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国家自然科学基金(51175374): 作品数：38 被引量：145H指数：6; 相关作者：杨立军李桓高莹刘桐韦辉亮更多>>; 相关机构：天津大学天津职业技术师范大学哈尔滨工业大学更多>>; 发文基金：国家自然科学基金天津市应用基础与前沿技术研究计划天津市自然科学基金更多>>; 相关领域：金属学及工艺理学动力工程及工程热物理机械工程更多>>

激光等离子体无源电探针探测及光谱诊断的比较分析被引量：4: 2014年; 提出一种利用无源电探针探测激光焊接光致等离子体的方法。采用光电同步采集系统对激光焊接光致等离子体进行研究,利用无源电探针和光纤式光谱仪探测光致等离子体,利用等离子鞘层理论分析电信号,并运用相对光强法计算出光致等离子体的电子温度,比较同步光电信号分析结果。将不涂覆表面物质以及表面分别涂覆KF和TiO2三种情况下的计算结果进行对比,对影响结果准确性的因素进行分析。研究结果表明通过无源探针法计算等离子体温度与光谱信号计算结果基本吻合,准确度受等离子体离子质量的影响。无源电探针法能够反映激光焊接光致等离子体内温度变化,具有较好的实时性,可以作为激光等离子体监测手段。; 刘桐杨立军王立君王浪平; 关键词：光谱诊断光致等离子体电子温度

铝合金激光-短路过渡熔化极惰性气体保护焊复合焊焊缝成形改善被引量：6: 2014年; 铝合金短路过渡熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊缝成形较差、熔深浅。利用高速摄像与电信号同步采集系统,研究了铝合金MIG焊短路过渡时的熔滴过渡特性,解释了铝合金采用短路过渡焊接时焊缝成形差的原因。采用激光与电弧旁轴复合焊接形式,发现激光的加入改变了铝合金短路过渡的熔滴特性,当激光功率在某一临界值以下时,熔滴过渡稳定,焊缝成形得到显著改善;当激光功率超过临界值时,熔滴过渡不稳定,焊缝成形改善效果不明显。对比传统MIG和激光-MIG焊在采用短路过渡焊接铝合金时的焊缝宏观形貌,激光的加入使熔滴铺展良好,余高降低,熔深增加。研究表明,激光的加入,将工程上焊接铝合金时不常应用的短路过渡MIG焊接形式变得有实际应用价值。; 蔡笑宇李桓杨立军高莹; 关键词：短路过渡铝合金焊缝成形

药芯焊丝TIG焊电弧特性的光谱分析被引量：3: 2017年; 利用光谱诊断方法结合高速摄像研究所提出的药芯焊丝的填丝TIG焊接新工艺的电弧特性,借助高速摄像研究药芯焊丝TIG焊的熔滴过渡方式;通过对焊接电弧进行光谱采集点扫描,对采集的谱线进行元素标定,以药粉中活性元素K和Na作为追踪目标,统计得到电弧中药粉成分的分布范围;并利用Boltzmann图法计算TIG焊电弧的温度场分布,分析了熔滴过渡方式对电弧温度场分布的影响。研究结果表明,通过调整丝极间距,得到药芯焊丝TIG焊的三种典型的熔滴过渡方式:滴状过渡(2mm)、渣柱过渡(5mm)和搭桥过渡(7mm)。药粉中的活性元素K和Na等集中分布在熔池上方的电弧空间,且其分布受丝极间距的影响,丝极间距越小其分布越靠近钨极,容易造成对钨极的污染。不填丝TIG焊的电弧温度分布呈钟罩形,等温线关于钨极轴线近似对称分布;与不填丝TIG焊相比,药芯焊丝TIG焊的电弧温度场受熔滴过渡的影响发生了不同程度的扭曲,滴状过渡的电弧温度场扭曲严重,焊接过程中飞溅较大;相比于滴状过渡,渣柱过渡和搭桥过渡的电弧温度场扭曲程度较小且焊接过程稳定,适合该TIG焊方法的使用。; 刘莹杨立军何天玺翟勇磊刘桐; 关键词：药芯焊丝 TIG焊电弧特性光谱诊断

YAG激光+脉冲双电弧复合焊接等离子体物理特性研究被引量：1: 2019年; 探究焊接热源等离子体物理特征有助于其工艺优化。在YAG激光+脉冲双GMAW复合焊接过程中,激光束与两个电弧共同作用于同一熔池中,3个热源之间的相互作用导致复合等离子体状态存在很大的随机性,难以精确测量复合后的等离子体的物理状态。基于光谱分析方法,结合高速摄像技术,对激光复合前后等离子体光谱辐射强度、电子温度、电子密度等物理特征进行研究。结果表明:与脉冲双GMAW焊接相比,YAG激光+脉冲双GMAW复合焊接的光谱辐射强度明显增强,但是没有新的谱线生成;两个电弧的弧根部位受激光的“吸引牵制”作用靠近激光作用点,金属粒子受到强烈的热作用而大量电离并聚集在工件表面和激光束附近,该局部区域的电子温度、电子密度升高,为电弧提供了一个额外的电离通道,电弧因此更为稳定。; 刘宇晨顾小燕李桓郑凯; 关键词：等离子体光谱电子温度电子密度

