專利名稱：電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電弧測試技術(shù)領(lǐng)域，具體應(yīng)用于非熔化極焊接，涉及焊接電弧物理特 性測量及焊接工藝領(lǐng)域的研究。
背景技術(shù)：
電弧是兩個(gè)電極之間的一個(gè)氣體導(dǎo)電體。根據(jù)高速攝影和SEM掃描電鏡等方法觀 測電極表面的燒蝕凹坑，表明電弧呈圓形?？紤]到電弧緩慢勻速地運(yùn)動(dòng)，電弧受外界影響很 小，對于均勻受壓的電弧，可以認(rèn)為其橫截面是近似圓形。電弧壓力決定著熔池的表面形狀，電弧電流密度分布直接決定了電弧熱流密度的 分布，電弧熱流密度的分布描述了電弧熱傳輸給焊件的方式，因此電弧壓力分布和電弧電 流密度分布影響著熔池的幾何形狀、焊縫成形、焊接接頭的冷卻特性，最終決定著焊接接頭 的質(zhì)量?？梢娧芯侩娀毫碗娏髅芏鹊姆植紝τ诳刂坪附淤|(zhì)量具有重要的實(shí)際意義。電弧壓力分布和電弧電流密度分布是關(guān)注的焦點(diǎn)，也是電弧研究的難點(diǎn)。比如對 電弧電流密度分布的邊界條件是根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果而設(shè)置的，因此通過實(shí)驗(yàn)測試電弧電流 密度分布能為電弧仿真研究提供必要的可靠依據(jù)。以往研究電弧壓力的方法主要是傳感器 的連續(xù)測量法和氣壓計(jì)的靜態(tài)測量法，研究電流密度的方法是探針法等，但是都存在缺點(diǎn)， 并且對于同時(shí)既能測量電流密度又能測量電弧壓力的裝置的研究并不多，因此尋找一種合 理的既能測量電弧電流密度又能測量電弧壓力的方法和發(fā)明一種方便實(shí)用的裝置具有重 要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對電弧電流密度和電弧壓力進(jìn)行聯(lián)合測量的裝置及 測量方法，本發(fā)明中所測量的電弧力均指垂直于電弧圓截面方向的陽極表面所受力的合 力，電弧電流密度分布和電弧壓力分布均指沿電弧圓截面半徑方向。本測量裝置測試步驟 簡單，具有較高精度和可信度。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案—種電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置包括包括工作臺(tái)34，定 位在工作臺(tái)34上的支撐柱5，固定在支撐柱5上的絲杠導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)3，與絲杠連接的電機(jī) 2，連接板4，通過連接板4固定在滑塊上的焊槍1，固定在工作臺(tái)34上的三維調(diào)整機(jī)構(gòu)38， 固定在三維調(diào)整機(jī)構(gòu)38上的絕緣支撐板36，放置在絕緣支撐板36上的右陽極板37，位于 工作臺(tái)34上的測力傳感器25，放置在測力傳感器25上的絕緣支撐架27和左陽極板沈， 固定在工作臺(tái)34上的絕緣座121、絕緣座1123、絕緣座11131，固定在絕緣座121上的鋁支 撐板120、固定在鋁支撐板120上的鋁連接板119、與鋁連接板119相連的乳膠管122、與乳 膠管122相連的銅管124 ；固定在絕緣座1123上的鋁支撐板119、固定在鋁支撐板119上 的鋁連接板118、與鋁連接板118相連的乳膠管117、與乳膠管117相連的銅管116 ；固定在 絕緣座III31上的鋁支撐板11132、固定在鋁支撐板III32上的鋁連接板11130、與鋁連接板III30相連的乳膠管111 和乳膠管IV33、與乳膠管111 相連的銅管11128、與乳膠管 IV33相連的銅管IV35 ；安裝在工作臺(tái)34上的玻璃防護(hù)罩39 ；以及電流采集模塊10，電機(jī)控 制器11，工控機(jī)12，氬氣瓶13，焊接電源14，水箱15，恒流冷卻裝置16，地線117，地線1118 ； 其中鋁支撐板120和鋁支撐板III32都與地線117連接，鋁支撐板119與地線1118連接， 地線117、地線1118、氬氣瓶13、水箱15都接到焊接電源14 ；測力傳感器25經(jīng)串口光電隔 離器、串行線與工控機(jī)12相連，電流采集模塊10和電機(jī)控制器11都與工控機(jī)12連接；恒 流冷卻裝置16與鋁連接板19相連，經(jīng)乳膠管122、銅管124、左陽極板沈、銅管11128、乳膠 管11129、鋁連接板11130、乳膠管IV33、銅管IV35、右陽極板37、銅管116、乳膠管117、鋁連 接板118接回恒流冷卻裝置16，其中銅管、乳膠管、鋁連接板和左陽極板沈、右陽極板37上 的孔徑均相等，左陽極沈、右陽極板37上表面位于同一平面。