研究_】]。GMAW焊接由于熔滴Z(T)为原子配分函数；。为该种原子全部原子数密度；E为能级m上的激发位能；T为等过渡导致电弧信息不稳定以及GM

4、AW焊接电离子体温度；k为玻尔兹曼常数]。弧光谱信息中含有大量的金属谱线等原因，也有许多学者致力于研究光谱法在GMAW焊接中由式(1)得出同种粒子任意2条光谱线发的应用[3]。但是在高压环境下，电弧的结构发射率之比为：生明显的改变，电弧温度、形态、稳定性以及其它一exp—￡—2一—y—2A—2一gz．‘(l＼一——宠手』—1／lz，各种特性均与常压下不同，因此笔者利用光谱分由于焊接电弧形成的等离子体体积较小，析法研究高压GMAw焊电弧的温度场。因此2条光谱线发射率比值可以替换成等离子1测温系统及方法体发射光谱的强度比，因此式(2)可以简化为[：1．1测温理论0．624

5、7(El—E2)，光谱法计算等离子弧的温度有多种方法：lgglA1l),111g收稿日期：2O11-02—24*北京市教委科技发展计划资助项目(KM201110017005)式中：、为2条谱线的波长；、。为2条谱北京市优秀人才培养资助项目(2009D005005000008)。线的相对强度。由式(3)可以看出，通过测量焊14北京石油化工学院学报2012年第2O卷接电弧产生的其中2条特征谱线的波长和相对谱分析仪，观测谱线波长范围为200～强度等参数就可以求出离子体温度。1100nm，包含了从近红外区到紫外区的所有运用光谱相对强度法计算等离子体温度，波段，波长分辨率达到了

6、0．75nm。该光谱分关键在于选择合适的特征谱线，选择谱线过程析仪的特点是时间分辨率高，每次扫描并写入中可以遵循以下几条标准：内存时间需要5ms，并且可以设置积分时间长(1)要有合适的灵敏度。强度太强的谱线短，最短仅为10S。基于这些特点，该种光谱容易超出光谱仪采集范围无法使用相对强度法仪能有效地检测大强度、短时间的焊接电弧光计算，强度太弱则由于仪器的衰减而使计算结谱信息。果精确度大幅降低。根据熔化极气体保护焊的特殊性，相应调(2)要有合适的分辨率。因为金属蒸发等整了光谱分析仪数据采集软件中的数据采集方原因，焊接电弧当中包含了多种元素粒子，这些式以及积分时间2项参数。

7、实验选用自动采集不同的元素粒子辐射强度在一些时候近似相弧光光谱的方式，每次保存结果的时间间隔为等，造成谱线重叠，所以需要选择较为独立的元1ms，采集保存光谱20次，采用这种方式可以素粒子谱线。保证采集到焊接燃弧阶段的电弧光谱信息；由(3)要有较好的锐性。即谱线的半宽要比于电弧弧光强度大，如果积分时间过长，光谱谱较窄，足够尖锐，避免产生大的计算偏差。线就会很容易达到饱和状态，无法满足实验要(4)理论上2条谱线之间要有足够大的激求，因此积分时间也需要适当缩短，本实验设为发电位之差，差值越大所得到的精度越高。1ms(5)2谱线的波长之差要适当，相差太大会2