[发明专利]一种用于锁孔效应深熔TIG焊的电弧压力测量装置与方法

说明书

本发明公开了一种用于锁孔效应深熔TIG焊的电弧压力测量装置与方法，测量装置包括数据采集卡、运动装置、工控机、K‑TIG焊接电源、K‑TIG焊枪、焊接工作台、水冷铜柱、压力传感器以及冷却水箱，水冷铜柱内部中空且设置有内铜柱，内铜柱的中心开设有贯穿的引导孔，引导孔连接在水冷铜柱的上、下两个端面，水冷铜柱与冷却水箱通过管道连接成循环回路，水冷铜柱的下端部形成有用于安装压力传感器的安装部，焊接工作台连接K‑TIG焊接电源的正极，运动装置驱动K‑TIG焊枪移动，K‑TIG焊枪连接K‑TIG焊接电源的负极，引导孔用于通过K‑TIG焊枪发出的焊接电弧。该测量装置能适应大电流高热输入环境下电弧压力分布的测量，有效避免水冷铜柱及引导孔的受热畸变与烧损。

技术领域

本发明涉及电弧压力测量技术领域，特别涉及一种用于锁孔效应深熔TIG焊的电弧压力测量装置与方法。

背景技术

锁孔效应深熔TIG焊(K-TIG)具有焊接过程不需开坡口、单面一次焊透且双面成形、焊接速度快、焊接效率高等优点。K-TIG焊接显著的特点是焊接过程中锁孔的存在，该锁孔是由于大电流下的电弧压力与熔池熔融金属的表面张力及重力的平衡产生。锁孔的形成与大电流下的电弧压力息息相关，而锁孔的形态及稳定性又对焊接的熔深及焊缝成形具有显著影响。故研究改良K-TIG焊接绕不开对大电流下电弧压力的测量与分析。

目前常用的电弧压力测量方法主要有两种，直接测量法和间接测量法。

直接测量法将压力传感器与水冷铜板通过一定的方式组合，常在水冷铜板上开一小孔，使电弧压力通过小孔传导到压力传感器上，进而测量出电弧压力。这种方法的缺陷在于水冷铜板的烧损，电弧的热作用与焊接电流的平方成正比，为测量电弧压力及其分布，通常需要进行长时间连续测量，这就导致水冷铜板的畸变甚至烧损，严重影响电弧压力测量的精度。为测量电弧压力的分布，目前的方法常在水冷铜板周围布置位移装置，造成整套电弧压力测量装置的复杂与臃肿。

间接测量法将电弧压力的测量转变为对其它较易测量的物理量的测量，常用的有气压计液柱测量与力平衡位移测量。气压计液柱测量法通过将电弧压力导引至U型管使U型管两侧液柱出现高度差，将高度差转换成电弧压力，这种方法避免了测量装置的烧损，然而具有响应慢、延时大的缺点。力平衡位移测量通过天平放大一端所受的电弧力产生的位移变化，使用位移传感器或光电编码器测量位移变化进而得出电弧压力的大小，该方法只能测得一次实验电弧压力的均值，无法测得电弧压力的分布。

发明内容

为解决背景技术中所提及的技术问题，本发明提供一种用于锁孔效应深熔TIG焊的电弧压力测量装置与方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于锁孔效应深熔TIG焊的电弧压力测量装置，包括数据采集卡、运动装置、工控机、K-TIG焊接电源、K-TIG焊枪、焊接工作台、水冷铜柱、压力传感器以及冷却水箱，所述水冷铜柱内部中空且设置有内铜柱，所述内铜柱的两端贯穿所述水冷铜柱的两端，所述内铜柱的中心开设有贯穿的引导孔，所述引导孔连接在所述水冷铜柱的上、下两个端面，所述水冷铜柱的侧壁上具有相对布设的进水口和出水口，所述冷却水箱通过管道分别与进水口和出水口连通，以形成循环回路，所述水冷铜柱的下端部形成有用于安装所述压力传感器的安装部，所述引导孔贯穿所述安装部且与所述压力传感器相对，所述水冷铜柱安装在所述焊接工作台上，所述焊接工作台连接所述K-TIG焊接电源的正极，所述K-TIG焊枪设置在所述运动装置上，所述运动装置驱动所述K-TIG焊枪移动，所述K-TIG焊枪连接所述K-TIG焊接电源的负极，所述引导孔用于通过所述K-TIG焊枪发出的焊接电弧，所述压力传感器用于测量电弧压力，所述数据采集卡与所述压力传感器电连接，所述数据采集卡和所述运动装置均与所述工控机电连接。

进一步地，所述安装部为外凸柱体结构，所述外凸柱体结构开有正对所述引导孔的管螺纹孔，所述压力传感器螺接在所述管螺纹孔内。