為了減少乳膠管對電弧力測量的影響，乳膠管122、乳膠管III29為螺旋狀。乳膠管122、乳膠管11129、乳膠管117內(nèi)布有軟銅絲且兩端被壓緊，冷卻水流過， 構(gòu)成水中電纜的形式。右陽極板37左側(cè)面噴涂0. Imm厚的陶瓷，該陶瓷左側(cè)面距左陽極板右側(cè)面的距離 為 0. 1mm。電流采集模塊10采集流過左陽極板沈的電流，即采集穿過電流采集模塊10的地 線117的電流。測力傳感器25采用精密電子天平，測量左陽極板沈所受的電弧力。本發(fā)明裝置的測量方法1焊槍1垂直陽極板，電機(jī)2帶動(dòng)絲杠勻速運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)焊槍1勻速地運(yùn)動(dòng)，焊槍1 與陽極板之間的電弧隨焊槍1勻速地運(yùn)動(dòng)，被陽極板上表面所截的電弧區(qū)域記為電弧圓截 面；2作用在左陽極板沈上的電弧電流和作用在左陽極板沈上的電弧力由工控機(jī)12 的上位機(jī)程序同步采集和保存，分別記為I和F，每次采集數(shù)據(jù)的時(shí)刻也保存下來。流過左 陽極板26的電弧電流值I和作用在左陽極板沈上的電弧力值F都隨著電弧相對于左陽極 板沈的位置變化而變化，由電弧從開始到左陽極板右側(cè)面所對應(yīng)的時(shí)刻至剛好完全進(jìn)入 左陽極板所對應(yīng)的時(shí)刻兩者的時(shí)間差A(yù)t即為電弧從開始到左陽極板右側(cè)面至剛好完全 進(jìn)入左陽極板所需的時(shí)間，電弧按設(shè)定的速度V運(yùn)動(dòng)，因此電弧半徑
權(quán)利要求
1.一種電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置，其特征在于包括工作臺(tái) (34)，定位在工作臺(tái)(34)上的支撐柱(5)，固定在支撐柱( 上的絲杠導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)(3)， 與絲杠連接的電機(jī)0)，連接板G)，通過連接板固定在滑塊上的焊槍(1)，固定在工作 臺(tái)(34)上的三維調(diào)整機(jī)構(gòu)(38)，固定在三維調(diào)整機(jī)構(gòu)(38)上的絕緣支撐板(36)，放置在 絕緣支撐板(36)上的右陽極板(37)，位于工作臺(tái)(34)上的測力傳感器(25)，放置在測力 傳感器05)上的絕緣支撐架(XT)和左陽極板06)，固定在工作臺(tái)(34)上的絕緣座I 、 絕緣座II (23)、絕緣座III (31)，固定在絕緣座I 上的鋁支撐板I QO)、固定在鋁支撐 板I (20)上的鋁連接板I (19)、與鋁連接板I (19)相連的乳膠管I (22)、與乳膠管I (22)相 連的銅管I 04)；固定在絕緣座11 上的鋁支撐板II (9)、固定在鋁支撐板II (9)上的鋁 連接板II⑶、與鋁連接板II⑶相連的乳膠管II (7)、與乳膠管II (7)相連的銅管II (6)； 固定在絕緣座111(31)上的鋁支撐板III (32)、固定在鋁支撐板111(3 上的鋁連接板 III (30)、與鋁連接板III (30)相連的乳膠管III (29)和乳膠管IV(33)、與乳膠管III (29) 相連的銅管111( )、與乳膠管IV(33)相連的銅管IV(35)；安裝在工作臺(tái)(34)上的玻璃防 護(hù)罩(39)；以及電流采集模塊(10)，電機(jī)控制器(11)，工控機(jī)(12)，氬氣瓶(13)，焊接電源 (14)，水箱(15)，恒流冷卻裝置(16)，地線I (17)，地線II (18)；其中鋁支撐板I (20)和鋁 支撐板III (32)都與地線I (17)連接，鋁支撐板11(9)與地線II (18)連接，地線I (17)、地 線II (18)、氬氣瓶(13)、水箱(15)都接到焊接電源(14)；測力傳感器(25)經(jīng)串口光電隔 離器、串行線與工控機(jī)(1 相連，電流采集模塊(10)和電機(jī)控制器(11)都與工控機(jī)(12) 