CO_2激光焊接不锈钢光致等离子体动态特性分析

光致等离子体是CO2激光焊接中一个重要的物理现象,它与焊接的稳定性、焊接质量及能量利用率等都有密切的关系。利用高速摄像及光信号监测两种手段对等离子体的动态变化过程及其对焊接稳定性的影响进行了深入的研究。提出了等离子体的变化每个周期内分为四个阶段,而影响焊接稳定性的根本原因是等离子体在穿透与未穿透之间的波动。

工程陶瓷引弧微爆炸加工中等离子体射流的光学特征

引弧微爆炸加工是一种新型工程陶瓷特种加工技术,其能量通过等离子体射流输出,由于加工过程伴随着强烈的光和热,直接测试十分困难。通过高速摄像技术和光谱分析技术,综合对等离子射流的外部形态和内部物理状态进行研究。利用高速摄像,观察射流的外观以及氮化硅和氧化铝两种陶瓷材料加工时的材料去除过程。观察发现,射流直径随电流值的增大而增大,单脉冲加工时蚀坑直径随着加工时间逐渐扩展,蚀坑形状近似为球冠形;结合材料性质,推断出氮化硅陶瓷加工时分解,氧化铝陶瓷加工时直接熔化。对等离子体射流的光谱分析,采用氢原子示踪法,选择Hα谱线进行。分析结果显示,采用斯塔克展宽法获得的等离子体的电子密度在1016～1017 cm–3范围内,满足局部热力学平衡状态,并分析了加工参数对电子密度的影响规律。

往复走丝电火花线切割加工放电通道等离子体的观测研究

通过实验直接观测电火花加工放电通道等离子体的物理现象,对分析其微观过程和机理具有重要意义。往复走丝电火花线切割加工过程中电极丝与工件之间的相对移动速度较大,其放电通道等离子体的发展过程与传统电火花加工有一定差异。利用高速摄像技术,对往复走丝电火花线切割加工单脉冲放电过程中的放电通道等离子体进行观测研究。结果表明:在脉冲放电过程中,放电通道等离子体沿着工件表面持续滑移,滑移方向与电极丝移动方向一致;脉冲放电期间有大量金属蒸气被抛出,脉冲结束阶段有大量熔融金属被抛出;金属蒸气与熔融金属的抛出方向主要沿着电子运动方向,该现象表明材料去除主要为电子对工件材料的蚀除作用。

运用高速摄像和计算机软件制作频闪照片

比起传统的制作方法，通过高速摄像获取频闪照片素材，再利用Free Video to JPG Converter以及Photoshop等软件合成频闪照片，兼具实践性和可操作性，在中学物理教学容易开展和实施．

激光深熔焊等离子体的高速摄像实验研究

采用高速摄像方法 ,观测了低碳钢激光深熔焊过程中的等离子体形态 ;就激光焦点位置对等离子体的影响进行了实验研究。得到不同焊接模式下的等离子体的形态 。

利用高速摄像研究沿面放电斑图的时空演化

在氩气柱垂直撞击介质的系统中,随峰值电压的增加,在介质靶上依次产生弥散点、单环和同心三环沿面放电斑图。在这些斑图的演变过程中,每一个电压周期内,正放电数增加,负放电数保持一个。利用高速摄像研究斑图的形成机制,结果表明,每种斑图正负放电都是流光机制,正负沿面放电在时间上叠加形成各种斑图;在每一个电压周期内,第一个正流光形成斑图的中心点,最后一个正流光形成斑图的弥散背景,其他正流光形成斑图的环;每种斑图对应的负流光总是弥散的。通过分析外加电场、残余电荷和空气扩散的影响,定性地讨论了正流光的传播特性。

基于LabVIEW的激光-MIG复合焊接过程等离子体监测

在LabVIEW环境下设计了一套焊接过程监测系统,该系统可以采集激光-MIG复合焊接等离子体的光学信号以及焊接电流、电压这两种电信号,并以TDMS格式输出。焊接前使用最大类间方差法对焊丝与工件的图像进行二值化处理,然后对二值化图像使用形态学滤波器进行降噪滤波并细化,接着采用一种基于路径追踪的分叉去除算法去除细化结果中的分叉,最后使用HUBER线性拟合法确定激光束的入射位置。对焊接时的等离子体高速摄像照片进行图像处理,获得了激光在等离子体中的传输距离(DLTP)。将DLTP的计算值与实测值进行对比,可知所设计系统的计算准确度为96.5%。

