第32卷第8期 2011年8月
焊接学报
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引弧过程的物理特征
石里男，宋永伦，肖天骄，冉国伟（北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100124）
摘要：利用光谱诊断系统对TIC焊接触引弧阶段进行了观测。发现了该过程中存在着贡献电子的主体电离元素的变换现象，在引弧初始阶段，金属元素是电子的主要贡献者，而后则以保护气体元素激发提供电子为主，文中应用Ha谱线的Stark展宽计算了引弧阶段的电子密度，并通过对引弧过程这一可重复弛豫现象的讨论，分析了该过程的统计规律性，文中同时进行了激光辅助引弧和MIG焊引弧的对比试验，观察到引弧过程中亦存在着类似前述的规律，结果表明，焊接引弧的这一物理特征具有认识上的普追适用性
关键调：钨极氢弧焊引弧；光谱诊断；电子密度：激光辅助引弧；熔化极氢弧焊引弧中图分类号：TG115.28文献标识码：A文章编号：0253-360X(2011)08-0029-04
0序言
焊接电弧物理的研究是焊接基础理论研究中的重要组成部分，历来受到焊接工作者的重视，引弧过程作为电弧放电的起始阶段，将直接影响到后续焊接过程能否顺利进行1]，为了改善引弧过程，以往在设备与工艺方面做过许多的努力和改进[2]，但由于电弧具有高温、强辐射等特点，且其放电过程十分复杂，对于电弧引弧过程的机理仍未得到深入的认识，已有针对TIG焊引弧过程的研究大多借助于高速摄像等手段对过程中的电弧形态进行观测，较少涉及到电信号的变化分析与等离子体状态参数的描述
为此利用电信号采集与光谱诊断的方法对TIG
煤接触引弧阶段进行观测，发现了该阶段存在差面献电子的主体元素由金属元素向气体元素变换的特点，并采用Stark展宽效应对引弧过程电子密度的变化进行了定量研究，进而通过与激光辅助引弧和铝合金MIG焊引弧的对比和分析，进一步得到了有关焊接引弧过程规律性的认识，通过对焊接引弧弛豫现象的时序统计分析，概括了TIC焊引弧过程的三个连续特征阶段.研究有助于进一步深入理解焊接电弧产生的机理，同时也为探索新的引弧方法提供
了必要的理论基础收稿日期：2010-07-12
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50375005）万方数据
Vol.32 August
石里男
1TIG焊引弧过程的观测 1.1引弧过程试验条件
No.8 2011
TIC焊引弧过程采用直流正接的方式．光谱观测的试验系统主要由焊接电源（Miller-Aerowave 300）、透镜光学装置、ACTON公司的SpectrPro2750i 型光谱仪（配备PI-MAX增强型CCD摄像机、ST-133光谱探测控制器）、可延时触发装置、系统工作过程监测装置（Tektronix-TDS-3000B示波器）以及数据处理系统等部分构成，光谱诊断系统示意图可参考文献3]．其它试验条件如下：焊接电流为直流100A；铺钨极直径2.9mm，角度60；阳极采用 2mm厚铝板；焊接弧长3mm；保护气体氩气流量 10L/min引弧方式采取接触引弧，即将钨极轻触
工件后，自动提起至预置高度， 1.2引弧过程电信号特征
为了明确引弧过程的起始和结束时刻，以便做到电信号和光谱仪拍摄信号的同步，试验测得了接触引弧过程电压、电流特征波形如图1所示，图1 中，定义EF段为引弧开始时刻H为结束时刻.引弧过程约持续70ms.对于电压信号：AB段为空载电压阶段，电压约为17V；CD段为短路接触阶段； EF段为钨极提离工件阶段，出现尖峰G后，至H趋于稳定，对于电流信号：段为短路阶段，电流为0： KL段为短路接触阶段，电流约为20A：随后电流迅速增大至焊接电流，且在M处出现尖峰，而后稳定于设定的100A.