专利名称：焊接电弧弧柱电流密度测量装置的制作方法
焊接电弧弧柱电流密度测量装置
技术领域：
本发明属于焊接电弧物理测量领域；特别涉及一种非熔化极气体保护焊电弧电流密度测量装置。
背景技术：
从19世纪末产生现代焊接技术以来，不管是从焊接方法，还是从焊接工艺上，都有了巨大的进步，由于焊接具有成形方便、适应性强、成本相对较低等优点，使它几乎渗透到工业的各个方面。随着机械化，自动化的发展，当今各行业对焊接质量也提出了更高的要求，尤其是航空、航天以及国防等高技术工业。而在焊接应用方面，电弧焊占主导地位，所以对于电弧焊的研究从来没有中断过。焊接电弧是气体放电的一种形式，作为焊接热源，它具有超高温度的特点(可高达上万摄氏度)。这就给焊接电弧的研究带来了很大的麻烦。其中焊接电弧的电流密度是电弧的重要参数之一。电弧的电流密度分布直接决定了电弧热流密度的分布，热流密度的分布决定了电弧对焊件的热输入方式。因此，电弧电流密度的分布影响着熔池的形状、焊缝的结晶成型，最后影响到焊接质量。所以对焊接电弧电流密度的准确测量具有重要的理论研究意义，对于焊接质量的保证具有重要的指导意义。焊接电弧电流密度的测量是电弧研究中的一个难点，主要有通过分裂阳极计算法和探针法两种测量方法。分裂阳极计算法在一定程度上对高温和绝缘的要求相对较低，但是此方法是在假设电弧截面为圆形的基础上进行的，虽然有一定的合理性，但是通用性差。 并且在实际工况下很难保证电弧截面为圆形。另外，存在误差累积，使计算结果误差大。探针法可以比较直观的得到准确的测量结果，但是面临高温(使探针熔化)和绝缘(探针与阳极板之间)两大难题。
发明内容本发明的目的在于提供一种测量焊接电弧弧柱电流密度测量装置，该装置结构简单，可以实现较大焊接电流电弧电流密度的测量，测量方法直观，结果准确度高。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案—种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，包括两块分离的阳极板，在两块阳极板内设有冷却水通道；在两块阳极板对接处，分别开设槽，槽的内壁设有一层绝缘层，钨探针被夹持在两块阳极板的两个槽中，钨探针从阳极板的下方伸出的部分通过引出导线连接分流
ο分流器的两端连接有数据采集卡。所述绝缘层为Al2O3涂层，其厚度为0. 1 0. 15mm。所述槽为半圆柱槽，其半径为0.6mm。两块分离的阳极板通过螺栓紧固，将钨探针夹持于两块阳极板的两个槽间。钨探针的直径为1mm。
所述测量装置还包括机架，机架上安装有丝杠，丝杠上安装有与丝杠螺纹配合的滑块，丝杆通过电动机带动；滑块上固定有焊枪。两块阳极板设置于焊枪下方。所述测量装置还包括一焊接电源，所述焊枪连接焊接电源的一极；所述阳极板和分流器电性连接焊接电源的另一极。所述阳极板通过导线直接连接焊接电源的另一极。与现有技术相比，本发明的有益效果在于本发明焊接电弧弧柱电流密度测量装置，通过在两块水冷铜极板上开设半圆柱槽，槽内附一层Al2O3等离子涂层，将钨探针夹持于其间，探针下面连接导线，并与分流器相连后接入焊接电源；测量时，电机带动丝杠转动， 丝杠带动滑块及焊枪做水平运动，使电弧与探针发生相对运动，达到测量的目的。本发明装置能够对焊接电弧弧柱的电流密度进行连续测量，并得到焊接电弧弧柱的电流密度随电弧弧柱的径向分布情况；该装置结构简单，可以实现较大焊接电流电弧电流密度的测量，测量方法直观，结果准确度高。本发明采用的原理是探针法，因为本装置在阳极板里设有U型孔，另外通过等离子喷涂来制备绝缘层，使绝缘层与阳极板紧密结合在一起，螺栓将探针紧紧的夹在了槽里， 与绝缘层接触也非常紧密，所以达到了很好的传热效果，冷却效果好，可以实现大电流的测量。本发明装置准确度高一是因为所采用的方法为探针法；第二，因为绝缘层通过等离子喷涂来实现，结合性能好，起到很好的绝缘效果，并且所喷涂绝缘层非常薄(O. 1 0. 15mm)， 这样，对电弧整体形态的影响及电弧截面的电流密度的影响也是比较小的；所以测量结果比较准确。
图1是本发明装置的整体示意图；其中滑块1可由丝杠7带动进行图示的两个方向的运动(V)，焊枪6固定在滑块1上，随滑块1运动；丝杠7由电动机2带动，可以正反转； 其中3为测量装置；4为探针；实际测量时，电弧5与探针4相对运动，电流从探针4经引出导线，连接分流器后流入电源；通过测量分流器两端的电压求得此电流值，除以探针横截面积即得到电流密度；图2是本发明装置测量部分示意图；两块阳极板30表面上的四个相同的孔8用于连接电源线及固定阳极板；两个9孔接进水口，10孔接出水口 ；11是紧固螺栓，可以保证两块阳极板30把探针4夹紧，以达到较好的冷却效果；图3是单侧水冷铜极的结构示意图；其上设有进出水孔、螺栓孔、接线孔及放置探针的半圆柱槽；图4是图3的左视图；图5是图3的俯视图；图6是电弧弧柱通过探针的示意图；电弧5经过探针4的三个状态，13为电弧边缘恰与探针相接触，14为探针处于电弧弧柱的中心，15为测量恰要结束时的状态。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述