激光深熔焊等离子体波动特征光电信号分析

利用无源电探针检测装置,对A304不锈钢YAG激光焊接过程中的等离子体电信号进行了检测,并且同步触发高速摄像装置,对等离子体的形态进行记录。对等离子体高速摄像图片与电信号进行了时域对比分析,发现电信号电压波动特征与等离子体形态波动特征吻合较好。对一定时间长度内的电信号进行功率谱密度(PSD)分析,发现电信号PSD图中特征峰值对应的频率与等离子体形态波动频率基本一致。结果表明,等离子体的形态波动、电信号的波动特征与小孔的行为具有很强的关联性。这种波动特征受到焊接参数的影响,波动频率随着激光热输入的增大而减小。

TC4钛合金激光扫描焊接金属蒸气形态及其光谱特性研究

目的 钛合金激光焊接时会产生大量等离子体/金属蒸气,等离子体/金属蒸气中包含了大量的焊接信息,通过研究这些信息与焊接状态的关系,可以实现焊接状态的实时反馈与调整,为焊接自动化提供了基础。方法 以TC4钛合金为实验对象,加入激光扫描焊接工艺方法;通过高速摄像与光谱采集的方式对焊接过程中的金属蒸汽形态以及光谱变化规律进行了研究。结果 试验结果表明:在点焊时加入扫描以后,等离子体/金属蒸气的摆动幅度减小,小孔效应减弱,焊接的稳定性得以提高;在移动焊接时,在不加扫描时,激光功率的提升以及焊接速度的减慢均会对使光谱强度得到显著的升高,而加入扫描以后,激光功率的提升以及焊接速度的减慢对光谱强度的影响变得很小,光谱强度并没有显著提升。结论 在点焊过程中扫描的加入会使等离子体摆动幅度减小,焊接的稳定性得到提高。在移动焊接过程中加入扫描,可以对光谱强度产生抑制,同样使得焊接的稳定性得以提高。

高速摄像和连拍照片在物理教学中的应用

高速摄像与播放软件"截图"功能结合,记录肉眼难以分辨的位置变化;高速摄像与播放软件的"多个视频同时播放"功能结合,对比肉眼难以分辨的运动快慢。针对高速摄像不能显示物体运动过程移动轨迹的问题,介绍了三种方法讲述"如何把多张连拍照片合成在同一张图片上,呈现物体的运动轨迹"。高速摄像和连拍照片对物理现象的精细观察和定性分析在教学中起着重要的作用。

外加纵向磁场作用下的TIG焊接电弧

以单粒子理论假设为基础,详细阐述了外加纵向磁场在等离子体中的不均匀分布形态,以及这种不均匀磁场对TIG焊接电弧形状的影响,分析了电弧区的受力情况,建立了等离子体中带电粒子在这种非均匀磁场中的运动方程.由分析可知带电粒子在磁场作用下的运动轨迹是一条汇聚的螺旋线,且等离子弧外围的带电粒子的圆周运动的速度远大于弧柱中心的粒子运动速度.结果表明,在外加纵向磁场的作用下,TIG焊电弧发生了明显的收缩,激磁电流一定,激磁频率越高,电弧收缩越明显.

激光-电弧复合焊接高强钢的性能

为了研究焊接参数对激光-电弧复合焊接性能的影响,采用了2 k W光纤激光器和MAG(熔化极活性气体保护焊)复合焊接780 MPa高强钢板,通过高速摄像机观察了熔滴过渡形式及激光(或电弧)先导的等离子体形态,研究了激光(或电弧)先导的特性、激光与电弧间距离、离焦量、MAG电流和熔滴过渡形式对激光-电弧复合焊接性能的影响.结果表明,电弧先导的焊缝成形更好;等离子体不仅影响焊缝形状,而且影响激光-电弧间最佳距离;激光与电弧间距对熔宽的影响较小;焊接电流影响焊缝形状和熔深,随着焊接电流的增加,熔深增加,当离焦量为-2 mm时熔深最大.

