[發明專利]一種電弧弧根電流密度分布測試裝置與測試方法

在審

• 申請號: 201710081653.0
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106799532A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 劉祖明;張紫介;王紹磊;羅震
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K9/095
• 分類號: B23K9/095
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 琪琛

技術領域

本發明屬于電器電弧特性測試技術領域，具體的說，是涉及一種測試電弧電流密度分布的裝置和方法。

背景技術

電弧現象是發生在各種交直流斷路器、接觸器、電弧加熱和電弧焊接等裝置中的基本現象，因而對電弧各項參數研究的深入程度決定著此類裝置的開發水平高低。電弧的工藝性能很大程度取決于它的電流密度分布，電流密度能直接反應焊接電弧在工件表面的電流分布情況，進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出來的熔池形態、熔深尺寸、熔滴過渡、焊縫成形等都有密切關系。

電弧弧根電流密度是電弧的一項重要參數，一直以來都是人們關注的焦點，同時也是電弧研究的難點之一；它決定電弧的熱流密度、弧根區域的溫度、以及電弧對電極的侵蝕率等參數。電弧弧根電流密度分布是指電弧弧根圓內電流承載區域電流分布情況，它決定著弧根區域能流密度分布、弧根區域的溫度分布、以及電弧對電極的侵蝕率分布等分布參數，因此，弧根電流密度分布同樣是電弧的一項重要參數。以往，對電弧弧根的電流密度分布邊界條件是根據經驗設置為軸對稱的隨徑向距離衰減的指數分布，而不是根據實驗測試結果而設置，而實驗測試結果具有更高的可信度，因此通過實驗測試電弧弧根電流密度分布能為為電弧仿真研究提供必要的可靠依據。對電弧弧根電流密度分布進行測試因而成為對電弧實驗研究中一項重要的任務。

一般來說，測量弧根電流密度的方法有高速攝影拍攝電弧弧根瞬時形態的方法和SEM掃描電鏡觀察經電弧弧根燒蝕后電極表面微觀形態的方法，這兩種方法只能用來求解電弧弧根的平均電流密度。當用這兩種方法分析弧根圓域內電流密度分布時，存在著較多難以解決的問題，因此尋找一種合理的且操作簡單的測試電弧弧根電流密度分布方法具有非常重要的現實意義。

發明內容

本發明要解決的是技術問題是提供一種測試步驟及數值處理簡單，制作過程簡便的電弧弧根電流密度分布測試裝置與測試方法，利用兩塊中空箱體結構的水冷銅板作為陽極，通過向水冷銅板內部通入冷卻液體從而使其溫度更快降低，以此解決了從前測試裝置不能長時間工作的問題；中間用很薄的絕緣物質(如云母片)將兩個陽極隔開，并配合示波器、開環霍爾電流傳感器、DAQ數據采集卡和計算機進行測量，可以更便利的測出焊槍電弧電流密度分布，從而更好控制焊接效果。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現：

一種電弧弧根電流密度分布測試裝置，包括第一水冷銅板、第二水冷銅板、絕緣薄片、絕緣石棉底座、電源、焊槍、電阻、示波器、開環霍爾電流傳感器、DAQ數據采集卡、計算機系統、攝像機；

所述第一水冷銅板和所述第二水冷銅板均在各自的兩個相對壁面分別設置有出水管和入水管，用于連接冷卻水循環；所述第一水冷銅板和所述第二水冷銅板作為分裂的兩個陽極，兩者之間間隔有一個厚度為0.05mm的絕緣薄片，所述第一水冷銅板和所述第二水冷銅板和所述絕緣薄片一同固定安裝在所述絕緣石棉底座上；

所述電源的負極與所述焊槍相連，所述電源的正極分為兩條支路，其中一條支路連接所述第一水冷銅板，另一條支路先連接所述電阻再與所述第二水冷銅板相連接；所述示波器的正、負極接線口連接在所述電阻的兩端，且所述示波器與所述開環霍爾電流傳感器串聯，通過所述開環霍爾電流傳感器測出流過所述第二水冷銅板的電流值；所述開環霍爾電流傳感器通過所述DAQ數據采集卡連接到所述計算機系統，以將數據通過所述DAQ數據采集卡傳到所述計算機系統15；

所述焊槍位于所述第一水冷銅板和所述第二水冷銅板表面正上方且所述焊槍所在直線垂直于該表面，用于從所述第一水冷銅板表面以垂直所述絕緣薄片的方向，向所述第二水冷銅板表面移動，并越過所述絕緣薄片；所述攝像機位于所述第一水冷銅板和所述第二水冷銅板表面正上方且位于所述焊槍移動方向的一側，用于跟蹤拍攝所述焊槍電弧在所述第一水冷銅板和所述第二水冷銅板表面上的圓截面，并將照片傳輸給所述計算機系統，經過圖像處理得到圓截面面積。

其中，所述第一水冷銅板和所述第二水冷銅板結構相同，均為長方體的中空箱形結構。

利用上述電弧弧根電流密度分布測試裝置的測試方法，按照如下步驟進行：

(1)開啟所述計算機系統、所述DAQ數據采集卡、所述示波器、所述開環霍爾電流傳感器、所述電源、所述攝像機；

(2)所述第一水冷銅板和所述第二水冷銅板的出水管、入水管連接冷卻水循環，保持所述第一水冷銅板和所述第二水冷銅板內部冷卻水流動；