同位测量焊接电弧电流-弧压分布系统技术方案

本发明专利技术属于焊接测试技术领域，公开了一种同位测量焊接电弧电流‑弧压分布系统，焊枪安装在微调仪上，焊枪下方设置中间设置小孔的阳极板，阳极板下部连接密封罩，密封罩内设置顶端插入小孔的钨探针，密封罩的侧壁安装气压式压力传感器，气压式压力传感将所测压力值传送至数据采集卡；DAQ数据采集卡连接主控计算机和可控焊接电源，可控焊接电源的负极连接焊枪、正极分别连接阳极板和钨探针，霍尔电流传感测得通过钨探针的电流传送至DAQ数据采集卡。本发明专利技术将电弧压力和电流密度的测量统一起来，可以同时测量同一个电弧的电弧电流密度分布曲线和电弧压力分布曲线，为分析电弧的特性提供准确依据，并且能够提高焊接过程稳定程度，保证接头质量。

Measurement of current arc pressure distribution system in welding arc

The invention belongs to the technical field of welding test, and discloses an arc voltage distribution system for measuring welding arc current in the same position. The welding torch is mounted on a fine tuner, an anode plate with a small hole in the middle is arranged under the welding torch, a sealing cover is connected under the anode plate, a tungsten probe with a small hole inserted at the top of the sealing cover is arranged in the sealing cover, and the side wall of the sealing cover is secured. The DAQ data acquisition card is connected with the master computer and the controllable welding power source. The negative electrode of the controllable welding power source is connected with the welding gun and the positive electrode is connected with the anode plate and the tungsten probe respectively. The current measured by Hall current sensor is transmitted through the tungsten probe. To DAQ data acquisition card. The method unifies the measurement of arc pressure and current density, can simultaneously measure the arc current density distribution curve and arc pressure distribution curve of the same arc, provides accurate basis for analyzing the characteristics of arc, and can improve the stability of welding process and ensure the quality of joint.

