本发明专利技术是一种电弧电流密度分布和电弧压力分布联合测试的方法及装置，具体应用于非熔化极焊接，属于电弧测试技术领域。本装置包括焊枪行走机构，冷却回路，电弧力测试系统，电流测试系统等。电弧在运动过程中，对被测阳极上所流过的电弧电流和所受的电弧力同步采集，对于电弧圆截面采用环形分割的处理方法，分布计算出电弧电流密度和电弧压力，做出电弧电流密度分布曲线和电弧压力分布曲线。该装置结构简单，测试步骤简洁，数据处理和求解方便，具有较高精度和可信度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电弧测试
，具体应用于非熔化极焊接，涉及焊接电弧物理特 性测量及焊接工艺领域的研究。
技术介绍
电弧是两个电极之间的一个气体导电体。根据高速摄影和SEM扫描电镜等方法观 测电极表面的烧蚀凹坑，表明电弧呈圆形。考虑到电弧缓慢勻速地运动，电弧受外界影响很 小，对于均勻受压的电弧，可以认为其横截面是近似圆形。电弧压力决定着熔池的表面形状，电弧电流密度分布直接决定了电弧热流密度的 分布，电弧热流密度的分布描述了电弧热传输给焊件的方式，因此电弧压力分布和电弧电 流密度分布影响着熔池的几何形状、焊缝成形、焊接接头的冷却特性，最终决定着焊接接头 的质量。可见研究电弧压力和电流密度的分布对于控制焊接质量具有重要的实际意义。电弧压力分布和电弧电流密度分布是关注的焦点，也是电弧研究的难点。比如对 电弧电流密度分布的边界条件是根据实验测试结果而设置的，因此通过实验测试电弧电流 密度分布能为电弧仿真研究提供必要的可靠依据。以往研究电弧压力的方法主要是传感器 的连续测量法和气压计的静态测量法，研究电流密度的方法是探针法等，但是都存在缺点， 并且对于同时既能测量电流密度又能测量电弧压力的装置的研究并不多，因此寻找一种合 理的既能测量电弧电流密度又能测量电弧压力的方法和专利技术一种方便实用的装置具有重 要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种对电弧电流密度和电弧压力进行联合测量的装置及 测量方法，本专利技术中所测量的电弧力均指垂直于电弧圆截面方向的阳极表面所受力的合 力，电弧电流密度分布和电弧压力分布均指沿电弧圆截面半径方向。本测量装置测试步骤 简单，具有较高精度和可信度。为了实现以上目的，本专利技术采取了如下技术方案—种电弧电流密度分布和电弧压力分布联合测试的装置包括包括工作台34，定 位在工作台34上的支撑柱5，固定在支撑柱5上的丝杠导轨滑块机构3，与丝杠连接的电机 2，连接板4，通过连接板4固定在滑块上的焊枪1，固定在工作台34上的三维调整机构38， 固定在三维调整机构38上的绝缘支撑板36，放置在绝缘支撑板36上的右阳极板37，位于 工作台34上的测力传感器25，放置在测力传感器25上的绝缘支撑架27和左阳极板沈， 固定在工作台34上的绝缘座121、绝缘座1123、绝缘座11131，固定在绝缘座121上的铝支 撑板120、固定在铝支撑板120上的铝连接板119、与铝连接板119相连的乳胶管122、与乳 胶管122相连的铜管124 ；固定在绝缘座1123上的铝支撑板119、固定在铝支撑板119上 的铝连接板118、与铝连接板118相连的乳胶管117、与乳胶管117相连的铜管116 ；固定在 绝缘座III31上的铝支撑板11132、固定在铝支撑板III32上的铝连接板11130、与铝连接板III30相连的乳胶管111 和乳胶管IV33、与乳胶管111 相连的铜管11128、与乳胶管 IV33相连的铜管IV35 ；安装在工作台34上的玻璃防护罩39 ；以及电流采集模块10，电机控 制器11，工控机12，氩气瓶13，焊接电源14，水箱15，恒流冷却装置16，地线117，地线1118 ； 其中铝支撑板120和铝支撑板III32都与地线117连接，铝支撑板119与地线1118连接， 地线117、地线1118、氩气瓶13、水箱15都接到焊接电源14 ；测力传感器25经串口光电隔 离器、串行线与工控机12相连，电流采集模块10和电机控制器11都与工控机12连接；恒 流冷却装置16与铝连接板19相连，经乳胶管122、铜管124、左阳极板沈、铜管11128、乳胶 管11129、铝连接板11130、乳胶管IV33、铜管IV35、右阳极板37、铜管116、乳胶管117、铝连 接板118接回恒流冷却装置16，其中铜管、乳胶管、铝连接板和左阳极板沈、右阳极板37上 的孔径均相等，左阳极沈、右阳极板37上表面位于同一平面。为了减少乳胶管对电弧力测量的影响，乳胶管122、乳胶管III29为螺旋状。乳胶管122、乳胶管11129、乳胶管117内布有软铜丝且两端被压紧，冷却水流过， 构成水中电缆的形式。右阳极板37左侧面喷涂0. Imm厚的陶瓷，该陶瓷左侧面距左阳极板右侧面的距离 为 0. 1mm。电流采集模块10采集流过左阳极板沈的电流，即采集穿过电流采集模块10的地 线117的电流。测力传感器25采用精密电子天平，测量左阳极板沈所受的电弧力。本专利技术装置的测量方法1焊枪1垂直阳极板，电机2带动丝杠勻速运动，带动焊枪1勻速地运动，焊枪1 与阳极板之间的电弧随焊枪1勻速地运动，被阳极板上表面所截的电弧区域记为电弧圆截 面；2作用在左阳极板沈上的电弧电流和作用在左阳极板沈上的电弧力由工控机12 的上位机程序同步采集和保存，分别记为I和F，每次采集数据的时刻也保存下来。流过左 阳极板26的电弧电流值I和作用在左阳极板沈上的电弧力值F都随着电弧相对于左阳极 板沈的位置变化而变化，由电弧从开始到左阳极板右侧面所对应的时刻至刚好完全进入 左阳极板所对应的时刻两者的时间差At即为电弧从开始到左阳极板右侧面至刚好完全 进入左阳极板所需的时间，电弧按设定的速度V运动，因此电弧半径权利要求1.一种电弧电流密度分布和电弧压力分布联合测试的装置，其特征在于包括工作台 (34)，定位在工作台(34)上的支撑柱(5)，固定在支撑柱( 上的丝杠导轨滑块机构(3)， 与丝杠连接的电机0)，连接板G)，通过连接板固定在滑块上的焊枪(1)，固定在工作 台(34)上的三维调整机构(38)，固定在三维调整机构(38)上的绝缘支撑板(36)，放置在 绝缘支撑板(36)上的右阳极板(37)，位于工作台(34)上的测力传感器(25)，放置在测力 传感器05)上的绝缘支撑架(XT)和左阳极板06)，固定在工作台(34)上的绝缘座I 、 绝缘座II (23)、绝缘座III (31)，固定在绝缘座I 上的铝支撑板I QO)、固定在铝支撑 板I (20)上的铝连接板I (19)、与铝连接板I (19)相连的乳胶管I (22)、与乳胶管I (22)相 连的铜管I 04)；固定在绝缘座11 上的铝支撑板II (9)、固定在铝支撑板II (9)上的铝 连接板II⑶、与铝连接板II⑶相连的乳胶管II (7)、与乳胶管II (7)相连的铜管II (6)； 固定在绝缘座111(31)上的铝支撑板III (32)、固定在铝支撑板111(3 上的铝连接板 III (30)、与铝连接板III (30)相连的乳胶管III (29)和乳胶管IV(33)、与乳胶管III (29) 相连的铜管111( )、与乳胶管IV(33)相连的铜管IV(35)；安装在工作台(34)上的玻璃防 