第32卷：第9期 2012年9月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 32, No. 9 , pp23272330
September, 2012
基于标准温度法的脉冲TIG焊电弧温度场计算与分析
芳1,2
肖笑1,2，华学明1,2*，吴毅雄1,2，李
1.上海交通大学材料科学与工程学院焊接工程技术研究所，上海200240 2.上海市激光制造与材料改性重点实验室，上海200240
电义。论文基于光谱学理论计算了氢元素的粒子数密度与温度之间的关系曲线，计算了794.8nm氩原子谱线的发射系数与温度之间的关系曲线，利用高速摄影获得了794.8nm特征谱的电弧图像，根据Abel变换和标
准温度法计算了脉冲TIG焊峰值时刻和基值时刻的电弧温度场分布。关键调脉冲TIG焊；电弧温度场；标准温度法
中图分类号：TG403
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2012)o92327-04
用标准温度法测量并计算了脉冲TIG焊基值时刻和峰值时刻的电弧强度和温度分布。
脉冲TIG焊对焊件热输入少，电弧能量集中且挺度高，焊接试件变形小，有利于薄板、超薄板焊接；不仅可以精确地控制热输人和熔池尺寸，而且可以得到均勾的熔深，适合于单面焊双面成形和全位置焊接，因此广泛应用于工业中。焊接电弧属于低温热等离子体，电弧温度是描述电弧等离子体物理特性的最重要参数之一，准确测量电弧温度对分析焊接过程有重要意义，电弧温度的测量方法主要有郎缪尔探针法[1]、激光散射法[2]以及光谱法[3-13]等。光谱法由于信息量大，测量方便而得到广泛应用。许多学者利用光谱法测量了 TIG焊电弧等离子体的温度，由于测量参数存在差别，测量的结果很难进行比较。但是，Thornton认为1用标准温度法测量等离子体所得到的结果有很好的一致性。
Farmer等[3-6.10-13]利用标准温度法对TIG焊氢气保护的电弧等离子体进行了测量。Hadad等[3.4.6,10.11采用696.5 nm的氢原子谱线进行测量，Thornton[12]对多条谱线进行测量，计算电弧等离子体的温度，并分析了不同谱线的优缺点。Hiraoka[5]，Vilarinhof18]对 696.5 nm和 480.7 nm的谱线进行了测量。
国内学者也用标准温度法测量TIG焊电弧等离子体温度，Ma等[7-9选用了794.8nm的氢原子谱线。但是，利用标准温度法测量脉冲TIG电弧的温度却很少，只有三位学者[9.]分析了脉冲TIG焊的电弧温度变化特点。本工作利
收稿日期：2012-04-01，修订日期：2012-07-06
基金项目：国家自然科学基金重点项目(51035004)资助
计算原理与方法 1
1.1基于标准温度法的电弧温度场计算原理概述
（1）用实验系统拍摄电弧图像，获得电弧图像的强度分布。由于电弧自身的不稳定性、CMOS图像传感器本身的噪声以及周围环境的影响导致电弧图像存在噪声，因此需要对电弧图像的原始强度去除噪声。（2）对电弧图像进行对称化，用Bockasten三次多项式插值方法进行Abel变换，将强度值转换为发射系数值。（3）结合标准温度法计算出电弧的温度场。标准温度法的计算原理如图1所示。
电强压像采集
5
原始像素图
标准温度法计算电温度分布
均值滤液
发射系数归一化
强度对称化
！ Abel 更换
Fig, 1Principle of Fowler-Milne method
1.2等离子体粒子数密度的计算方法
根据Saha方程可以计算出不同温度下电弧中的各种粒子数密度。对于保护气体为纯Ar的TIG电弧等离子体，考
作者简介：肖笑，1985年生，上海交通大学材料科学与工程学院博土研究生
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