【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于成形制造方法领域，尤其涉及一种基于磁场定向偏转控制的vppa阴极斑点电流密度检测方法。
技术介绍
1、阴极斑点是在vppa焊接过程中存在的一种固有现象，主要出现在铝合金母材表面。阴极斑点处于电弧等离子体这种极端环境内，斑点处具有超高的电流密度和移动速度，在狭小鞘层空间存在复杂物理过程，使得阴极斑点特性研究一直以来都是等离子体诊断领域的巨大挑战。因此，深入揭示阴极斑点物理特性及其热力作用规律，对提高焊接质量具有重要意义。
2、阴极斑点在铝合金母材表面上扫动，其热力作用可清除铝合金表面的氧化物，此过程中阴极斑点以较大速度在工件表面随机跳动，不仅影响电弧对工件的热力输出，而且会对熔池液态金属产生扰动作用，究其根源，主要是斑点尺寸较小，而且电弧电流主要通过斑点区域，形成较大的电流密度，从而产生剧烈而快速的热力变化。目前缺乏对vppa电弧电流密度的检测方法，限制了对其特性和热力输出性能的认识，因此急需提出一种测量阴极斑点电流密度的方法，这将有助于揭示阴极斑点特性，同时为vppa焊接工艺优化，焊接质量提升提供依据。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于克服了阴极斑点电流密度测量困难的问题，提供一种基于磁场定向偏转控制的vppa阴极斑点电流密度检测方法，考虑到阴极斑点尺寸较小，并且具有较大的移动速度在工件表面随机跳动不便于测量，利用磁场产生的电磁力作用控制阴极斑点集中控制到特定领域，通过高速摄像机同步观测阴极斑点动态过程，计算出阴极斑点的电流密度。这种方法对于打破阴极斑
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于磁场定向偏转控制的vppa阴极斑点电流密度检测方法，在vppa工件端分设两个中间绝缘的铜块，两个铜块分别与焊枪组成回路，焊接电源在其中一个回路中，铜块下方设置磁场，磁场方向为垂直电路轴线，使阴极斑点所受洛伦兹力的方向由存在燃弧侧铜块的位置指向未燃弧侧铜块的位置。vppa电弧在其中一个铜块上方引燃，阴极斑点在电磁力的作用下从焊枪下方的铜块移动到右侧未燃弧铜块的表面，而电弧主体不发生偏转，利用磁场产生的洛伦兹力控制阴极斑点移动到便于使用高速摄像机拍摄观察的位置。该方法主要利用磁场控制阴极斑点定向移动，通过高速摄像机同步观测阴极斑点动态过程，观察未燃弧铜块表面阴极斑点的数量，同时采集两个回路中的电流大小。然后利用显微镜观测阴极斑点作用过的铜块表面，以获得阴极斑点的作用面积。根据所测得的未燃弧铜块上的阴极斑点数量、通过该铜块的电流以及阴极斑点面积，进而求出单个阴极斑点的电流密度。该方法的创新点在于利用磁场控制阴极斑点移动至便于观察的位置，同时利用高速摄像机记录阴极斑点的数量，根据公式j＝i/s可计算出单个阴极斑点电流密度，其中j为阴极斑点电流密度,i为单个阴极斑点的电流大小，s为单个阴极斑点的面积，计算得出斑点的电流密度，打破了阴极斑点测量困难的困境，为优化焊接工艺提供了科学依据。
3、作为优选，所述变极性等离子电弧为拘束电弧，电流波形为交流矩形波，正半波持续时间范围为15-20ms，负半波持续时间范围为5-10ms。
4、作为优选，所述磁场为脉冲弱磁场，磁场强度的范围为10-15mt，磁场方向为垂直指向地面，使阴极斑点所受洛伦兹力的方向由存在燃弧侧铜块的位置指向未燃弧侧铜块的位置。
5、作为优选，所述承受温度不低于1000摄氏度的绝缘陶瓷片厚度小于0.5mm。
6、作为优选，所述高速摄像机的拍摄频率为每秒50000帧，拍摄图片的尺寸大小为512×264。
7、作为优选，所述斑点簇为燃弧侧铜块表面阴极斑点集群，在磁场产生的洛伦兹力作用下由燃弧侧铜块移动到未燃弧侧铜块表面。
8、作为优选，所述测量阴极斑点的面积为利用显微镜拍摄未燃弧侧铜块的阴极斑点，显微镜拍摄未燃弧侧铜块表面阴极斑点图片的放大倍数不低于250倍。获得阴极斑点在未燃弧侧的铜块上发生形变的最小圆的半径，将其视为单个阴极斑点的半径，计算得到单个阴极斑点面积，利用高速摄像拍摄记录阴极斑点的数量。
9、作为优选，所述绝缘体为根据电路流通的规律，将两个铜块分别形成两个回路，便于在阴极斑点移动到未燃弧铜块上时利用霍尔电流传感器测量阴极斑点的电流大小。
10、本专利技术针对测量阴极斑点的电流密度困难问题，将工件进行清洁，确保表面没有油脂、氧化物或其他污染物。将vppa手持枪的电极靠近工件表面，与工件保持适当的距离。打开气体流量控制阀，使保护气体(通常是惰性气体，如氩气)从枪头喷出，形成保护气氛。通过触发器或脚踏开关启动电弧，产生等离子弧。阴极及阴极区将辅助以电场或等离子型导电机构向弧柱区提供电子，利用磁场产生的洛伦兹力使电子的运动方向发生转移，从而控制阴极斑点的定向移动，将阴极斑点移动到未燃弧的铜块，通过高速摄像去拍摄阴极斑点，测量阴极斑点的数量，利用显微镜拍摄未燃弧侧铜块的阴极斑点，计算阴极斑点在未燃弧侧的铜块上发生形变的最小圆的半径，将其视为单个阴极斑点的半径，通过计算求得阴极斑点的面积，利用霍尔电流传感器测量未燃弧铜块电路的电流大小，根据斑点数量和总电流值可计算获得单个阴极斑点的电流大小，除以斑点面积即可得到单个阴极斑点的电流密度。
