交流TIG電弧的過(guò)零現(xiàn)象及其特征.pdf

1、以往焊接電弧熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)觀測(cè)與研究的對(duì)象大多是直流穩(wěn)態(tài)TIG電弧，并在局部熱力學(xué)平衡條件(IXE)的前提下，應(yīng)用經(jīng)典熱力學(xué)狀態(tài)方程，觀測(cè)焊接電弧的發(fā)射光譜并求解電弧等離子體的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)，但是對(duì)于各類(lèi)交流動(dòng)態(tài)電弧，如方波交流、梯形波交流以及工頻正弦交流等動(dòng)態(tài)電弧，其觀測(cè)方法和熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)診斷方面的研究都相當(dāng)缺乏。 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)交流動(dòng)態(tài)電弧的觀測(cè)，研究其熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)變化的時(shí)間特征，本文基于增強(qiáng)型CCD光譜儀，設(shè)計(jì)了相關(guān)接口控

2、制電路和弧光采集裝置，建立了一套新型的交流動(dòng)態(tài)電弧發(fā)射光譜的觀測(cè)系統(tǒng)，并提出了可以精確控制交流電弧光譜信息采樣時(shí)刻的統(tǒng)計(jì)平均方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類(lèi)交流電弧動(dòng)態(tài)過(guò)程(特別是其過(guò)零過(guò)程)的連續(xù)診斷。 本文研究中發(fā)現(xiàn)，交流電弧與直流電弧譜線的特征參數(shù)(如譜線的展寬量和中心波長(zhǎng)的位移量)以及熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)具有顯著區(qū)別。一般情況下，交流電弧難以滿足局部熱力學(xué)平衡(LTE)條件。根據(jù)Griem譜線展寬和位移理論，通過(guò)觀測(cè)鋁合金交流TIG電弧氬特

3、征譜線中心波長(zhǎng)的位移效應(yīng)和氫特征譜線輪廓的展寬效應(yīng)，成功地診斷了交流電弧中的原子激發(fā)溫度、電子數(shù)密度等熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)及其時(shí)間變化特征，并從電弧物理的角度對(duì)其進(jìn)行了分析和論述。 在研究交流電弧的過(guò)零現(xiàn)象中，發(fā)現(xiàn)電弧的原子激發(fā)溫度、電子數(shù)密度的變化滯后于電流的極性變換，通過(guò)觀測(cè)不同交流電弧的過(guò)零現(xiàn)象，證實(shí)了該滯后量與交流電弧電流過(guò)零的速率有關(guān)，當(dāng)電流過(guò)零速率越大，電子數(shù)密度的滯后量也越大，說(shuō)明了動(dòng)態(tài)電弧的微觀熱物理過(guò)程會(huì)滯后于電弧宏

4、觀電參數(shù)的變化；研究還發(fā)現(xiàn)，在交流電弧過(guò)零過(guò)程中，電極空間仍然能夠保持著足夠高的熱力學(xué)溫度和電子數(shù)密度，具有電弧放電的電離條件，這對(duì)于認(rèn)識(shí)交流電弧近零和過(guò)零過(guò)程的連續(xù)性具有重要的意義。 本文在工程應(yīng)用意義上，從電弧等離子體電子數(shù)密度的角度探討了交流電弧連續(xù)燃燒的必要條件，證實(shí)了在不加穩(wěn)弧脈沖的情況下，只要交流電弧過(guò)零時(shí)具有足夠的電流過(guò)零速率和電子數(shù)密度就能保證交流電弧工作的連續(xù)性：從交流電弧過(guò)零過(guò)程的熱力學(xué)狀態(tài)特征變化的角度，探