專利名稱：焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置的制作方法
焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接電弧物理測(cè)量領(lǐng)域；特別涉及一種非熔化極氣體保護(hù)焊電弧電流密度測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
從19世紀(jì)末產(chǎn)生現(xiàn)代焊接技術(shù)以來，不管是從焊接方法，還是從焊接工藝上，都有了巨大的進(jìn)步，由于焊接具有成形方便、適應(yīng)性強(qiáng)、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，使它幾乎滲透到工業(yè)的各個(gè)方面。隨著機(jī)械化，自動(dòng)化的發(fā)展，當(dāng)今各行業(yè)對(duì)焊接質(zhì)量也提出了更高的要求，尤其是航空、航天以及國防等高技術(shù)工業(yè)。而在焊接應(yīng)用方面，電弧焊占主導(dǎo)地位，所以對(duì)于電弧焊的研究從來沒有中斷過。焊接電弧是氣體放電的一種形式，作為焊接熱源，它具有超高溫度的特點(diǎn)(可高達(dá)上萬攝氏度)。這就給焊接電弧的研究帶來了很大的麻煩。其中焊接電弧的電流密度是電弧的重要參數(shù)之一。電弧的電流密度分布直接決定了電弧熱流密度的分布，熱流密度的分布決定了電弧對(duì)焊件的熱輸入方式。因此，電弧電流密度的分布影響著熔池的形狀、焊縫的結(jié)晶成型，最后影響到焊接質(zhì)量。所以對(duì)焊接電弧電流密度的準(zhǔn)確測(cè)量具有重要的理論研究意義，對(duì)于焊接質(zhì)量的保證具有重要的指導(dǎo)意義。焊接電弧電流密度的測(cè)量是電弧研究中的一個(gè)難點(diǎn)，主要有通過分裂陽極計(jì)算法和探針法兩種測(cè)量方法。分裂陽極計(jì)算法在一定程度上對(duì)高溫和絕緣的要求相對(duì)較低，但是此方法是在假設(shè)電弧截面為圓形的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，雖然有一定的合理性，但是通用性差。 并且在實(shí)際工況下很難保證電弧截面為圓形。另外，存在誤差累積，使計(jì)算結(jié)果誤差大。探針法可以比較直觀的得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，但是面臨高溫(使探針熔化)和絕緣(探針與陽極板之間)兩大難題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)較大焊接電流電弧電流密度的測(cè)量，測(cè)量方法直觀，結(jié)果準(zhǔn)確度高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，包括兩塊分離的陽極板，在兩塊陽極板內(nèi)設(shè)有冷卻水通道；在兩塊陽極板對(duì)接處，分別開設(shè)槽，槽的內(nèi)壁設(shè)有一層絕緣層，鎢探針被夾持在兩塊陽極板的兩個(gè)槽中，鎢探針從陽極板的下方伸出的部分通過引出導(dǎo)線連接分流
ο分流器的兩端連接有數(shù)據(jù)采集卡。所述絕緣層為Al2O3涂層，其厚度為0. 1 0. 15mm。所述槽為半圓柱槽，其半徑為0.6mm。兩塊分離的陽極板通過螺栓緊固，將鎢探針夾持于兩塊陽極板的兩個(gè)槽間。鎢探針的直徑為1mm。
所述測(cè)量裝置還包括機(jī)架，機(jī)架上安裝有絲杠，絲杠上安裝有與絲杠螺紋配合的滑塊，絲桿通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)；滑塊上固定有焊槍。兩塊陽極板設(shè)置于焊槍下方。所述測(cè)量裝置還包括一焊接電源，所述焊槍連接焊接電源的一極；所述陽極板和分流器電性連接焊接電源的另一極。所述陽極板通過導(dǎo)線直接連接焊接電源的另一極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，通過在兩塊水冷銅極板上開設(shè)半圓柱槽，槽內(nèi)附一層Al2O3等離子涂層，將鎢探針夾持于其間，探針下面連接導(dǎo)線，并與分流器相連后接入焊接電源；測(cè)量時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)， 絲杠帶動(dòng)滑塊及焊槍做水平運(yùn)動(dòng)，使電弧與探針發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到測(cè)量的目的。本發(fā)明裝置能夠?qū)附与娀』≈碾娏髅芏冗M(jìn)行連續(xù)測(cè)量，并得到焊接電弧弧柱的電流密度隨電弧弧柱的徑向分布情況；該裝置結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)較大焊接電流電弧電流密度的測(cè)量，測(cè)量方法直觀，結(jié)果準(zhǔn)確度高。