【技术实现步骤摘要】
同位测量焊接电弧电流-弧压分布系统
本专利技术涉及焊接电弧电流和焊接电弧压力的测量领域，具体的说，是涉及一种同位测量焊接电弧电流-弧压分布系统，该系统将对电弧压力的测量和对电流密度的测量统一起来，可以同时得到电弧弧压与电流密度。
技术介绍
电弧压力直接决定焊接过程的稳定性、熔池形态与熔深；与焊缝成型、缺陷形成等有直接关系。主要针对TIG焊的电弧展开电弧力的测试，没有熔滴冲击力的干扰。测量电弧压力的方法主要有：连续测量法、静态测量法。基于压力传感器的连续测量法一般是在阳极板上开一个小孔，通过在孔一端连接压力连接管，把孔中电弧压力传到压力传感器，从而把力信号转换成电信号，再将电信号转换成电弧压力值。该方法的优点是：分析速度快、灵敏、能自动记录；缺点是：长时间电弧热作用可能导致阳极板上孔的变形，从而引起测量误差。另外，目前设计的传感装置操作都不太方便，不能很好地测量出电弧的压力分布；这是因为试验装置反应的滞后性，连续测定的曲线会发生畸变，而且测定速度越快，畸变越严重。因此，该方法不适用于定量分析。基于气压计的静态测量法通常是在极板上开测量孔，气体冲击力导致U形玻璃管内液柱发生变化，通过液柱差的变化换算出单位面积上的冲击力。这种方法的优点是：简单实用，数据再现性强，能直接地读取电弧压力的数值；缺点是：反应速度不快，难以连续测量。电弧的电流密度决定了电弧热流密度的分布，也就是决定了电弧热的传输行为，从而影响了电弧的工艺性能，影响接头组织性能。测量电弧电流密度的方法主要有：分裂阳极法、烧灼痕迹分析法、高速摄影法和探针法。前三种为间接测量法，其中，分裂阳极法测量误差是不断累积的，即计算点越多误差越大；烧灼痕迹分析法有效性值得怀疑且误差较大；高速摄影法受光学系统的空间分辨率和灵敏度受等离子云和阴极斑点等影响较大。探针法是一种直接测量电流密度的方法，其以钍钨极作为探针，探针与水冷铜阳极板之间有厚度为0.1～0.15mm的绝缘层。将探针插入电弧弧柱，通过测定探针上通过的电流，求得电流密度分布曲线。探针法优点：直观、精确度高、计算简单；缺点：对电流电弧的测量无能为力。
技术实现思路
本专利技术要解决的是分别测量电弧压力和电流密度过程中两次电弧不同的技术问题，提供了一种同位测量焊接电弧电流-弧压分布系统，将电弧压力和电流密度的测量统一起来，使之可以同时测量同一个电弧的电弧电流密度分布曲线和电弧压力分布曲线，为分析电弧的特性提供准确依据，并且能够提高焊接过程稳定程度，保证接头质量。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种同位测量焊接电弧电流-弧压分布系统，包括微调仪、阳极板、气压式压力传感器、密封罩、钨探针、霍尔电流传感器、DAQ数据采集卡、可控焊接电源、主控计算机；所述微调仪具有水平自由度和竖直自由度，用于安装焊枪并调节焊枪的水平位置和竖直位置；焊枪的喷嘴下方设置所述阳极板，所述阳极板中部设置有与其上下壁面连接的柱体，该柱体内具有竖直设置且上下贯穿所述阳极板的小孔，该小孔的位置需正对于焊枪所喷出的电弧；所述阳极板下部连接顶部开口的所述密封罩，所述密封罩其以顶部边沿与所述阳极板底部形成密封连接；所述密封罩内部设置竖直放置的所述钨探针，所述钨探针的顶端插入所述阳极板的小孔内，并且所述钨探针的上表面与所述阳极板的上表面平齐；所述密封罩的侧壁安装气压式压力传感器，所述气压式压力传感器的输出端与所述DAQ数据采集卡的接收端相连，用于将所测压力值传送至所述DAQ数据采集卡；所述DAQ数据采集卡连接到所述主控计算机，且所述DAQ数据采集卡的信号发出端通连接所述可控焊接电源的信号接收端；所述可控焊接电源的负极连接所述焊枪，所述可控焊接电源的正极引出两路导线，一路连接所述阳极板，另一路串联所述霍尔电流传感器后连接所述钨探针；所述霍尔电流传感器的输出端与所述DAQ数据采集卡的接收端相连，用于将所测得的通过所述钨探针的电流传送至所述DAQ数据采集卡；所述DAQ数据采集卡用于将所测电流值和压力值传入所述主控计算机，经过所述主控计算机处理后，所述主控计算机再通过所述DAQ数据采集卡控制所述可控焊接电源的电流大小和电弧燃烧时间。其中，所述阳极板为具有空腔的箱形结构，其两个相对的壁面分别设置有入水接头和出水接头。其中，所述钨探针的顶端外表面附着有绝缘层，该绝缘层的厚度为0.1～0.15mm。其中，所述钨探针的直径为0.5～0.8mm，所述阳极板的小孔直径为d～1.2mm。其中，所述密封罩的侧壁设置有螺纹孔，所述气压式压力传感器旋入该螺纹孔，以安装于于所述密封罩。本专利技术的有益效果是：本专利技术的同位测量焊接电弧电流-弧压分布系统，通过设置在阳极板上的小孔，将气体导入密封罩，利用气压式压力传感器测得密封罩内压强，从而得到小孔处的弧压；同时阳极板上的小孔设置钨探针，钨探针串联霍尔电流传感器测得小孔处电流值，再将电流值除以钨探针上表面面积S得到电流密度，进而实现了同时同位测量弧压与电流密度，有益于更加精确的得到电弧特性，为改进焊接工艺、提高焊接过程稳定性建立基础。附图说明图1是同位测量焊接电弧电流-弧压分布系统的结构示意图。图中：1.微调仪；2.阳极板，2-1.入水接头，2-2.出水接头；3.气压式压力传感器；4.密封罩；5.钨探针；6.霍尔电流传感器；7.DAQ数据采集卡；8.可控焊接电源；9.主控计算机；10.焊枪。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如图1所示，本实施例公开了一种同位测量焊接电弧电流-弧压分布系统，包括微调仪1、阳极板2、气压式压力传感器3、密封罩4、钨探针5、霍尔电流传感器6、DAQ数据采集卡7、可控焊接电源8、主控计算机9。焊枪10安装于微调仪1，微调仪1具有水平自由度和竖直自由度，用于调节焊枪10的水平位置和竖直位置。阳极板2设置于焊枪10的喷嘴下方，阳极板2为具有空腔的箱形结构，其两个相对的壁面分别设置有入水接头2-1和出水接头2-2，用于使冷却水在阳极板2的空腔内循环流动，从而达到冷却阳极板2的目的。阳极板2中部设置有一个与阳极板2上下壁面连接的柱体，该柱体9具有竖直设置且上下贯穿阳极板2的小孔，该小孔的位置需正对于焊枪10所喷出的电弧。阳极板2下部固定连接有密封罩4，密封罩4为顶部开口的罩体结构，其以顶部边沿与阳极板2底部形成密封连接，如通过加橡胶垫实现，且要求连接后气密性良好。密封罩4内部设置有竖直放置的钨探针5，钨探针5的底座固定安装在密封罩4底面，钨探针5的顶端插入阳极板2的小孔内，并且钨探针5的上表面与阳极板2的上表面平齐。钨探针5的顶端外表面附着有绝缘层，该绝缘层的厚度为0.1～0.15mm，绝缘层可通过热喷涂等工艺沉积于钨探针5的顶端外表面。钨探针5的上表面面积为S，通过该上表面面积S可以计算得到电弧的电流密度。钨探针5的直径d一般为0.5～0.8mm，阳极板2的小孔应满足能够容纳钨探针5的要求，因此阳极板2的小孔直径一般在d～1.2mm范围内。密封罩4的侧壁设置有螺纹孔，用于安装气压式压力传感器3。气压式压力传感器3旋入密封罩4的螺纹孔，从而可以探测密封罩4内的气体压力值。气压式压力传感器3的输出端通过传输线与DAQ数据采集卡7的接收端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同位测量焊接电弧电流‑弧压分布系统，其特征在于，包括微调仪、阳极板、气压式压力传感器、密封罩、钨探针、霍尔电流传感器、DAQ数据采集卡、可控焊接电源、主控计算机；所述微调仪具有水平自由度和竖直自由度，用于安装焊枪并调节焊枪的水平位置和竖直位置；焊枪的喷嘴下方设置所述阳极板，所述阳极板中部设置有与其上下壁面连接的柱体，该柱体内具有竖直设置且上下贯穿所述阳极板的小孔，该小孔的位置需正对于焊枪所喷出的电弧；所述阳极板下部连接顶部开口的所述密封罩，所述密封罩其以顶部边沿与所述阳极板底部形成密封连接；所述密封罩内部设置竖直放置的所述钨探针，所述钨探针的顶端插入所述阳极板的小孔内，并且所述钨探针的上表面与所述阳极板的上表面平齐；所述密封罩的侧壁安装气压式压力传感器，所述气压式压力传感器的输出端与所述DAQ数据采集卡的接收端相连，用于将所测压力值传送至所述DAQ数据采集卡；所述DAQ数据采集卡连接到所述主控计算机，且所述DAQ数据采集卡的信号发出端通连接所述可控焊接电源的信号接收端；所述可控焊接电源的负极连接所述焊枪，所述可控焊接电源的正极引出两路导线，一路连接所述阳极板，另一路串联所述霍尔电流传感器后连接所述钨探针；所述霍尔电流传感器的输出端与所述DAQ数据采集卡的接收端相连，用于将所测得的通过所述钨探针的电流传送至所述DAQ数据采集卡；所述DAQ数据采集卡用于将所测电流值和压力值传入所述主控计算机，经过所述主控计算机处理后，所述主控计算机再通过所述DAQ数据采集卡控制所述可控焊接电源的电流大小和电弧燃烧时间。...

