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相似文献
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1.
超声复合电弧声调控特性研究   总被引:3,自引:2,他引:1       下载免费PDF全文
谢伟峰  范成磊  杨春利  林三宝  张玉岐 《物理学报》2015,64(9):95201-095201
超声复合电弧作为一种新的焊接热源, 在电弧焊接过程中可利用超声实现对熔融金属的深度处理, 但是超声与电弧等离子体间相互作用机理还不清晰, 这成为阻碍该技术工程应用的关键问题. 本文通过实验与相应理论针对外加超声场对焊接电弧调控特性进行了研究. 为说明电弧特性, 针对试验中高速摄像采集的电弧图片进行了处理. 对比未加超声情况, 超声复合电弧受内外声场共同作用等离子体拘束程度明显提高, 电弧亮度增强, 弧柱高温区范围扩展至阳极, 中间粒子出现团聚并以一定频率上下抖动. 通过改变超声激励电流大小和声发射端高度, 电弧结构产生显著变化, 在谐振点附近, 电弧挺直度最强, 脉动频率最大. 试验结果显示通过外加超声可以达到对焊接电弧热等离子体调控的目的. 最后结合波动方程和二维声边界元模型, 分析了电弧内部声传播过程以及声场结构对等离子体粒子的作用规律, 这为进一步理解超声对电弧的调控机理打下良好基础.  相似文献   

2.
液体中光击穿所激发声场的理论研究   总被引:1,自引:1,他引:0  
高立民  曹辉 《光子学报》2011,(10):1586-1589
以液体中光击穿所激发声场为研究对象,在等离子体椭球模型的基础上,为方便理论计算,简化等离子体椭球模型,提出了等离子体椭圆盘模型,对光击穿所激发声场进行了理论研究.得到了等离子体椭圆盘辐射声场的声压规律,并利用椭圆坐标变换,依据马修函数特性和模态的正交性,求得了等离子体椭圆盘振动位移的解析表达式.  相似文献   

3.
高立民  曹辉 《光子学报》2014,40(10):1586-1589
以液体中光击穿所激发声场为研究对象,在等离子体椭球模型的基础上,为方便理论计算,简化等离子体椭球模型,提出了等离子体椭圆盘模型,对光击穿所激发声场进行了理论研究.得到了等离子体椭圆盘辐射声场的声压规律,并利用椭圆坐标变换,依据马修函数特性和模态的正交性,求得了等离子体椭圆盘振动位移的解析表达式.  相似文献   

4.
利用自行设计的快速移动静电探针对大气压下以氩气为工质的大尺度磁分散电弧等离子体进行诊断,分析了探针电压与电流的波形,绘制探针伏安特征曲线(U-I曲线),得到了发生器轴线方向等离子体波动特性以及电子温度沿轴线的变化趋势.发现等离子体发生器中心具有回流区,得到了电弧等离子体的大致体积.  相似文献   

5.
脉冲电弧等离子体激励器具有局部加热效应强、扰动范围广等特点,在超声速流动控制中具有广阔的应用前景.本文运用电参数测量系统和高速纹影技术研究了脉冲电弧等离子体激励器在Ma=3来流条件下的电特性和流场特性;采用纳米粒子平面激光散射技术对超声速平板边界层的流动结构进行了精细测量,并对不同等离子体激励频率下的边界层转捩特性进行了研究.实验结果表明,脉冲电弧放电会产生速度较高的前驱冲击波和温度较高的热沉积区,给边界层施加连续不断的扰动.施加扰动的脉冲电弧等离子体激励能够促进超声速平板边界层转捩.并且脉冲放电的高频冲击效应可以促进转捩提前发生,且频率越高,效果越好,当施加激励频率为60 k Hz时,转捩区长度为0,湍流边界层厚度为25 mm.脉冲电弧等离子体激励器可以用来促进超声速边界层转捩.  相似文献   

6.
由于自保护药芯焊丝具有抗风性以及优异的焊缝性能,已广泛应用于野外管道焊接以及大型机械的修复过程。电极极性是影响焊接过程的重要工艺参数。为了研究电极极性对电弧等离子体的影响机理,设计电弧等离子体空域中各点逐步扫描的同步采集系统,通过光谱特征谱线的分析,采用Stark谱线轮廓法计算电子密度,并且基于Boltzmann作图法计算电弧等离子体的温度,同时针对Al和Mg活性元素的分布特征进行分析。结果表明,靠近电极处,沿y轴负方向,直流正接时(焊丝接电源负极性),弧柱中心区电弧电子密度、电弧温度和活性元素呈现“水滴状”分布。而直流反接时(焊丝接电源正极性),弧柱中心区电弧电子密度、电弧温度和活性元素的分布特征表现为“手指状”分布。根据“自磁收缩”的原理,直流正接条件下,活性元素在径向方向受到的电磁力较小,整体分布呈现发散状。直流反接条件下,活性元素在径向方向受到的电磁力较大,收缩较为严重,整体表现为收缩状态。采用相同的电参数时,直流反接条件下弧柱中心区的电弧电子密度、电弧温度均大于直流正接条件下得到的电子密度和电弧温度,其中电子密度分布特征和带电粒子的电离程度是影响电弧温度的主要因素。在相同的电极极性下,随着电流、电压的增大,电弧等离子体的温度和电子密度都在显著增大。  相似文献   

