微束等離子弧焊電弧三維光譜及其抗干擾解耦

張 虎，何建萍，林楊勝藍

上海工程技術大學材料工程學院，上海 201620

引 言

焊接電弧由于自身溫度較高，通常在3 000～30 000 K之間[1]，很難對焊接電弧的溫度進行直接測量。隨著對電弧物理過程的深入研究，眾多學者認識到，焊接電弧光譜可以反映出焊接過程中電弧溫度、電子密度等物理過程變化，因此，利用電弧光譜是對焊接電弧這一復雜的物理現象進行檢測的關鍵手段[2-4]。

雖然現有的電弧光譜檢測可以研究電弧的溫度場，但是目前大多數有關研究通過光譜儀對電弧的光譜采集，只能采集到結構電弧的二維光譜[5]，這種基于電弧的二維積分光譜的單純光譜儀的光譜采集，所得數據研究的電弧溫度場有一定的局限性。

本文研究基于自主研發的三維光譜檢測系統，可以采集到電弧三維空間內任一點的光譜信息，由此得到的電弧溫度場，相對于現有技術通過二維光譜檢測所得到的電弧溫度場, 更能細致全面地反映三維結構的電弧溫度場。因此基于電弧三維光譜檢測的電弧溫度場研究，對于更準確地理解微束等離子弧焊電弧三維溫度分布具有重大意義。

1 微束等離子弧焊電弧三維光譜檢測干擾問題

現有的焊接電弧的光譜檢測系統是將電弧看作二維平面來進行的二維光譜檢測，其原理如圖1(a)，電弧的光通過狹縫、再經凸透鏡后，通過光纖傳導，到達光譜儀[6]。由此二維光譜檢測系統檢測電弧表面的光譜，由其光路傳播路徑可以看出，所檢測到的光譜是對電弧表面以平行光的方式進行采集，檢測到的是沿平行光方向的電弧內部各點匯總到電弧表面的總的光輻射信號，無法對電弧內部點的光輻射信號進行識別和采集。……