プラズマチャンネルによるアーク放電制御に関する基礎研究

利用等离子体通道控制电弧放电的基础研究

基本信息

批准号：
11750624
负责人：
塚本雅裕
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

高速アーク溶接を実現する一つの方法として狭開先の導入が考えられる。これを実現するためにはアーク放電の安定化が必要となる。本研究では、当安定化のために高強度レーザーにより生成したプラズマチャンネルによるアーク放電制御を研究の目的としている。プラズマチャネル生成用高強度レーザーとしてパルス発振のYAGレーザーを用いた。波長、l064nm、パルス幅、6nsである。アーク溶接機には、タングステンイナートガス(Tungsten Inert Gas : TIG)アーク溶接機を用いた。母材には水冷できるように水の導通路を設けた銅板を用い、タングステン電極・母材(電極)間距離を3mm〜5mmにセットした。レーザーエネルギー100mJ、焦点距離150mmのレンズを用い、タングステン電極先端周辺に集光した。パルスレーザーを大気中に集光した場合、プラズマチャンネル形成位置に揺らぎが生じることがわかった。これは、空気中に浮遊する塵によるレーザー光の吸収がプラズマチャンネル形成の引き金になっているためと考えられる。そこで、シールドガスとして使われているアルゴンガスを集光点付近に流入した。その結果プラズマチャンネルの形成位置を安定させることができた。これは、シールドガスによって電極間の塵が飛ばされ、塵の存在しない状態が作られた結果であると考えられる。シールドガスには、ヘリウムガスを使用することも可能であるが、プラズマチャンネル生成のしきい値レーザー強度がアルゴンガスに比べ大きいので、本実験ではアルゴンガスを使用した。10Hzのくり返しでレーザー出力させた場合、プラズマチャンネル形成時にアークがプラズマチャンネル方向に導かれる様子が観測された。本実験結果から電極間距離が変化した場合においても通常の集光レンズ、あるいはアキシコンレンズ使用によってプラズマチャンネルの長さを調節することによりアーク放電の方向制御が可能になることがわかった。

实现高速电弧焊接的一种方法是引入窄间隙。为此，需要稳定电弧放电。本研究的目的是利用高强度激光产生的等离子体通道来控制电弧放电以实现稳定。脉冲 YAG 激光器用作等离子体通道生成的高强度激光器。波长为l064nm，脉冲宽度为6ns。电弧焊机使用钨极惰性气体(TIG)电弧焊机。使用具有用于水冷却的水传导路径的铜板作为基材，并且将钨电极和基材（电极）之间的距离设定为3mm至5mm。使用激光能量为 100 mJ、焦距为 150 mm 的透镜，光线聚焦在钨电极尖端周围。研究发现，当脉冲激光聚焦到大气中时，等离子体通道形成位置会发生波动。这被认为是因为空气中漂浮的灰尘吸收激光触发了等离子体通道的形成。因此，用作保护气体的氩气流入焦点附近。结果，我们能够稳定等离子体通道的形成位置。这被认为是由于保护气体将电极之间的灰尘吹走，从而形成无尘状态的结果。虽然可以使用氦气作为保护气体，但在本实验中使用氩气，因为等离子体通道生成的阈值激光强度高于氩气。当以10Hz的重复率输出激光时，观察到在形成等离子体通道时电弧被引导向等离子体通道。该实验的结果表明，即使当电极之间的距离改变时，也可以通过使用传统聚光透镜或轴锥透镜调节等离子体通道的长度来控制电弧放电的方向。