7.
光谱分析中广泛采用高频引燃低压交流电弧,利用高频引燃回路的高频电流耦合到电弧回路,击穿分析间隙。(1) 这也就是平常所说的高频电花引燃。金属电极在激发过程中,由于空气的氧化作用在电极表面复上一层导电性能极差的氧化膜,致使放电不能正常进行,放电点会游移至侧面。所以有人主张在激发前先将金属棒电极进行预氧化处理,以防止上述现象的出现。(2)光源的稳定性很大程度上决定于引燃的稳定性。为了保证激发平稳极易电离导通,在“电弧”工作状态、“低压火花”工作状态或“高频火花”状态,一般都在分析间隙间加装一只直针形的金属电离针,即电极活化针。在分析间隙之间加装一只引发电离针,系利用了电离针的尖端放电作用,增强局部的电场强度,并改变上下电极间的电场分布,使空气中的离子(宇宙线等引起的)在合成电场作  相似文献   

8.
液体中光击穿所激发声场的方向性研究   总被引:3,自引:1,他引:2  
从液体中光击穿所激发声场的柱体模型和靶盘模型出发,运用声学基础的理论原理,提出了等离子体椭球模型,对光击穿所激发声场的方向性进行了理论研究.通过MATLAB仿真得到此声场的方向特性图,进而分析和比较了能量不同、照射区域大小不同的激光束所激发声场的方向性.研究表明等离子体椭球模型更符合实验情况.  相似文献   

9.
在大学物理实验中,关于声的实验较少,比较常见的实验是利用超声波的波动特性来测量声速,而对次声声源以及声场分布情况的研究少见.我们设计的"分立推挽气流激励式"次声发生器可作次声声源及相关声场测量的实验,能让学生了解次声波的特点、调制式气流次声发生器的换能机理和基本的声场测量方法.使用MATLAB对所测数据进行分析和处理,运用COMSOL对声场进行数值仿真,能让学生了解声场的分布和声源的指向性.从而拓宽学生的知识面、提高学生的实验能力以及数据处理和分析能力.  相似文献   

10.
高立民  曹辉  郭建中 《光子学报》2014,39(8):1477-1480
从液体中光击穿所激发声场的柱体模型和靶盘模型出发,运用声学基础的理论原理,提出了等离子体椭球模型,对光击穿所激发声场的方向性进行了理论研究.通过MATLAB仿真得到此声场的方向特性图,进而分析和比较了能量不同、照射区域大小不同的激光束所激发声场的方向性.研究表明等离子体椭球模型更符合实验情况.  相似文献   

11.
To solve the difficulty of introducing traditional ultrasonic transducers to welding molten pool, high frequency current is used to modulate plasma arc and ultrasonic wave is excited successfully. The characteristics of the excited ultrasonic field are studied. The results show that the amplitude-frequency response of the ultrasonic emission is flat. The modulating current is the main factor influencing the ultrasonic power and the sound pressure depends on the variation of arc plasma stream force. Experimental study of the welding structure indicates grain refinement by the ultrasonic emission of the modulated arc and the test results showed there should be an energy region for the arc ultrasonic to get best welding joints.  相似文献   

12.
As a newly developed arc welding method, power ultrasound has been successfully introduced into arc and weld pool during ultrasonic wave-assisted arc welding process. The advanced process for molten metals can be realized by utilizing additional ultrasonic field. Under the action of the acoustic wave, the plasma arc as weld heat source is regulated and its characteristics make an obvious change. Compared with the conventional arc, the ultrasonic wave-assisted arc plasma is bound significantly and becomes brighter. To reveal the dependence of the acoustic binding force on acoustic field parameters, a two-dimensional acoustic field model for ultrasonic wave-assisted arc welding device is established. The influences of the radiator height, the central pore radius, the radiator radius, and curvature radius or depth of concave radiator surface are discussed using the boundary element method. Then the authors analyze the resonant mode by this relationship curve between acoustic radiation power and radiator height. Furthermore, the best acoustic binding ability is obtained by optimizing the geometric parameters of acoustic radiator. In addition, three concave radiator surfaces including spherical cap surface, paraboloid of revolution, and rotating single curved surface are investigated systematically. Finally, both the calculation and experiment suggest that, to obtain the best acoustic binding ability, the ultrasonic wave-assisted arc welding setup should be operated under the first resonant mode using a radiator with a spherical cap surface, a small central pore, a large section radius and an appropriate curvature radius.  相似文献   