連接；恒流冷卻裝置(16)與鋁連接板I (19)相連，經(jīng)乳膠管I (22)、銅管I (24)、左陽極板 (26)、銅管III (28)、乳膠管III (29)、鋁連接板III (30)、乳膠管IV(33)、銅管IV(35)、右陽 極板(37)、銅管II (6)、乳膠管II (7)、鋁連接板II (8)接回恒流冷卻裝置(16)，其中銅管、 乳膠管、鋁連接板和左陽極板( )、右陽極板(37)上的孔徑均相等，左陽極( )、右陽極板 (37)上表面位于同一平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置，其 特征在于為了減少乳膠管對電弧力測量的影響，乳膠管1(22)、乳膠管111(29)為螺旋狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置，其 特征在于乳膠管I (22)、乳膠管III (四)、乳膠管11(7)內(nèi)布有軟銅絲且兩端被壓緊，冷卻 水流過，構(gòu)成水中電纜的形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置，其 特征在于右陽極板(37)左側(cè)面噴涂0. Imm厚的陶瓷，該陶瓷左側(cè)面距左陽極板右側(cè)面的 距離為0. 1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置，其 特征在于電流采集模塊(10)采集流過左陽極板06)的電流，即采集穿過電流采集模塊 (10)的地線I (17)的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置，其 特征在于測力傳感器0 采用精密電子天平，測量左陽極板06)所受的電弧力。
7.使用權(quán)利要求1所述的一種電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置對 電弧電流密度分布和壓力分布進(jìn)行測量的方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)焊槍(1)垂直陽極板，電機(jī)( 帶動(dòng)絲杠勻速運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)焊槍(1)勻速地運(yùn)動(dòng)，焊槍(1)與陽極板之間的電弧隨焊槍(1)勻速地運(yùn)動(dòng)，被陽極板上表面所截的電弧區(qū)域記為電 弧圓截面；2)作用在左陽極板06)上的電弧電流和作用在左陽極板06)上的電弧力由工控機(jī) (12)的上位機(jī)程序同步采集和保存，分別記為I和F，每次采集數(shù)據(jù)的時(shí)刻也保存下來。流 過左陽極板06)的電弧電流值I和作用在左陽極板06)上的電弧力值F都隨著電弧相對 于左陽極板06)的位置變化而變化，由電弧從開始到左陽極板右側(cè)面所對應(yīng)的時(shí)刻至剛 好完全進(jìn)入左陽極板所對應(yīng)的時(shí)刻兩者的時(shí)間差A(yù)t即為電弧從開始到左陽極板右側(cè)面 至剛好完全進(jìn)入左陽極板所需的時(shí)間，電弧按設(shè)定的速度V運(yùn)動(dòng)，因此電弧半徑
全文摘要
本發(fā)明是一種電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的方法及裝置，具體應(yīng)用于非熔化極焊接，屬于電弧測試技術(shù)領(lǐng)域。本裝置包括焊槍行走機(jī)構(gòu)，冷卻回路，電弧力測試系統(tǒng)，電流測試系統(tǒng)等。電弧在運(yùn)動(dòng)過程中，對被測陽極上所流過的電弧電流和所受的電弧力同步采集，對于電弧圓截面采用環(huán)形分割的處理方法，分布計(jì)算出電弧電流密度和電弧壓力，做出電弧電流密度分布曲線和電弧壓力分布曲線。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，測試步驟簡潔，數(shù)據(jù)處理和求解方便，具有較高精度和可信度。
文檔編號B23K9/095GK102145424SQ201110086928
公開日2011年8月10日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者于洋, 白韶軍, 陳樹君, 陶東波, 魯永生 申請人:北京工業(yè)大學(xué)