一种钨极氩弧焊电弧力的测量装置与测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电弧技术领域，应用于分析钨极氩弧焊接电弧综合作用，具体涉及一 种钨极氩弧焊电弧力测试装置与方法。
【背景技术】
[0002] 钨极氩弧焊适用于大多数的金属和合金的焊接，可用钨极氩弧焊焊接的金属和合 金包括碳钢、合金钢、不锈钢、耐热合金、难熔金属、铝合金、镁合金、铍合金、铜合金、镍合 金、钛合金和锆合金等等，而且焊接质量较高。随着生产和实践的要求，在钨极氩弧焊的基 础上脉冲氩弧焊、活性氩弧焊等也得到了迅速的应用。电弧物理特性对焊缝的质量与成型 起到了不可忽视的影响。其中电弧力的研究是重点、难点之一。电弧力影响着熔池的几何 形状、焊缝成型等，所以最终也决定着焊接接头的质量。可见电弧压力的测量手段研究对改 善焊接熔池形貌及提高焊接接头的质量有着重要的意义。
[0003] 目前国内外对电弧力的测试方法大概分为两种：一是用玻管气压计测量，该方法 是以U型管液面差来换算出电弧力。二是采用压力传感器的连续测量法。两者都有其优点， 前者操作起来比较简单直观，易于实现，后者则可以实现实时测量。然而以上两种方法也各 有其不足之处。玻管气压计测量一般使用带孔水冷铜板作为测试块，不但不能反映焊接的 实际材料与电弧的作用关系，而且小孔也会对电弧产生一定的影响。尤其是在进行活性氩 弧焊电弧力测试时小孔部分不能涂覆活性剂。而采用传感器的连续测量法设备较为复杂并 且相对较昂贵，而且避免不了焊接时高温对传感器的影响，同时焊接过程中的电磁相互作 用也会对其结果有一定影响。因此寻找一种合理的电弧力测试方法具有重要的实际应用价 值。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于提供一种测试电弧力的装置及方法，主要用于钨极氩弧焊及基于 钨极氩弧焊的焊接方法如活性氩弧焊、脉冲氩弧焊等的电弧力的测量，可以实现常用金属 材料焊接电弧力的测量。测量原理基于杠杆定律及胡克定律，测量过程简单易行，测量误差 小。
[0005] 本发明提供的一种钨极氩弧焊电弧力的测量装置，所述的测量装置包括有起支撑 作用的支撑架；加工有滑道、配重槽的铝合金长方体平衡板，与支撑架相连的两个轴承座， 两个与轴承座配合安装的深沟球轴承，安装在平衡板滑道中的带有凹槽的两个直线轴承， 与轴承座上深沟球轴承及直线轴承配套的轴承杆，使装置维持平衡的配重块，安装在电弧 工作端并带有固定小孔起承托作用的托板，安装在托板与平衡板间的起隔热作用的石棉绝 热片，连接托板与平衡板并起导电作用的固定螺栓，安装在平衡板另一端的十字激光器，安 装在平衡板上起监视是否水平的水平泡，连接支撑架与平衡板端部的弹簧，起固定和夹紧 作用的固定夹，防止在测试过程中由于电弧力（或气体吹力）作用导致电弧工作端产生上 下振动的限位杆，测量数值的标尺。测量装置在电弧工作端上安装有托板及托板与平衡板 间垫有石棉绝热片，托板、石棉绝热片及平衡板间钻有相同尺寸的小孔并用固定螺栓加以 固定，使得平衡板既能承受高温又可以不受隔热材料的影响依然形成电流回路。使用所述 测量装置中的弹簧可以很精准灵敏的反应电弧力。配重槽和配重块不仅可以平衡系统并且 可以抵消气体保护焊气体吹力。电弧力作用于测量端的另一侧，通过平衡板间接的进行测 量，解决了高温电弧不能直接作用于测量端的问题。
[0006] 本发明还提供一种钨极氩弧焊电弧力的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：
[0007] 第一步，将测试块放置在托板上，调节平衡板的滑道与直线轴承的相对位置并进 行配重使得测试装置处于平衡状态（观看水平泡状态），并且使得弹簧处于微张紧状态；
[0008] 第二步，分别测量弹簧上端点到轴承杆轴线的垂直距离^及平衡板电弧作用端到 轴承杆轴线的垂直距离I 2。测量轴承杆轴线至标尺的距离L，并且标记十字激光照射在标 尺上的初始数A1;
[0009] 第三步，打开焊枪电源，调整焊接参数并记录；
[0010] 通过焊枪将电弧力作用于测试块，并且焊枪以均匀速度水平且垂直于平衡板长轴 进行移动。观察并且记录标尺上的读数A 2;
[0011] 第四步，关闭焊枪电源，从测试装置上将测试块取下；
[0012] 第五步，计算电弧力；