13.
焊接电弧等离子体的物理特性直接决定了焊接接头的成形形貌,分析双组分保护气体的脉冲钨极惰性气体保护焊(P-TIG)动态电弧物理特性,为深入开展混合气体保护焊的焊缝成形物理过程研究提供理论基础。氩-氮混合气体保护焊电弧具有高热特性可以增加熔深,但在焊接前混合均匀的保护气体,引弧后气体浓度会重新分布,使电弧等离子体物理特性的实时动态变化特点变得复杂。光谱诊断是电弧等离子体物理特性测量的最重要手段,但对双组分气体保护的P-TIG焊电弧特性的研究仍需深入进行,特别是对于易引起缺陷的起弧过程,其动态物理特性亟需深入分析。针对氩-氮混合气体P-TIG焊的引弧过程,以P-TIG焊产生的氩-氮双组分电弧等离子体为研究对象,提出利用窄带滤光片与CCD相结合的高速摄影实验系统采集双组分电弧等离子的动态光谱信息,获取特征谱Ar Ⅰ 794.8 nm和N Ⅰ 904.6 nm的P-TIG焊电弧光谱强度动态分布;提出利用双元素双组分标准温度法计算P-TIG焊引弧过程中距离钨极下方1,2,3和4 mm位置处电弧等离子体的动态温度及浓度,定量分析80%Ar+20%N2保护的P-TIG焊从引弧至电弧稳定过程的电弧等离子体物理特性实时分布。实验结果表明,80%Ar+20%N2保护的P-TIG焊电弧强度、电弧温度及浓度的变化均与脉冲电流的变化同步,焊接电流在3 ms内达到稳定状态,而电弧等离子体的强度、温度及浓度需要更长时间达到平衡状态。从起弧到电弧等离子稳定燃烧的过程中,基值期间和峰值期间的电弧等离子体强度均呈现先升高再降低的趋势;由于阴极的热传导及电流密度的变化,使得电弧等离子体轴向位置的峰值温度及基值温度均出现迅速升高再缓慢降低的现象;由于粒子间碰撞及摩擦力的影响,使得电弧等离子体的峰值及基值期间氩的浓度均呈迅速减小再缓慢增加的趋势,且氩的浓度均低于焊前浓度。  相似文献   

14.
直流纯氩层流等离子体射流的长度变化   总被引:9,自引:0,他引:9  
采用主要由阴极、阳极以及介于阴极和阳极之间的中间段组成的直流非转移式电弧等离子体发生器,在大气压条件下,比较系统地研究了纯氩层流等离子体射流的长度随着弧电流、气体流量以及发生器结构而变化的规律。结果表明:层流射流的长度随弧电流和工作气流量的增加而增长;层流向湍流流动转变的临界气流量值随弧电流增大而提高;在发生器的伏安特性呈大梯度变化的情况下,射流长度随弧电流的变化幅度增大。  相似文献   

15.
The plasma of an argon arc has been investigated by applying the partial LTE model (overpopulation of the ground state) and accounting for different kinetic temperatures of electrons and atoms. The plasma analysis is performed without making use of atomic constants (e.g. transition probabilities) from the literature. The experimental results show that LTE is obtained in the 4mm arc at atmospheric pressure for electron densities above 6×1016cm-3. Below this value, increasing under-population of the excited levels with decreasing arc current can be observed. This deviation from LTE may explain some not understood results from previously published spectroscopic observations of argon plasmas.  相似文献   

16.
采用二维轴对称双温度化学非平衡(2T-NCE)模型,模拟了带有水冷约束管的大气压直流电弧氩等离子体发生器.得出了不同工作参数下等离子体中电子温度、重粒子温度的变化关系,表明直流电弧等离子体有很强的非平衡特性,且变化规律十分明显.  相似文献   

17.
等离子体射流产生与特性的实验研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
本文报道热等离子体射流产生及射流特性的实验研究结果。采用同一个直流等离子体发生器,工作气体流量小时产生出层流等离子体长射流,射流长度随气体流量或弧电流的增加而明显增加;工作气体流量大时则产生出湍流等离子体短射流,此时射流长度几乎与工作气体流量或弧电流无关;在层流与湍流等离子体射流工况之间,存在一个流动状况不稳定的过渡区,此时等离子体射流的平均长度随气流量的加大而减小,但随弧电流的加大而明显加大。层流等离子体长射流有相当好的刚性。  相似文献   

18.
The paper presents a model of arc in a d.c. vortex plasma torch which allows to determine distributions of temperature and plasma electron density in conditions of reduced pressure. The model makes it possible to elucidate voltage-current characteristics of the arc at different pressures and its dynamic behaviour connected with the phenomenon of the electric arc root displacement. The experimental research also determined voltage-current characteristics for different flow rates and pressures. The fluctuations of the arc current and the arc voltage were measured. The corresponding wave shapes were analysed by Fast Fourier Transform. The frequency variations with flow rate, arc current and pressure were studied and discussed.  相似文献   

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