【技术特征摘要】
1.一种同位测量焊接电弧电流-弧压分布系统，其特征在于，包括微调仪、阳极板、气压式压力传感器、密封罩、钨探针、霍尔电流传感器、DAQ数据采集卡、可控焊接电源、主控计算机；所述微调仪具有水平自由度和竖直自由度，用于安装焊枪并调节焊枪的水平位置和竖直位置；焊枪的喷嘴下方设置所述阳极板，所述阳极板中部设置有与其上下壁面连接的柱体，该柱体内具有竖直设置且上下贯穿所述阳极板的小孔，该小孔的位置需正对于焊枪所喷出的电弧；所述阳极板下部连接顶部开口的所述密封罩，所述密封罩其以顶部边沿与所述阳极板底部形成密封连接；所述密封罩内部设置竖直放置的所述钨探针，所述钨探针的顶端插入所述阳极板的小孔内，并且所述钨探针的上表面与所述阳极板的上表面平齐；所述密封罩的侧壁安装气压式压力传感器，所述气压式压力传感器的输出端与所述DAQ数据采集卡的接收端相连，用于将所测压力值传送至所述DAQ数据采集卡；所述DAQ数据采集卡连接到所述主控计算机，且所述DAQ数据采集卡的信号发出端通连接所述可控焊接电源的信号接收端；所述可控焊接电源的负极连接所述焊枪，所述可控焊接电源的正极引出两路导线，一路连接所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祖明，张紫介，伊松，王绍磊，曹胜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12