本發(fā)明采用的原理是探針法，因?yàn)楸狙b置在陽極板里設(shè)有U型孔，另外通過等離子噴涂來制備絕緣層，使絕緣層與陽極板緊密結(jié)合在一起，螺栓將探針緊緊的夾在了槽里， 與絕緣層接觸也非常緊密，所以達(dá)到了很好的傳熱效果，冷卻效果好，可以實(shí)現(xiàn)大電流的測(cè)量。本發(fā)明裝置準(zhǔn)確度高一是因?yàn)樗捎玫姆椒樘结樂?；第二，因?yàn)榻^緣層通過等離子噴涂來實(shí)現(xiàn)，結(jié)合性能好，起到很好的絕緣效果，并且所噴涂絕緣層非常薄(O. 1 0. 15mm)， 這樣，對(duì)電弧整體形態(tài)的影響及電弧截面的電流密度的影響也是比較小的；所以測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確。

圖1是本發(fā)明裝置的整體示意圖；其中滑塊1可由絲杠7帶動(dòng)進(jìn)行圖示的兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)(V)，焊槍6固定在滑塊1上，隨滑塊1運(yùn)動(dòng)；絲杠7由電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)，可以正反轉(zhuǎn)； 其中3為測(cè)量裝置；4為探針；實(shí)際測(cè)量時(shí)，電弧5與探針4相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電流從探針4經(jīng)引出導(dǎo)線，連接分流器后流入電源；通過測(cè)量分流器兩端的電壓求得此電流值，除以探針橫截面積即得到電流密度；圖2是本發(fā)明裝置測(cè)量部分示意圖；兩塊陽極板30表面上的四個(gè)相同的孔8用于連接電源線及固定陽極板；兩個(gè)9孔接進(jìn)水口，10孔接出水口 ；11是緊固螺栓，可以保證兩塊陽極板30把探針4夾緊，以達(dá)到較好的冷卻效果；圖3是單側(cè)水冷銅極的結(jié)構(gòu)示意圖；其上設(shè)有進(jìn)出水孔、螺栓孔、接線孔及放置探針的半圓柱槽；圖4是圖3的左視圖；圖5是圖3的俯視圖；圖6是電弧弧柱通過探針的示意圖；電弧5經(jīng)過探針4的三個(gè)狀態(tài)，13為電弧邊緣恰與探針相接觸，14為探針處于電弧弧柱的中心，15為測(cè)量恰要結(jié)束時(shí)的狀態(tài)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
請(qǐng)參閱圖1至圖6所示，本發(fā)明焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置3，包括兩塊分離的陽極板30，在兩塊陽極板30內(nèi)挖U型孔(冷卻水通道)，通過通入兩陽極板30內(nèi)的流動(dòng)水，來實(shí)現(xiàn)陽極板30和鎢探針4的冷卻。在兩塊陽極板30對(duì)接處，分別開設(shè)半圓柱槽12， 采用等離子噴涂的方法在槽12的內(nèi)徑噴涂一層Al2O3涂層，起絕緣作用。將鎢探針4夾在兩個(gè)槽12中，通過銅陽極板30兩則的緊固螺栓11夾緊，使鎢探針4能與陽極板30上的 Al2O3涂層緊密接觸，以達(dá)到較好的冷卻效果。從陽極板30的下方鎢探針4的伸出部分引出導(dǎo)線，連接分流器，再接入電源另一極。將分流器兩端引出導(dǎo)線接數(shù)據(jù)采集卡。本發(fā)明焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置還包括機(jī)架，機(jī)架上安裝有絲杠7，絲杠7 上安裝有與絲杠螺紋配合的滑塊1，絲桿7通過電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)，可以進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；絲桿7 轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)滑塊1沿絲桿7軸向運(yùn)動(dòng)；滑塊1上固定有焊槍6。本發(fā)明中半圓柱槽12的半徑為0. 6mm，等離子噴涂層厚度為0. 1 0. 15mm，所用鎢探針4直徑為1mm，在緊固螺栓11的作用下達(dá)到緊密接觸，實(shí)現(xiàn)冷卻，以便連續(xù)測(cè)量。測(cè)量時(shí)，電機(jī)2帶動(dòng)絲杠7轉(zhuǎn)動(dòng)，使得焊槍6沿導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)，在電弧弧柱5通過探針4時(shí)，通過實(shí)時(shí)連續(xù)采集分流器上的電壓，讀入數(shù)據(jù)采集卡，最后將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入Labview處理轉(zhuǎn)變成電流密度值，并進(jìn)行保存。即得到了焊接電弧的電流密度分布。實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流密度延徑向分布的測(cè)量。本發(fā)明的工作原理為當(dāng)焊接弧柱作用于兩水冷銅極之間的探針上時(shí)，與探針對(duì)應(yīng)面積處的電流從探針流過，即從分流器中測(cè)得的電流值I為該面積S內(nèi)流過的電流，根據(jù)
