微束等离子弧焊电弧多物理场耦合

对微束等离子弧焊电弧温度场、流场、电磁场、电弧压力场进行了计算分析.结果表明,轴向和径向温度分别随距钨棒端部和电弧轴中心距离的增加而降低;轴向流速经一段时间后趋于稳定,喷嘴内等离子体径向流速较喷嘴外小,且喷嘴内外流场方向相反;电磁力随距钨棒端面距离的增加而减小,喷嘴内较喷嘴外大,且喷嘴内外电磁力方向也不完全一样;阳极表面上的电弧压力远小于普通等离子弧焊的电弧压力.此外,各物理场之间相互耦合.高速摄影相机拍摄后经处理得到的电弧等灰度线分布与数值模拟轴向等温线分布趋势一致;三维动态光谱检测系统检测计算得到的径向温度分布与数值模拟得到的径向温度分布一致.

脉冲微束等离子弧焊电弧的光辐射强度动态分布特征

通过研究了脉冲微束等离子弧焊电弧中心轴线上光辐射强度在不同脉冲参数下的动态分布.试验结果表明,微束等离子弧焊电弧沿电弧中心轴线的光辐射强度分布呈"双峰状",其分布特征及其动态变化在很大程度上受到了脉冲参数(基值电流,峰值电流,占空比,频率)的影响,并且这种影响随着脉冲参数的变化呈现出不同程度的"热惯性".

微束等离子弧焊电弧三维光谱及其抗干扰解耦

针对焊接电弧二维光谱检测温度场研究的局限性,在以共聚焦光路为关键的三维光谱检测系统基础上,检测到了三维电弧内部任意一点的光辐射强度。以电弧内部垂直于光谱检测方向且过电弧轴中心的各点的光辐射强度,通过借鉴Abel逆变换进行抗干扰解耦,恢复了电弧内部任意一点光辐射强度的相对发射系数,以解决所提出的三维光谱检测系统对电弧内部任意一点进行聚焦光谱检测的干扰问题。根据恢复得到的焊炬高度为2 mm的2 A微束等离子弧焊电弧ArⅡ特征谱线(波长为771.308与856.221 nm)的相对发射系数,通过相对谱线强度法,得到电弧的三维温度分布。进一步讨论了由此得到的电弧温度场分布和电弧形态特征,并与数值模拟计算得到的相同条件下电弧温度场进行了比较。研究表明:该研究提出的三维电弧光谱检测系统能够采集到电弧内部三维空间点的光辐射强度,虽然受到共聚焦光路的限制,采集到的电弧径向端面光谱为拖长的非轴对称圆形,但经过抗干扰解耦后的电弧径向光谱图为轴对称;虽然抗干扰解耦后得到的电弧光辐射相对发射系数分布出现一定的离轴最大化现象,但电弧光辐射强度在离轴了的电弧中心处达到了最大值,该最大光辐射强度从喷嘴至工件呈现先减后增现象,与电弧轴中心光辐射强度分布呈"双峰"态一致;并且电弧径向半径从喷嘴至工件是先减小、再保持、然后增大,其形貌为底部呈蘑菇状的准柱形,也符合相对于2 A焊接电流的短电弧(焊炬高度2 mm)的电弧形态;同时,通过电弧三维光谱检测并经过抗干扰解耦间接得到的2 A电弧的最大温度在微束等离子弧焊电弧的温度范围内,且在归一化后与数值模拟的电弧径向温度场分布较为吻合,误差较小。

口腔修复用铸造钴铬合金等离子焊接工艺研究

试验研究了钴铬合金口腔修复材料微束等离子弧焊的可行性。焊接过程电弧稳定,焊接接头熔合良好,未见裂纹、未焊透、夹渣、气孔等缺陷。力学性能与显微组织分析表明:焊缝与母材均为铸态的树枝状晶粒,几乎无焊接热影响区,接头成分均匀,焊缝与母材强度基本一致。微束等离子弧焊在口腔材料修复领域具有很好的应用前景。

电弧流场分布特征的数值分析

建立了微束等离子弧有限元模型,利用ANSYS软件对微束等离子弧的流场分布进行了数值模拟分析。结果表明,在计算时间内,从不稳定到稳定的过渡阶段,电弧纵向流场的最大流速不断地增加,最大流速出现在喷嘴附近。阴极附近与阳极附近的微束等离子弧焊电弧横端面的等离子体流向相反。