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等离子体高功率CO_2激光焊中坡口对光致等离子体影响规律和机理探析站

收藏本文 2024-03-26 点赞:9297 浏览:27447 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:CO_2高功率激光焊接历程中,由于光致等离子体的有着对焊接历程监测及焊缝质量造成了重大影响,由此等离子体一直是国内外的探讨热点。而且随着经济及工业的进展,制造业对厚板焊接质量的要求越来越高。但是焊接厚板时,坡口中的等离子体与平板堆焊时有着显著差别。由此本论文通过试验及数值模拟的手段对坡口对等离子体的影响进行探讨,以期进一步了解其影响机制并提升焊接生产效率。本论文利用高速摄影仪及光谱仪搭建了一套开坡口时,CO_2激光高功率焊接中等离子体特点的采集及浅析系统。可实时采集焊接历程中等离子体图像信息,利用数字图像处理技术对图像进行去噪及均衡化预处理,对等离子体轮廓进行边缘提取。并且,为去除坡口中侧壁及熔池对等离子体图像造成的干扰,本论文提出了改善的主动轮廓模型Snake算法,提升了等离子体边缘提取的准确性和可靠性。此外,本系统可通过采集等离子体的光谱信息来计算等离子体温度。通过提取等离子体的形状特点、灰度均值、及角度特点等参数,本论文探讨了坡口有无、气体流量、坡口深度及宽度对等离子体形态及动态特点的影响。试验结果表明坡口对等离子体的拘束作用:坡口中等离子体的高度略有增加,半高宽略有减小,根部宽度具有较好的一致性;核心层倾角反映了金属蒸汽以匙孔喷出的角度,而内层倾角则受侧吹气体的影响更多些。气体流量增加时,坡口中等离子体也呈现缩小、变暗的走势,但更具稳定性;坡口尺寸转变时,对等离子体的影响也随之变化。在本论文试验条件下,坡口宽度增大时,等离子体尺寸特点参数有所增大;坡口深度增大时,对等离子体的拘束越强。基于计算流体动力学,本论文建立了坡口中光致等离子体的三维数值模型。模拟结果显示,坡口中等离子体半高宽、高度及温度变化走势与试验结果一致;等离子体的温度场、浓度场及速度分布显示坡口侧壁对等离子体的扩散有着拘束作用。随着气体流量增加,等离子体部分被吹走,各尺寸参数均有不同程度的减小,最高温也逐渐降低,验证了侧吹气体对等离子体的抑制作用。关键词:高功率论文CO_2激光论文光致等离子体论文坡口论文特点参数论文三维模型论文

    摘要3-5

    ABSTRACT5-9

    第一章 绪论9-24

    1.1 引言9-10

    1.2 激光光致等离子体概述10-16

    1.2.1 等离子体的产生10-11

    1.2.2 等离子体对激光能量传输的影响11-12

    1.2.3 等离子体的制约策略12-16

    1.3 探讨近况16-23

    1.3.1 开坡口时等离子体探讨进展16-19

    1.3.2 等离子体的检测策略19-22

    1.3.3 激光等离子体的数值模拟探讨进展22-23

    1.4 本论文主要探讨内容23-24

    第二章 基于图像信息的高功率 CO2激光焊接光致等离子体检测24-41

    2.1 激光焊接试验平台24-27

    2.1.1 激光焊接系统24-25

    2.1.2 激光发生器聚焦特性25-27

    2.2 检测系统27-29

    2.2.1 图像高速采集系统27-28

    2.2.2 微型光谱仪28-29

    2.3 等离子体图像特点参数提取29-38

    2.3.1 图像预处理29-32

    2.3.2 轮廓提取改善32-38

    2.4 等离子体光谱特点提取38-40

    2.5 本章小结40-41

    第三章 坡口对等离子体影响的试验结果与浅析41-63

    3.1 光致等离子体特点参数设计41-45

    3.1.1 等离子体图像分割42-43

    3.1.2 形状尺寸特点参数选取43-44

    3.1.3 角度特点参数选取44-45

    3.2 坡口有无对光致等离子体的影响45-54

    3.2.1 比较试验45-47

    3.2.2 光致等离子体47

    3.2.3 形状尺寸参数浅析47-51

    3.2.4 角度参数浅析51-54

    3.3 气体流量对光致等离子体的影响54-57

    3.3.1 试验条件54-55

    3.3.2 光致等离子体55-56

    3.3.3 气体流量影响走势56-57

    3.4 坡口尺寸对等离子体的影响57-62

    3.4.1 坡口宽度的影响57-59

    3.4.2 坡口深度的影响59-62

    3.5 本章小结62-63

    第四章 坡口中等离子体三维模型的建立与浅析63-83

    4.1 基本检测设与制约方程63-64

    4.1.1 模型基本检测设63

    4.1.2 制约方程63-64

    4.2 材料特性的计算64-69

    4.2.1 等离子体的成分64-67

    4.2.2 等离子体的热物理性质及输运性质67-69

    4.3 坡口中光致等离子体三维模型的实现69-72

    4.3.1 激光能量源模型69

    4.3.2 等离子体对激光的吸收及辐射69-71

    4.3.3 计算域及边界条件71-72

    4.4 计算结果与讨论72-82

    4.4.1 坡口对光致等离子体的影响72-76

    4.4.2 气体流量对光致等离子体的影响76-82

    4.5 本章小结82-83

    第五章 结论83-85

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