超声辅助焊接电弧等离子体全息干涉研究

摘要

随着现代工业的迅猛发展，降低生产成本并提高产品的性能成了社会关注的热点。一直以来，TIG焊广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶等领域。然而，实际应用过程中暴露了TIG焊还有很多缺陷和不足，采用超声TIG焊可以有效的改善TIG焊接过程中的弊端，因而具有广泛的发展前景。近年来在超声对电弧等离子体的作用机制方面主要停留在理论研究，本文采用马赫-曾德尔干涉法和二次曝光全息干涉法对电弧等离子体进行研究，在无接触、不影响电弧内部状态的前提下对电弧等离子体的全场信息进行检测和分析。
　　首先，采用马赫-曾德尔试验光路对不同焊接参数下的TIG电弧等离子体进行干涉试验，拍摄各参数下TIG电弧等离子体的干涉条纹。随着焊接电流的增大，TIG电弧的温度梯度增大，条纹弯折区域呈“钟罩形”；弧长过长时保护气会丧失对电弧区域的保护，钨极烧损严重；保护气流量较小时不足以抵抗外界空气对钨极区域的入侵，较大时则会引起电弧空间气流的不稳定。
　　其次，采用二次曝光法对室温下超声对气体环境的影响进行了系统研究。在二次曝光光路中增置一面毛玻璃，从而获得干涉条纹并易于再现和采集；利用有限元软件COMSOL对不同形状发射端辐射的声场的声压分布进行模拟，对比选取凹球面为最优发射端形状；通过全息试验进行验证，试验结果与模拟结果相符；当发射端高度偏离谐振高度后，声场能量均会发生不同程度的衰减；超声激励电流的增大会伴随声场能量的增强，声场作用范围也有所增加；通入保护气后，气流量越大，声场对氩气流的束缚能量越弱。
　　再次，针对火焰场进行二次曝光法全息试验。对获得的条纹进行处理，并测算火焰场温度分布情况，将算得数据与热电偶测量数据对比发现，二次曝光法对高温场的检测精度较高，适合应用于电弧等离子体的无接触诊断。
　　最后，拍摄超声-TIG电弧的全息图，对比在不同参数下电弧等离子体的变化情况。超声可以使TIG电弧的挺度增加，电弧发生明显收缩；超声激励电流越大，条纹越平滑，保护气作用效果越好；气流量过小或过大时保护效果均有所降低，这与马赫-曾德尔干涉试验结果相一致。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究目的及意义

1.2 声辐射力的研究

1.3 超声电弧复合焊接的发展

1.4 全息干涉法等离子诊断的发展

1.5 本文主要研究内容

第2章 试验设备、材料及方法

2.1 试验设备及装置

2.2 试验材料

2.3 全息试验理论

2.4 试验研究方法

2.5 本章小结

第3章 电弧等离子体马赫-曾德尔法干涉诊断研究

3.1 马赫-曾德尔干涉试验光路系统及调节方法

3.2电弧等离子体马赫-曾德尔干涉研究

3.3 本章小结

第4章 室温下超声对气体环境影响全息干涉研究

4.1 超声声场分布模拟

4.2 超声场全息试验原理

4.3 超声室温场全息干涉研究

4.4 本章小结

第5章 超声电弧等离子体二次曝光全息干涉研究

5.1 温度场诊断全息试验原理

5.2 超声电弧等离子体全息干涉研究

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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