11、与现有技术相比，本专利技术方法的优点如下。
12、本专利技术提供了一种全新的测量阴极斑点电流密度方法，打破焊接领域“工件表面阴极斑点随机跳动”的传统认知，利用磁场产生的洛伦兹力使电子的运动方向发生转移，从而控制阴极斑点的定向移动，在电磁力的作用下控制阴极斑点从燃弧铜块集中移动到未燃弧铜块，通过高速摄像同步观测阴极斑点动态过程，实时采集铜块上的阴极斑点的数量，检测未燃弧铜块回路中的电流值。另外利用高倍显微镜获得铜块表面单个阴极斑点的作用面积，进而求得阴极斑点的总面积，通过计算获得单个阴极斑点电流密度的检测方法，为揭示vppa热力传输机制提供基础。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于磁场定向偏转控制的VPPA阴极斑点电流密度检测方法，其特征在于，在VPPA工件端分设两个铜块，两铜块间利用承受温度不低于1000摄氏度的陶瓷片绝缘，两铜块分别与焊枪组成回路，焊接电源在其中一个回路中；VPPA电弧在其中一个铜块上方引燃，利用磁场产生的电磁力作用控制阴极斑点移动至另一个铜块，而电弧主体不发生偏转，通过高速摄像机同步观测阴极斑点动态过程，高速摄像机是指超过每秒250帧的帧速率捕获运动图像的设备，实时采集铜块上的阴极斑点数量，同时检测回路中的电流值；另外，利用高倍显微镜获得铜块表面阴极斑点的作用面积，根据所测得的未燃弧铜块上的阴极斑点数量、通过该铜块的电流以及阴极斑点面积，根据公式J＝I/S计算出单个阴极斑点电流密度，其中J为阴极斑点电流密度,I为单个阴极斑点的电流大小，S为单个阴极斑点的面积，计算单个阴极斑点的电流密度。
2.如权利要求1所述的基于磁场定向偏转控制的VPPA阴极斑点电流密度检测方法，其特征在于，所述变极性等离子电弧为拘束电弧，电弧波形为交流矩形波，正极性半波持续时间范围为15-20ms，负极性半波持续时间范围为5-10ms。p>
3.如权利要求1所述的基于磁场定向偏转控制的VPPA阴极斑点电流密度检测方法，所述磁场为脉冲弱磁场，磁场强度的范围为10-15mt，磁场方向为垂直电路轴线，使阴极斑点所受洛伦兹力的方向由存在燃弧侧铜块的位置指向未燃弧侧铜块的位置。
4.如权利要求1所述的基于磁场定向偏转控制的VPPA阴极斑点电流密度检测方法，所述承受温度不低于1000摄氏度的绝缘陶瓷片厚度小于0.5mm。
5.如权利要求1所述的基于磁场定向偏转控制的VPPA阴极斑点电流密度检测方法，所述高速摄像机的拍摄频率为每秒50000帧，拍摄图片的尺寸大小为512×264。
6.如权利要求1所述的基于磁场定向偏转控制的VPPA阴极斑点电流密度检测方法，所述斑点簇为存在燃弧的铜块表面阴极斑点集群，在磁场产生的洛伦兹力的作用下从燃弧侧铜块移动至未燃弧侧铜块表面。
7.如权利要求1所述的基于磁场定向偏转控制的VPPA阴极斑点电流密度检测方法，所述测量阴极斑点的面积为利用显微镜拍摄未燃弧侧铜块表面的阴极斑点，放大倍数不低于250倍，获得单个阴极斑点在未燃弧侧的铜块上的面积。
8.如权利要求1所述的基于磁场定向偏转控制的VPPA阴极斑点电流密度检测方法，所述测量电流为流经未燃弧侧的铜块电流的大小，单个阴极斑点的电流大小为流经未燃弧侧的铜块电流大小除以阴极斑点数量。
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁场定向偏转控制的vppa阴极斑点电流密度检测方法，其特征在于，在vppa工件端分设两个铜块，两铜块间利用承受温度不低于1000摄氏度的陶瓷片绝缘，两铜块分别与焊枪组成回路，焊接电源在其中一个回路中；vppa电弧在其中一个铜块上方引燃，利用磁场产生的电磁力作用控制阴极斑点移动至另一个铜块，而电弧主体不发生偏转，通过高速摄像机同步观测阴极斑点动态过程，高速摄像机是指超过每秒250帧的帧速率捕获运动图像的设备，实时采集铜块上的阴极斑点数量，同时检测回路中的电流值；另外，利用高倍显微镜获得铜块表面阴极斑点的作用面积，根据所测得的未燃弧铜块上的阴极斑点数量、通过该铜块的电流以及阴极斑点面积，根据公式j＝i/s计算出单个阴极斑点电流密度，其中j为阴极斑点电流密度,i为单个阴极斑点的电流大小，s为单个阴极斑点的面积，计算单个阴极斑点的电流密度。
2.如权利要求1所述的基于磁场定向偏转控制的vppa阴极斑点电流密度检测方法，其特征在于，所述变极性等离子电弧为拘束电弧，电弧波形为交流矩形波，正极性半波持续时间范围为15-20ms，负极性半波持续时间范围为5-10ms。
3.如权利要求1所述的基于磁场定向偏转控制的vppa阴极斑点电流密度检测方法，所述磁场为脉冲...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，张明达，张成钰，蒋凡，陈树君，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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