双丝脉冲MIG焊接电弧光谱诊断及热源耦合机理分析

搭建了双丝脉冲MIG焊接试验系统,为了分析研究双丝脉冲MIG焊接的热源耦合机理以及电弧温度场,采用光谱技术对其电弧进行了诊断分析,采用中空探针法进行等离子体的辐射采集,得到电弧等离子体的光信号,利用Boltzmann图法计算了双丝脉冲MIG焊接电弧等离子体的电子温度,得出了电弧等离子体的电子温度分布规律,并结合电信号采集和高速摄像技术对电弧进行了综合分析。研究创新之处在于结合了电弧的高速摄像图片信息和电弧等离子体的光信号对双电弧耦合机理进行分析,对电弧温度场进行了较为直观的分析研究。试验结果表明,在本试验条件下焊接过程实现了推挽式输出,实现了一脉一滴的过渡方式;两个电弧在焊接过程中在磁场的作用下相互吸引,向中心发生了偏移,在双电弧的几何中心形成了新的热源中心,并且电弧发生上飘现象;双电弧电子温度整体呈倒V型分布,在双电弧几何中心位置,距工件表面3mm的位置电弧电子温度最高,为16 887.66K,比最低温度11 963.63K高大约4 900K。

沿面型介质阻挡放电发生器结构特性的研究（英文）

沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体发生器在等离子体的产生中起着重要的作用。通过实验和仿真计算相结合的的方法,研究了大气压环境下等离子体发生器的结构对正弦波电源作用下放电的影响。结果表明:相同条件下,对称结构发生器电场强度最大,产生的等离子体分布在正面电极的两侧,等离子体层面积大,亮度高,但消耗功率较大;不对称结构发生器电场强度最低,产生的等离子体在正负电极处对称分布,整体看上去比较均匀;不对称结构底面电极封装之后正面电极处电场强度增强,等离子体分布在正面电极的一侧,亮度居中,底面电极附近的电场降低,抑制了低电极放电消耗能量,但均匀性最差。证明了等离子体激励器的封装抑制了底面电极的放电,同时降低了功耗。

时间轴上的舞步——《追踪植物红娘》拍摄手记＆NEX．FS700摄像机试用报告

在胶片时代，摄影机的结构是机械的，图像的记录是离散的．所有摄影机都可以改变每秒钟拍摄的画面数量。当每秒拍摄数量少于24格（张）的时候，我们称之为”降格”，反之便是“升格”。在摄影机稳速马达出现之前，摄影机在时间轴上的脚步并不是严格按照每秒24格的节拍，手摇电影摄影机在时间轴上的行走则更加随意。

侧吹气体对不锈钢薄板CO_2激光焊接过程的影响

为了研究侧吹辅助气体对CO2激光焊接过程的影响及其机理,在不锈钢薄板CO2激光焊接过程中,用高速数字摄像机拍摄了不同侧吹工艺参数下等离子体的动态变化过程。对比分析了侧吹工艺变化对等离子体行为和焊缝形貌的影响。结果表明:顶吹气流和侧吹气流的合流角约为40°时焊缝背面熔宽最大,喷嘴高度和流速变化对薄板激光焊接过程有显著的影响;薄板CO2激光焊过程中工件表面上方的等离子体云团有两种典型的形态,即焊透时出现体积较小的等离子体云团和未焊透时出现的体积较大的等离子体云团。

波长对激光-CMT复合焊熔滴过渡行为的影响

通过激光-CMT复合焊试验,研究了激光波长对熔滴过渡行为的影响。结果表明,激光通过改变熔池形态和加热焊丝影响了熔滴过渡过程,激光-CMT复合焊过程比CMT焊接过程稳定。CO_2激光对熔滴体积的影响较大,当CO_2激光功率较小时,激光可以促进熔滴过渡;当CO_2激光功率增大后激光会阻碍熔滴过渡。光纤激光对焊丝加热的作用较小,但可以增大熔滴过渡频率。CO_2激光和光纤激光等离子体温度均随激光功率的增大而升高,但CO_2激光等离子体呈团状喷发,而光纤激光等离子体几乎不喷发。