华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室, 江西 南昌 330013
水下湿法焊接技术近年来得到了越来越广泛的应用, 提高水下湿法焊接的焊接质量是很多研究的重点。 水下湿法焊接电弧等离子体组分直接影响焊接稳定性和焊接质量, 但对水下湿法焊接电弧等离子体组分的相关研究一直很少, 更缺乏从光谱层面对水下湿法焊接电弧等离子体组分进行诊断研究。 首先通过对水下湿法焊接的过程进行研究, 搭建了水下湿法焊接实验平台, 通过电弧光谱诊断系统, 对得到的电弧光谱进行诊断分析, 确定了计算电弧等离子体组分所考虑的主要元素。 在光谱诊断结果的基础上, 进一步对水下湿法焊接电弧气泡成分的解离和电离过程进行分析, 确定了计算水下湿法焊接电弧等离子体组分所需考虑的18种粒子, 在计算得出配分函数的基础上, 通过牛顿迭代法求解由Saha方程、 电荷准中性和方程原子守恒方程组成的方程组, 得出了各个粒子的数密度, 绘制了各个粒子的数密度随温度变化的曲线。 计算结果表明, 在不同温度区间, 水下湿法焊接电弧等离子体中发生的反应不同, 生成的主要粒子不同, 在温度较低时, 水下湿法焊接电弧等离子体主要是由没有电离的分子、 原子及电离能较低的低价态离子组成, 随着温度的升高, 解离反应和电离反应持续进行, 高价态的离子不断被电离出来; 不同粒子随温度变化的趋势也不同, 有的粒子数密度随温度持续升高, 有的不断降低; 计算的结果显示各粒子在不同温度区间变化的趋势与光谱诊断结果相符合, 验证了计算结果的正确性。 等离子体组分的确定为从机理层面对水下湿法的电弧进行研究奠定了基础, 也为进一步对水下湿法焊接电弧热力学属性及辐射属性等参数的研究提供了理论依据。
水下湿法焊接 电弧光谱 Saha方程 等离子体组分 数密度 Underwater wet welding Arc spectroscopy Saha equation Plasma composition Number density 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2098
1 国防科学技术大学航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科学技术大学指挥军官基础教育学院, 湖南 长沙 410073
脉冲等离子体推力器(pulsed plasma thruster, PPT)具有体积小、 重量轻、 比冲高等优点, 特别适合作为执行微小卫星轨道转移、 阻力补偿和姿态控制等任务的推进系统。 为了深入理解PPT推力产生的机理, 本文对采用具有张角的舌型极板的尾部馈送式PPT等离子体羽流开展了时空分辨光谱诊断研究。 通过对光谱数据的分析发现: 等离子体羽流的主要成分为C, F, C+, F+, C2+, 还含有少量的由于极板烧蚀产生的Cu+和Cu2+; 等离子体在放电通道内的分布不均匀, 通道中心的等离子体浓度最大, 靠近阳极板的等离子浓度要明显大于靠近阴极板的等离子体浓度; 在不同位置处等离子体成分也具有较大差别, F+和中性粒子主要分布在靠近阳极侧的区域; 通过对各个分立谱线进行多普勒线性拟合, 得到了放电通道内等离子体温度信息; 以中轴线靠近工质的观测点为例, 对该点在整个放电过程中不同时刻的谱线进行分析, 得到了该点等离子体的具体演化过程, 发现在放电的不同阶段羽流成分及各组分所占比例差别较大。
脉冲等离子体推力器 羽流 光谱诊断 等离子体成分 等离子体温度 Pulsed plasma thruster Plume Optical emission spectrum Plasma composition Plasma temperature 光谱学与光谱分析
2016, 36(6): 1867