保护条件变化的激光焊接等离子体光谱分析被引量：6: 2016年; 保护气体在激光焊接过程中起重要的作用,保护条件的改变对焊接质量会有显著地影响。研究Nd∶YAG激光焊过程中保护条件的变化对激光等离子体的电子温度和电子密度等特征参数的影响,通过设计分步减小保护气流量的激光焊试验进行规律性研究,通过模拟实际可能发生的保护不良的激光焊试验进行验证性研究。在试验研究过程中,利用光谱仪采集激光焊接过程中产生的光致等离子体的光谱信息,通过相对光强法计算不同保护条件下等离子体的电子温度,通过斯塔克展宽机制计算不同保护条件下等离子体的电子密度。研究结果表明,保护条件的改变对Nd∶YAG激光焊接过程中产生的光致等离子体的电子温度和电子密度有重要影响,随着保护条件的变化,光致等离子体的电子温度和电子密度的平均值会发生变化,其波动幅度也会发生变化。在保护良好的条件下,等离子体的电子温度和电子密度均较小,且波动幅度也较小;在保护不良的条件下,等离子体的电子温度和电子密度都比较大,且波动幅度也比较大,这种变化的特征有助于对激光焊接过程进行质量监控。; 杜笑杨立军刘桐焦娇王会超; 关键词：激光焊激光等离子体光谱诊断电子温度电子密度

双丝脉冲MIG焊接电弧光谱诊断及热源耦合机理分析: 2015年; 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。; 刘永强李桓杨立军郑凯高莹; 关键词：电弧等离子体电子温度

GMAW熔滴过渡行为数值分析及试验验证被引量：5: 2017年; 基于FLUENT软件,考虑热分析,选用VOF模型,针对纯氩气保护直流熔化极气体保护焊(GMAW)熔滴过渡行为进行数值模拟,分析熔滴过渡不同时刻对应电弧温度、电势、热通量等物理量的变化规律.结果表明,电弧最高温度呈现周期性变化趋势;电势分布随着熔滴行为变化而变化,而在熔滴脱落之后,电流不再流经脱落熔滴.热通量最大值出现在中心部位,沿径向距离减小.为验证模拟结果准确性,开展焊接试验,利用Lab VIEW信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形,借助高速摄像设备拍摄实时电弧形态和熔滴过渡过程,从而有效、定量验证模拟结果准确性.比较结果表明模拟结果同试验结果二者吻合良好,文中熔滴过渡数学模型是合理的.; 丁雪萍李桓; 关键词：熔化极气体保护焊熔滴过渡

Simulation of Metal Transfer in GMAW Based on FLUENT: 2013年; A new numerical approach is presented, which is used to simulate the dynamic process of metal transfer. The process of metal transfer in gas metal arc welding is simulated based on FLUENT. A two-dimensional axisymmetric numerical model is developed using volume of fluid method and the distributions of physical quantities including pressure, current density, electric potential in the droplet are investigated. For improving the veracity of the simulated results and decreasing the effect of the uncertain surface tension coefficient on the simulated results, the relationship between the welding current and surface tension coefficient is modified by analysis of regression. Meanwhile for testing the accuracy of simulated results, the welding experiments are performed and the high-speed photography system is used to record the real process of metal transfer. The results show that the simulated results are in reasonably good agreement with the experimental ones.; Xueping DINGHuan LILijun YANGYing GAO; 关键词：TRANSFER FLUENT SIMULATION HIGH-SPEED PHOTOGRAPHY

激光—双丝复合焊接电弧等离子体温度计算及耦合机理分析被引量：5: 2013年; 采用光纤式光谱仪,对激光—双丝脉冲MIG复合焊接电弧等离子体辐射规律进行探讨,结合焊接过程中的高速摄像图片探讨激光与电弧的耦合机理,并运用Boltzmann图法计算出电弧等离子体的电子温度。结果表明,加入激光后,电弧的亮度提高,辐射增强,电弧偏向激光作用位置,同时电弧收紧,电弧截面减小,电弧稳定性增强;激光功率、焊接电流和焊丝间距对电弧等离子体温度有比较大的影响,随着激光功率的增加、焊接电流增大和焊丝间距的减小,电弧等离子体电子温度升高。; 郑凯李桓杨立军顾小燕高莹; 关键词：电弧形态电弧等离子体电子温度

氩等离子体真空紫外光辐射属性的计算被引量：1: 2018年; 基于局部热力学平衡和等温球体假设,考察了氩等离子体的连续谱辐射(复合辐射和轫致辐射)和线谱辐射,计算了不同球体半径R_p条件下氩等离子体在0.1 MPa、5000~25000K条件下的全谱、真空紫外光谱和非真空紫外光谱的净辐射系数;着重分析了真空紫外光在全谱中的占比以及各种辐射机制对真空紫外光的作用。结果表明:当R_p=0mm时(不考虑自吸收),真空紫外光在全谱中的占比大于94.8%,线谱是其主要的辐射机制;当R_p增大至1mm时,真空紫外光强烈的自吸收使其占比有所减小,但在高于17000K时仍然大于80%,同时连续谱在真空紫外光中的作用变得重要;所得计算结果与其他研究者的计算结果和实验结果均吻合良好。; 王飞李桓李桓Teulet Philippe; 关键词：物理光学等离子体光谱真空紫外光氩

国家自然科学基金(51175374)

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