焊接等離子體輻射光譜理論及其工業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)

內(nèi)容概要

　　《焊接等離子體輻射光譜理論及其工業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)》詳細(xì)闡述了焊接過程中等離子體的特點(diǎn)，等離子體光譜診斷的基本理論和方法，不同焊接方法等離子體光譜的時(shí)域、頻域、空域分布特征，光譜測控技術(shù)在焊接質(zhì)量測控上的典型應(yīng)用方面的內(nèi)容。從光譜測控的理論基礎(chǔ)到應(yīng)用實(shí)例，形成了完整的體系?！　　逗附拥入x子體輻射光譜理論及其工業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)》可以作為從事焊接加工的科研、工程應(yīng)用等人員的技術(shù)用書，也可作為等離子體加工技術(shù)、先進(jìn)激光技術(shù)、材料制備過程中的等離子體技術(shù)等相關(guān)專業(yè)人員的參考用書，并可為企業(yè)工程技術(shù)人員從事相關(guān)應(yīng)用開發(fā)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)參考。

作者簡介

李志勇，博士，教授，博士生導(dǎo)師，山西省優(yōu)秀青年學(xué)術(shù)帶頭人：中北大學(xué)材料連接方向?qū)W術(shù)帶頭人，材料成型及控制工程專業(yè)負(fù)責(zé)人；中國焊接學(xué)會(huì)熔焊工藝及設(shè)備專業(yè)委員會(huì)委員，山西省焊接學(xué)會(huì)理事2004年獲得天津大學(xué)材料加工及其自動(dòng)化專業(yè)博士學(xué)位，2010年8月至2011年9月在美國Akron大學(xué)進(jìn)行訪問學(xué)者研究。主要從事焊接電弧物理以及焊接過程自動(dòng)化的研究主持和參與國家、省部級項(xiàng)目10余項(xiàng)發(fā)表專業(yè)論文50余篇，其中被SCI、El收錄40余篇，授權(quán)發(fā)明專利兩項(xiàng)，參編國家級“十一五”規(guī)劃教材兩部，主編部委規(guī)劃教材兩部，出版編著一部，通過山西省科研成果鑒定一項(xiàng)，獲得山西省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)一項(xiàng)。