[0013] 根据标尺上两次读数差Δ = A2-A^tan δ = (A)/L, tan δ = Δ ' /I1，求得弹簧 在电弧力作用下的变化量Λ'。根据胡克定律求得弹簧弹力F1=K* Λ'，再由杠杆定律 F1 · I1= Fcos δ · 1 2，求出电弧力为F。
[0014] 本发明的有益效果在于：
[0015] 1.本发明突破以往的电弧力测量方法，应用杠杆原理及胡克定律，简单且精准的 测量出电弧力的大小。
[0016] 2.将试样放在托板上，电弧直接作用于金属材料上，可以真实的反应金属材料与 电弧在相互作用下产生的电弧力；改善了使用带小孔的水冷铜板作为测试块的局限性，测 量结果更加真实；同时，避免了使用传感器测量时电磁场的干扰。
【附图说明】
[0017] 图1为非熔化极电弧力测试装置的结构示意图；
[0018] 图2为电弧作用端的托板、石棉绝热片以及平衡板的剖面示意图；
[0019] 图3位非熔化极电弧力测试装置的原理示意图。
[0020] 图中：
【主权项】
1. 一种钨极氩弧焊电弧力的测量装置，其特征在于：所述的测量装置包括平衡板、配 重块、托板、石棉绝热片、固定螺栓、十字激光器、弹簧、限位杆、固定夹、水平泡、轴承座、深 沟球轴承、直线轴承、轴承杆、支撑架和标尺； 支撑架上设置有一对坚直支架，两轴承座分别安装在两个支架上，将两个深沟球轴承 分别与两个轴承座进行配合安装；两个直线轴承分别安装在平衡板两侧面的滑道中；将固 定夹的两个夹片分别套在两个直线轴承上，轴承杆穿过平衡板上的两侧滑道，两端分别固 定在两侧的深沟球轴承与直线轴承上； 平衡板为长方体空心结构，两侧面分别加工滑道，平衡板两端分别为电弧工作端和测 量端，其中，测量端下方挂弹簧，弹簧坚直挂在平衡板与支撑板中间，平衡板的测量端上方 从左到右依次设置十字激光器、配重块和水平泡；平衡板的工作端上表面从下到上依次设 置石棉绝热片和托板，托板用来承托测试块；所述平衡板、石棉绝热片和托板通过两个固定 螺栓连接固定，固定螺栓两端连接螺母； 限位杆两端固定在支撑板上的支架上，高度距离平衡板上表面Imm以内，距离轴承杆 右侧3cm ;标尺坚直放置在平衡板的长轴延长线上，并且位于十字激光器正前方，保证十字 激光线始终照射在标尺上； 当所述平衡板处于水平状态时，弹簧处于拉伸状态张紧。
2. 根据权利要求1所述的一种钨极氩弧焊电弧力的测量装置，其特征在于：所述的托 板和支撑架采用Q235钢板，弹簧弹性刚度K范围0. 1~0. 3N/mm。
3. -种钨极氩弧焊电弧力的测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤， 第一步，将测试块放置在托板上，调节平衡板的滑道与直线轴承的相对位置并进行配 重使得测试装置处于平衡状态，并且使得弹簧处于张紧状态； 第二步，分别测量弹簧上端点到轴承杆轴线的垂直距离I1及平衡板电弧作用端到轴承 杆轴线的垂直距离12;测量轴承杆轴线至标尺的距离L，并且标记十字激光照射在标尺上的 初始数A1; 第三步，打开焊枪电源，调整焊接参数并记录； 通过焊枪将电弧力作用于测试块，并且焊枪以均匀速度水平且垂直于平衡板长轴进行 移动，稳定后观察并且记录标尺上的读数A2; 第四步，关闭焊枪电源，将测试块取下； 第五步，计算电弧力； 根据标尺上两次读数差Δ =A2-A^tanS = (A)/L，tanS = Δ' /I1，求得弹簧在电 弧力作用下的变化量Λ'，根据胡克定律求得弹簧弹力F1=K^A'，再由杠杆定律F1G 1 =Fcos δ · I2，求出电弧力为F。
【专利摘要】本发明公开了一种钨极氩弧焊电弧力的测量装置与测量方法，属于电弧技术领域。所述测量装置包括平衡板、配重块、托板、石棉绝热片、固定螺栓、十字激光器、弹簧、限位杆、固定夹、水平泡、轴承座、深沟球轴承、直线轴承、轴承杆、支撑架和标尺。主要用于钨极氩弧焊及基于钨极氩弧焊的焊接方法的电弧力的测量，可以实现常用金属材料焊接电弧力的测量。测量原理基于杠杆定律及胡克定律，测量过程简单易行，测量误差小；本发明可以真实的反应金属材料与电弧在相互作用下产生的电弧力；改善了使用带小孔的水冷铜板作为测试块的局限性，测量结果更加真实；同时，避免了使用传感器测量时电磁场的干扰。
【IPC分类】B23K9-167, B23K9-095
【公开号】CN104708177
【申请号】CN201510044622
【发明人】马壮, 时海芳, 张勇, 安亚君
【申请人】辽宁工程技术大学, 辽宁科技学院
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年1月28日