护罩(39)；以及电流采集模块(10)，电机控制器(11)，工控机(12)，氩气瓶(13)，焊接电源 (14)，水箱(15)，恒流冷却装置(16)，地线I (17)，地线II (18)；其中铝支撑板I (20)和铝 支撑板III (32)都与地线I (17)连接，铝支撑板11(9)与地线II (18)连接，地线I (17)、地 线II (18)、氩气瓶(13)、水箱(15)都接到焊接电源(14)；测力传感器(25)经串口光电隔 本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电弧电流密度分布和电弧压力分布联合测试的装置，其特征在于：包括工作台（３４），定位在工作台（３４）上的支撑柱（５），固定在支撑柱（５）上的丝杠导轨滑块机构（３），与丝杠连接的电机（２），连接板（４），通过连接板（４）固定在滑块上的焊枪（１），固定在工作台（３４）上的三维调整机构（３８），固定在三维调整机构（３８）上的绝缘支撑板（３６），放置在绝缘支撑板（３６）上的右阳极板（３７），位于工作台（３４）上的测力传感器（２５），放置在测力传感器（２５）上的绝缘支撑架（２７）和左阳极板（２６），固定在工作台（３４）上的绝缘座Ｉ（２１）、绝缘座ＩＩ（２３）、绝缘座ＩＩＩ（３１），固定在绝缘座Ｉ（２１）上的铝支撑板Ｉ（２０）、固定在铝支撑板Ｉ（２０）上的铝连接板Ｉ（１９）、与铝连接板Ｉ（１９）相连的乳胶管Ｉ（２２）、与乳胶管Ｉ（２２）相连的铜管Ｉ（２４）；固定在绝缘座ＩＩ（２３）上的铝支撑板ＩＩ（９）、固定在铝支撑板ＩＩ（９）上的铝连接板ＩＩ（８）、与铝连接板ＩＩ（８）相连的乳胶管ＩＩ（７）、与乳胶管ＩＩ（７）相连的铜管ＩＩ（６）；固定在绝缘座ＩＩＩ（３１）上的铝支撑板ＩＩＩ（３２）、固定在铝支撑板ＩＩＩ（３２）上的铝连接板ＩＩＩ（３０）、与铝连接板ＩＩＩ（３０）相连的乳胶管ＩＩＩ（２９）和乳胶管ＩＶ（３３）、与乳胶管ＩＩＩ（２９）相连的铜管ＩＩＩ（２８）、与乳胶管ＩＶ（３３）相连的铜管ＩＶ（３５）；安装在工作台（３４）上的玻璃防护罩（３９）；以及电流采集模块（１０），电机控制器（１１），工控机（１２），氩气瓶（１３），焊接电源（１４），水箱（１５），恒流冷却装置（１６），地线Ｉ（１７），地线ＩＩ（１８）；其中铝支撑板Ｉ（２０）和铝支撑板ＩＩＩ（３２）都与地线Ｉ（１７）连接，铝支撑板ＩＩ（９）与地线ＩＩ（１８）连接，地线Ｉ（１７）、地线ＩＩ（１８）、氩气瓶（１３）、水箱（１５）都接到焊接电源（１４）；测力传感器（２５）经串口光电隔离器、串行线与工控机（１２）相连，电流采集模块（１０）和电机控制器（１１）都与工控机（１２）连接；恒流冷却装置（１６）与铝连接板Ｉ（１９）相连，经乳胶管Ｉ（２２）、铜管Ｉ（２４）、左阳极板（２６）、铜管ＩＩＩ（２８）、乳胶管ＩＩＩ（２９）、铝连接板ＩＩＩ（３０）、乳胶管ＩＶ（３３）、铜管ＩＶ（３５）、右阳极板（３７）、铜管ＩＩ（６）、乳胶管ＩＩ（７）、铝连接板ＩＩ（８）接回恒流冷却装置（１６），其中铜管、乳胶管、铝连接板和左阳极板（２６）、右阳极板（３７）上的孔径均相等，左阳极（２６）、右阳极板（３７）上表面位于同一平面。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈树君，陶东波，鲁永生，白韶军，于洋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11
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