書籍目錄

第1章 電弧等離子體基礎(chǔ) 1.1 等離子體的特點(diǎn)及分類[1，2] 1.1.1 等離子體的特點(diǎn) 1.1.2 等離子體的分類 1.2 電弧等離子體的產(chǎn)生[3—5] 1.2.1 氣體放電現(xiàn)象及分類 1.2.2 氣體粒子的運(yùn)動(dòng) 1.2.3 氣體的電離及電弧的產(chǎn)生 1.3 電弧等離子體的組成及特性[3～5] 1.3.1 陰極區(qū) 1.3.2 弧柱區(qū) 1.3.3 陽極區(qū) 1.3.4 電弧的伏安特性和最小電壓原理 1.4 電弧等離子體的其他物理現(xiàn)象[5，6] 1.4.1 電子發(fā)射 1.4.2 電弧中電子的運(yùn)動(dòng)和導(dǎo)電 1.4.3 電弧的溫度分布 第2章 電弧等離子體輻射及其光譜 2.1 電弧等離子體的輻射 2.1.1 輻射的基本概念[2] 2.1.2 等離子體輻射的傳遞[2，7，8] 2.2 等離子體的平衡性質(zhì)[2，9～11] 2.2.1 完全熱力學(xué)平衡（CTE） 2.2.2 局部（域）熱力學(xué)平衡（LTE） 2.2.3 雙溫等離子體 2.3 電弧等離子體的輻射光譜[2，7，15] 2.3.1 復(fù)合輻射（自由一束縛f—b躍遷） 2.3.2 韌致輻射（自由一自由f—f躍遷） 2.3.3 自發(fā)輻射（束縛一束縛b—b躍遷） 2.3.4 熱輻射 2.4 電弧輻射線譜和基本參數(shù) 2.4.1 關(guān)于譜線的基本描述 2.4.2 譜線的展寬 2.4.3 譜線參數(shù)的查找 2.4.4 譜線的物理計(jì)算和預(yù)測 第3章 等離子體輻射診斷方法及焊接電弧測控理論 3.1 等離子體的光譜診斷方法[2，18～20] 3.1.1 譜線絕對強(qiáng)度法 3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)溫度法 3.1.3 譜線相對強(qiáng)度法 3.1.4 玻爾茲曼圖法 3.1.5 譜線與連續(xù)譜間的相對強(qiáng)度法 3.1.6 譜線輪廓法（譜線展寬法） 3.1.7 吸收譜線法 3.1.8 譜線反轉(zhuǎn)法 3.2 等離子體空間狀態(tài)診斷的數(shù)學(xué)方法[22～25] 3.2.1 對稱等離子體的Abel逆變換原理 3.2.2 Abel逆變換的計(jì)算 3.2.3 非對稱等離子體的空間變換 3.3 其他等離子體診斷方法[26～28] 3.3.1 探針法 3.3.2 微波診斷 3.3.3 激光診斷 3.4 焊接電弧等離子體光譜測控的理論和方法[19，29，30] 3.4.1 電弧光譜測控的基本理論 3.4.2 電弧光譜信息的基本測控方法 3.4.3 電弧物理光譜診斷系統(tǒng)[30] 第4章 電弧光譜信息傳感的方法和手段 4.1 光譜儀的工作原理及組成 4.1.1 光纖和狹縫 4.1.2 光柵 4.1.3 探測器 4.2 光譜儀的選擇 4.2.1 波長范圍 4.2.2 光學(xué)分辨率 4.2.3 靈敏度 4.2.4 采集速度 4.3 光譜儀應(yīng)用中的問題 4.3.1 譜線標(biāo)定的問題 4.3.2 光譜測量時(shí)的精度和誤差 4.3.3 檢測距離、角度、位置的影響 4.3.4 輻射飽和與過弱的問題 4.3.5 噪聲等效功率和動(dòng)態(tài)范圍問題 4.4 輻射空域和同步時(shí)域信息的采集方法 4.4.1 輻射空域信息的采集方法 4.4.2 光譜時(shí)域信息采集及多信息同步時(shí)域采集方法 4.4.3 發(fā)射光譜層析法重建等離子體場[39，40] …… 第5章 鎢極惰性氣體保護(hù)焊電弧光譜及其典型應(yīng)用 第6章 熔化極氣體保護(hù)焊電弧光譜及其典型應(yīng)用 第7章 光譜在激光焊接及其復(fù)合焊接上的應(yīng)用 結(jié)束語 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   4.2.4 采集速度 采集速度也是光譜儀應(yīng)用中的一個(gè)重要參數(shù)，對于快速動(dòng)態(tài)變化的等離子體，我們往往需要了解其隨時(shí)間變化的光譜特征，這時(shí)光譜儀的采集速度就顯得很重要。光纖式數(shù)字光譜儀通過使用陣列探測器，不采用運(yùn)動(dòng)組件，可以高速獲取數(shù)據(jù)。對于采集速度，目前在光纖式數(shù)字光譜儀中，主要取決于兩個(gè)時(shí)間，一個(gè)是信號的積分采集時(shí)間，一個(gè)是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸時(shí)間。信號的積分采集時(shí)間決定于探測器本身的性能和響應(yīng)速度，由于探測器具有自然積分的特性，因此具有非常大的動(dòng)態(tài)范圍，它只受暗電流和A／D轉(zhuǎn)換卡數(shù)據(jù)處理速度的限制，它的速度決定了光譜儀采集速度能夠達(dá)到的極限速度。目前，對于光纖式數(shù)字光譜儀而言，最小的采集積分時(shí)間可以達(dá)到1ms或更小，隨著傳感器的響應(yīng)速度提高，這個(gè)時(shí)間會(huì)進(jìn)一步減小。而數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸時(shí)間，往往相對較長，成為現(xiàn)實(shí)使用中影響光譜儀采集速度的主要原因。對于探測器陣列，在每個(gè)采樣時(shí)間的結(jié)尾，都會(huì)將所有像素光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷同時(shí)傳送到緩沖器中，然后經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換變成相應(yīng)像素對應(yīng)的counts計(jì)數(shù)值。如果只需要傳輸較少的像素，可以通過選擇傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中的像素范圍來大大縮短數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，這個(gè)傳輸時(shí)間可以通過軟硬件方案進(jìn)行優(yōu)化。采集速度對于測試動(dòng)態(tài)變化焊接電弧的瞬時(shí)特征具有重要意義，是光譜儀選擇的重要指標(biāo)之一。 當(dāng)然，除了上述因素之外，價(jià)格也是選擇光譜儀的一個(gè)因素之一，要結(jié)合自己感興趣的研究譜段范圍、精度要求、采集速度要求、輻射源的特性等，綜合進(jìn)行選擇，放棄不是十分重要的指標(biāo)，匹配適合研究需要的光譜儀。例如，可以減小譜段范圍，在不增加價(jià)格的情況下，得到較高分辨率和精度的光譜儀。也可采用多通道匹配，滿足更高使用要求。 4.3 光譜儀應(yīng)用中的問題 經(jīng)過選擇配置后的光譜儀，在使用過程中，還有一些需要注意的具體問題。如光譜儀的標(biāo)定、檢測的精度和誤差控制、具體的檢測方式等。 4.3.1 譜線標(biāo)定的問題 對于光譜儀的標(biāo)定主要包括兩個(gè)方面，即譜線位置的標(biāo)定和譜線強(qiáng)度的標(biāo)定。如果光譜儀系統(tǒng)是自己開發(fā)的，那么實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)定就非常必要。如果是已經(jīng)過廠家標(biāo)定的光譜儀，在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件也往往需要進(jìn)行再次標(biāo)定。 譜線位置的標(biāo)定是最基本的標(biāo)定工作，也就是要采用標(biāo)準(zhǔn)光源，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)光源產(chǎn)生特定線譜的波長位置，來確定輻射譜線在頻域上的可靠性。由光譜儀的工作原理可知，光譜儀實(shí)際上是將輻射源產(chǎn)生的光進(jìn)行色散，經(jīng)色散后的光采用相應(yīng)的傳感器進(jìn)行傳感。在這個(gè)過程中，色散的空間位置就非常重要，必須準(zhǔn)確地標(biāo)定。對于標(biāo)準(zhǔn)的光纖式數(shù)字光譜儀，尤其是固定式光譜儀而言，一般出廠時(shí)都要予以標(biāo)定，并隨設(shè)備附有標(biāo)定資料，如果不是移動(dòng)或改變了光譜儀中原件的固定位置，不會(huì)產(chǎn)生大的問題。使用過程中，如果不是特別的要求，不需要進(jìn)行標(biāo)定。但如果有特殊要求，在系列試驗(yàn)開始前，也可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定，防止使用環(huán)境因素對設(shè)備帶來的飄移和誤差，標(biāo)定結(jié)果用于對實(shí)驗(yàn)光譜數(shù)據(jù)的修訂。對于多通道的光譜儀，在不同通道可能會(huì)存在小的誤差，此時(shí)也需要進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果要保證光譜儀譜線檢測精度在最小精度允許范圍之內(nèi)。

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