I
公式φ = 一即得到了電流密度。絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得焊接電弧與探針產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即可得
S
到焊接電弧弧柱的電流密度隨電弧弧柱的徑向分布情況。
權(quán)利要求
1.一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，包括兩塊分離的陽極板(30)， 在兩塊陽極板(30)內(nèi)設(shè)有冷卻水通道；在兩塊陽極板(30)對(duì)接處，分別開設(shè)槽(12)，槽 (12)的內(nèi)壁設(shè)有一層絕緣層，鎢探針(4)被夾持在兩塊陽極板(30)的兩個(gè)槽(1 中，鎢探針(4)從陽極板(30)的下方伸出的部分通過引出導(dǎo)線連接分流器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，分流器的兩端連接有數(shù)據(jù)采集卡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，所述絕緣層為Al2O3涂層，其厚度為0. 1 0. 15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，槽(12) 為半圓柱槽，其半徑為0. 6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，兩塊分離的陽極板(30)通過螺栓緊固，將鎢探針⑷夾持于兩塊陽極板(30)的兩個(gè)槽(12)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，鎢探針 (4)的直徑為1mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置還包括機(jī)架，機(jī)架上安裝有絲杠(7)，絲杠(7)上安裝有與絲杠(7)螺紋配合的滑塊 (1)，絲桿(7)通過電動(dòng)機(jī)(2)帶動(dòng)；滑塊⑴上固定有焊槍(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，兩塊陽極板(30)設(shè)置于焊槍(6)下方。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)量裝置還包括一焊接電源，所述焊槍(6)連接焊接電源的一極；所述陽極板(30)和分流器連接焊接電源的另一極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，其特征在于，所述陽極板(30)通過導(dǎo)線直接連接焊接電源的另一極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種焊接電弧弧柱電流密度測(cè)量裝置，包括兩塊分離的陽極板，在兩塊陽極板內(nèi)設(shè)有冷卻水通道；在兩塊陽極板對(duì)接處，分別開設(shè)槽，槽的內(nèi)壁設(shè)有一層絕緣層，鎢探針被夾持在兩塊陽極板的兩個(gè)槽中，鎢探針從陽極板的下方伸出的部分通過引出導(dǎo)線連接分流器。本發(fā)明通過在兩塊水冷銅極板上開設(shè)半圓柱槽，槽內(nèi)附一層Al2O3等離子涂層，將鎢探針夾持于其間，探針下面連接導(dǎo)線，并與分流器相連后接入焊接電源；測(cè)量時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠帶動(dòng)滑塊及焊槍做水平運(yùn)動(dòng)，使電弧與探針發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到測(cè)量的目的。本發(fā)明能夠?qū)附与娀』≈碾娏髅芏冗M(jìn)行連續(xù)測(cè)量，并得電流密度隨電弧弧柱的徑向分布情況；結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)果準(zhǔn)確度高。
文檔編號(hào)B23K9/095GK102363234SQ20111031701
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者孫江濤, 張建勛, 殷咸青, 肖克民, 茍建軍 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)