请参阅图1至图6所示，本发明焊接电弧弧柱电流密度测量装置3，包括两块分离的阳极板30，在两块阳极板30内挖U型孔(冷却水通道)，通过通入两阳极板30内的流动水，来实现阳极板30和钨探针4的冷却。在两块阳极板30对接处，分别开设半圆柱槽12， 采用等离子喷涂的方法在槽12的内径喷涂一层Al2O3涂层，起绝缘作用。将钨探针4夹在两个槽12中，通过铜阳极板30两则的紧固螺栓11夹紧，使钨探针4能与阳极板30上的 Al2O3涂层紧密接触，以达到较好的冷却效果。从阳极板30的下方钨探针4的伸出部分引出导线，连接分流器，再接入电源另一极。将分流器两端引出导线接数据采集卡。本发明焊接电弧弧柱电流密度测量装置还包括机架，机架上安装有丝杠7，丝杠7 上安装有与丝杠螺纹配合的滑块1，丝杆7通过电动机2带动，可以进行正转或反转；丝杆7 转动进而带动滑块1沿丝杆7轴向运动；滑块1上固定有焊枪6。本发明中半圆柱槽12的半径为0. 6mm，等离子喷涂层厚度为0. 1 0. 15mm，所用钨探针4直径为1mm，在紧固螺栓11的作用下达到紧密接触，实现冷却，以便连续测量。测量时，电机2带动丝杠7转动，使得焊枪6沿导轨方向运动，在电弧弧柱5通过探针4时，通过实时连续采集分流器上的电压，读入数据采集卡，最后将采集到的实时数据送入Labview处理转变成电流密度值，并进行保存。即得到了焊接电弧的电流密度分布。实现了对电流密度延径向分布的测量。本发明的工作原理为当焊接弧柱作用于两水冷铜极之间的探针上时，与探针对应面积处的电流从探针流过，即从分流器中测得的电流值I为该面积S内流过的电流，根据
I
公式φ = 一即得到了电流密度。丝杠的转动，使得焊接电弧与探针产生相对运动，即可得
S
到焊接电弧弧柱的电流密度随电弧弧柱的径向分布情况。
权利要求
1.一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，包括两块分离的阳极板(30)， 在两块阳极板(30)内设有冷却水通道；在两块阳极板(30)对接处，分别开设槽(12)，槽 (12)的内壁设有一层绝缘层，钨探针(4)被夹持在两块阳极板(30)的两个槽(1 中，钨探针(4)从阳极板(30)的下方伸出的部分通过引出导线连接分流器。
2.根据权利要求1所述的一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，分流器的两端连接有数据采集卡。
3.根据权利要求1所述的一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，所述绝缘层为Al2O3涂层，其厚度为0. 1 0. 15mm。
4.根据权利要求1所述的一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，槽(12) 为半圆柱槽，其半径为0. 6mm。
5.根据权利要求1所述的一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，两块分离的阳极板(30)通过螺栓紧固，将钨探针⑷夹持于两块阳极板(30)的两个槽(12)间。
6.根据权利要求1所述的一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，钨探针 (4)的直径为1mm。
7.根据权利要求1所述的一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括机架，机架上安装有丝杠(7)，丝杠(7)上安装有与丝杠(7)螺纹配合的滑块 (1)，丝杆(7)通过电动机(2)带动；滑块⑴上固定有焊枪(6)。
8.根据权利要求7所述的一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，两块阳极板(30)设置于焊枪(6)下方。
9.根据权利要求7或8所述的一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括一焊接电源，所述焊枪(6)连接焊接电源的一极；所述阳极板(30)和分流器连接焊接电源的另一极。
10.根据权利要求9所述的一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，其特征在于，所述阳极板(30)通过导线直接连接焊接电源的另一极。
全文摘要
本发明公开了一种焊接电弧弧柱电流密度测量装置，包括两块分离的阳极板，在两块阳极板内设有冷却水通道；在两块阳极板对接处，分别开设槽，槽的内壁设有一层绝缘层，钨探针被夹持在两块阳极板的两个槽中，钨探针从阳极板的下方伸出的部分通过引出导线连接分流器。本发明通过在两块水冷铜极板上开设半圆柱槽，槽内附一层Al2O3等离子涂层，将钨探针夹持于其间，探针下面连接导线，并与分流器相连后接入焊接电源；测量时，电机带动丝杠转动，丝杠带动滑块及焊枪做水平运动，使电弧与探针发生相对运动，达到测量的目的。本发明能够对焊接电弧弧柱的电流密度进行连续测量，并得电流密度随电弧弧柱的径向分布情况；结构简单，结果准确度高。
文档编号B23K9/095GK102363234SQ20111031701
公开日2012年2月29日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者孙江涛, 张建勋, 殷咸青, 肖克民, 苟建军 申请人:西安交通大学