[發(fā)明專利]一種測量電弧電流密度分布的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210165135.4
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102654529A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周琦;周彥松;周芷蘭;王克鴻;朱軍;黃俊;張德庫;馮曰海;彭勇;景巖;章曉勇
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01R19/08
• 分類號: G01R19/08
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電弧特性測試領(lǐng)域，具體涉及一種測量電弧電流密度分布的方法和裝置。

背景技術(shù)

電弧電流密度是表征焊接電弧特性的主要參數(shù)之一，它能直接反應(yīng)焊接電弧在工件表面的電流分布情況，進(jìn)一步反映了電弧給焊件的熱輸入量分布，這與焊接過程中表現(xiàn)出來的熔池形態(tài)、熔深尺寸、熔滴過渡、焊縫成形等都有密切關(guān)系。

對于直流TIG電弧，研究工作多集中于：陽極表面電流密度的分布狀況，因?yàn)檫@不僅能反映工件表面陽極熱斑的能量密度、比熱流大小及其分布規(guī)律，而且能反映工件的熱輸入狀況。在這一過程中，不僅可以獲悉等TIG弧離子體內(nèi)部的一些重要性質(zhì)和基本過程，從而了解焊接電弧等離子體內(nèi)部的物理化學(xué)現(xiàn)象，把握和控制電弧等離子體中各種反應(yīng)過程。同時(shí)，也為提高電弧的電熱轉(zhuǎn)換效率、降低能耗，控制熱輸入，改善焊縫成形提供了重要依據(jù)，對于焊接過程的計(jì)算機(jī)模擬、焊接接頭組織性能的預(yù)測及質(zhì)量控制具有重要意義。因此對電弧的電流密度分布的研究在科學(xué)研究和工程應(yīng)用上都具有極其重要的意義。

在國內(nèi)外對等離子體電弧的研究過程中指出由于電弧中復(fù)雜的電、磁、流體以及熱效應(yīng)的相互作用，在計(jì)算電弧時(shí)的邊界條件難于確定，使得模擬這種電弧受到了很大的阻礙，因此目前一般在電弧的研究過程中給出以下假設(shè)條件:

(1)電弧處于局部熱平衡(LTE)狀態(tài)。

(2)電弧是穩(wěn)定的、軸對稱的、光學(xué)薄的，流動處于層流狀態(tài)的。所謂光學(xué)薄的是指輻射熱的重新吸收與總的輻射熱損失相比較是可以忽略的；對于電弧穩(wěn)定性的理解是電弧在某一特定的條件下，長時(shí)間的、連續(xù)的保持其宏觀狀態(tài)和性能不變。

(3)重力和粘性效應(yīng)所導(dǎo)致的熱損失忽略不計(jì)。

在本測量過程中，電弧相對于接收部件是緩慢、勻速運(yùn)動的，因此可以忽略電弧和陽極之間的粘性效應(yīng)及相對運(yùn)動所導(dǎo)致的電弧形態(tài)變化，可以認(rèn)為測量過程中電弧在陽極板上的截面保持圓形不變。

目前測量電弧電流密度的方法包括分裂陽極法、燒蝕痕跡分析法、高速攝影法、發(fā)射光譜分析法等間接測量法和探針法等直接測量法。每種測量方法都存在著或多或少的問題，所測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍無法精確地反映出實(shí)際情況。目前較為流行的測量方法為分裂陽極法。北京工業(yè)大學(xué)陳樹君在其專利“電弧電流密度分布和電弧壓力分布聯(lián)合測試的裝置及方法”（申請?zhí)?01110086928.2）中，提出一種分裂陽極法測量電弧電流密度分布。該方法以中間絕緣的兩個(gè)并聯(lián)陽極為電弧的陽極端。在測量過程中，電弧首先在右陽極板上引弧產(chǎn)生，隨后沿垂直于兩陽極板交界處方向向左陽極板運(yùn)動。測量左陽極板上的電流值大小，通過一系列的運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)對電弧電流密度的測量。這種方法雖然可有效檢測出電流值大小，但其累積誤差較大。該裝置由于設(shè)置了左右陽極板的中間絕緣層，則在測量過程中不可避免損失掉中間絕緣層部分的電弧電流。而本發(fā)明則采取通過測量透過一定寬度的縫隙的電流值來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電弧的電流密度分布的測量，避免了這種損失。

準(zhǔn)確地描述電弧電流密度分布，不僅對于深入了解電弧物理的本質(zhì)具有重要的理論意義，而且對于控制焊接質(zhì)量具有重要的實(shí)際意義。本發(fā)明能夠測量出TIG電弧在陽極上的電流密度分布情況，并且具有設(shè)備制作簡單，操作簡便，測量過程可靠，后期數(shù)據(jù)處理簡單，能直觀反映電流密度分布等優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的設(shè)備復(fù)雜，測量精度不夠，測量結(jié)果不直觀等不足，提供了一種測量電弧電流密度分布的方法和裝置，該方法具有設(shè)備簡單，測量精度高，后期數(shù)據(jù)處理簡單，能直觀反映電流密度分布。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了以下的技術(shù)解決方案：

本發(fā)明提供了一種測量電弧電流密度分布的裝置，本裝置包括測量平臺、固定在測量平臺上的豎直滑動槽、固定在豎直滑動槽上的第一電機(jī)、設(shè)置在豎直滑動槽上的第一絲桿、設(shè)置在第一絲桿上的第一滑動塊、設(shè)置在第一滑動塊上的焊槍夾持件、垂直設(shè)置在焊槍夾持件上的TIG焊槍，固定在測量平臺上的水平滑動槽、設(shè)置在水平滑動槽上的第二滑動塊、設(shè)置在水平滑動槽上的第二絲桿、裝配在第二絲桿上的第二電機(jī)、固定在第二滑動塊上的電流接收傳感裝置，所述的電流接收傳感裝置垂直設(shè)置在TIG焊槍下方，屏蔽線將電流接收傳感裝置、采樣電阻、采集卡-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。其中，第一滑動塊在第一絲桿的帶動下，沿著豎直滑動槽做豎直方向的滑動；第二滑動塊在第二絲桿的帶動下，沿著水平滑動槽做水平方向的滑動。