[发明专利]一种测量电弧压力分布和电流密度分布的装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接电弧物理特性测量及焊接工艺领域，具体涉及一种测量 电弧压力分布和电流密度分布的装置及测量方法。

背景技术

电弧，是两个电极之间的一个气体导电体。根据高速摄影仪和SEM扫描电 镜等方法观测电极表面上的烧蚀凹坑，表明电弧是呈圆形。考虑到电弧缓慢 匀速地从左往右运动，电弧受外界的影响很小，对于均匀受压的电弧，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，电弧电流密度的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 电弧压力的分布和电弧电流密度的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。准确地描述电弧压力分 布和电弧电流密度分布，不仅对于深入了解电弧物理的本质具有重要的理论 意义，而且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人们关注的焦点，也是电弧研究的 难点。比如对电弧的电流密度分布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。以往的研究主要是研究宏观的电弧压力、电流密度的测量，而对于微观 电弧压力、电流密度分布的研究不多，并且没有既能测量微观电弧压力分布 又能测量电弧电流密度分布的装置，因此寻找一种合理的测量方法和发明一 种方便实用的测量装置具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能同时测量微观电弧压力分布和电弧电流密 度分布的装置及测量方法，该测量方法和数据处理简单，具有较高的精度和 可信度。

为了实现以上目的，本发明采取了如下技术方案：

一种测量电弧压力分布和电流密度分布的装置包括电机1、定位框6、固 定在定位框6上的导轨2、安装在定位框6上并与电机1相连的丝杠3、安装 在导轨2上的滑动件4、安装在滑动件4下端的焊枪位置调整机构5、设置在 定位框下方的平台面19、固定在平台面19和定位框6之间起到支撑定位框作 用的支撑柱20、放置在平台面上的容器12、放置在容器12内的阳极板和称 重传感器、以及左电流传感器8、左示波器7、右电流传感器21、右示波器 22、左AD转换模块10、右AD转换模块17、左计算机9和右计算机18。其中： 滑动件4连接在丝杠3上，滑动件4在丝杠3的带动下能够沿着导轨2滑动。 所述的阳极板包括位于同一平面内的左阳极板11和右阳极板16，在左阳极板 11和右阳极板16之间设置有绝缘材料，在左阳极板11和容器12之间设置有 左称重传感器24，在右阳极板16与容器12之间设置有右称重传感器26。左 称重传感器24通过左AD转换模块10与左计算机9相连，右称重传感器通过 右AD转换模块17与左计算机18相连。在容器12内设置有冷却液25，左阳 极板11和右阳极板16都浸泡在冷却液25中，左阳极板11与左电流传感器8 相连，左电流传感器8与左示波器7相连；右阳极板接16与右电流传感器21 相连，右电流传感器21与右示波器22相连；焊枪安装在焊枪位置调整机构5 的下端。

在左阳极板11和右阳极板16上开有相同大小的槽，在槽内塞入密度小 于所述冷却液密度的轻质块23。

所述的左电流传感器8与右电流传感器21是相同型号的电流传感器；所 述的左示波器7与右示波器22是相同型号的示波器；所述的左AD转换模块 10与右AD转换模块17是相同型号的AD转换模块；所述的左称重传感器24 与右称重传感器26是相同型号的称重传感器。

所述的绝缘材料的厚度为50微米～150微米。

本发明装置的测量方法：

1)电机1带动丝杠3缓慢匀速转动，使焊枪13在导轨2上缓慢匀速地 从左向右沿垂直绝缘材料14的方向运动，焊枪13与阳极板之间的电弧15随 焊枪也缓慢匀速地从左向右沿垂直绝缘材料14的方向运动，受外界影响小、 受压均匀的电弧其横截面呈圆形，在阳极板上表面的电弧横截面区域记为电 弧圆域。

2)作用在左阳极板上电弧力的采集由左称重传感器24、左AD转换模块 10、左计算机9来实现，并从左计算机上读取电弧力值，记为F₁(x)；

作用在右阳极板上电弧力的采集由右称重传感器26、右AD转换模块17、 右计算机18来实现，并从右计算机上读取电弧力值，记为F(x)；