[发明专利]一种测量电弧电流密度分布的装置

说明书

技术领域

本发明属于电弧特性测试领域，具体涉及一种测量电弧电流密度分布的方法和装置。

背景技术

电弧电流密度是表征焊接电弧特性的主要参数之一，它能直接反应焊接电弧在工件表面的电流分布情况，进一步反映了电弧给焊件的热输入量分布，这与焊接过程中表现出来的熔池形态、熔深尺寸、熔滴过渡、焊缝成形等都有密切关系。

对于直流TIG电弧，研究工作多集中于：阳极表面电流密度的分布状况，因为这不仅能反映工件表面阳极热斑的能量密度、比热流大小及其分布规律，而且能反映工件的热输入状况。在这一过程中，不仅可以获悉等TIG弧离子体内部的一些重要性质和基本过程，从而了解焊接电弧等离子体内部的物理化学现象，把握和控制电弧等离子体中各种反应过程。同时，也为提高电弧的电热转换效率、降低能耗，控制热输入，改善焊缝成形提供了重要依据，对于焊接过程的计算机模拟、焊接接头组织性能的预测及质量控制具有重要意义。因此对电弧的电流密度分布的研究在科学研究和工程应用上都具有极其重要的意义。

在国内外对等离子体电弧的研究过程中指出由于电弧中复杂的电、磁、流体以及热效应的相互作用，在计算电弧时的边界条件难于确定，使得模拟这种电弧受到了很大的阻碍，因此目前一般在电弧的研究过程中给出以下假设条件:

(1)电弧处于局部热平衡(LTE)状态。

(2)电弧是稳定的、轴对称的、光学薄的，流动处于层流状态的。所谓光学薄的是指辐射热的重新吸收与总的辐射热损失相比较是可以忽略的；对于电弧稳定性的理解是电弧在某一特定的条件下，长时间的、连续的保持其宏观状态和性能不变。

(3)重力和粘性效应所导致的热损失忽略不计。

在本测量过程中，电弧相对于接收部件是缓慢、匀速运动的，因此可以忽略电弧和阳极之间的粘性效应及相对运动所导致的电弧形态变化，可以认为测量过程中电弧在阳极板上的截面保持圆形不变。

目前测量电弧电流密度的方法包括分裂阳极法、烧蚀痕迹分析法、高速摄影法、发射光谱分析法等间接测量法和探针法等直接测量法。每种测量方法都存在着或多或少的问题，所测得的实验结果仍无法精确地反映出实际情况。目前较为流行的测量方法为分裂阳极法。北京工业大学陈树君在其专利“电弧电流密度分布和电弧压力分布联合测试的装置及方法”（申请号201110086928.2）中，提出一种分裂阳极法测量电弧电流密度分布。该方法以中间绝缘的两个并联阳极为电弧的阳极端。在测量过程中，电弧首先在右阳极板上引弧产生，随后沿垂直于两阳极板交界处方向向左阳极板运动。测量左阳极板上的电流值大小，通过一系列的运算，从而实现对电弧电流密度的测量。这种方法虽然可有效检测出电流值大小，但其累积误差较大。该装置由于设置了左右阳极板的中间绝缘层，则在测量过程中不可避免损失掉中间绝缘层部分的电弧电流。而本发明则采取通过测量透过一定宽度的缝隙的电流值来实现对整个电弧的电流密度分布的测量，避免了这种损失。

准确地描述电弧电流密度分布，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。本发明能够测量出TIG电弧在阳极上的电流密度分布情况，并且具有设备制作简单，操作简便，测量过程可靠，后期数据处理简单，能直观反映电流密度分布等优势。

发明内容

本发明的目的针对现有技术中存在的设备复杂，测量精度不够，测量结果不直观等不足，提供了一种测量电弧电流密度分布的方法和装置，该方法具有设备简单，测量精度高，后期数据处理简单，能直观反映电流密度分布。

为了实现以上目的，本发明提供了以下的技术解决方案：

本发明提供了一种测量电弧电流密度分布的装置，本装置包括测量平台、固定在测量平台上的竖直滑动槽、固定在竖直滑动槽上的第一电机、设置在竖直滑动槽上的第一丝杆、设置在第一丝杆上的第一滑动块、设置在第一滑动块上的焊枪夹持件、垂直设置在焊枪夹持件上的TIG焊枪，固定在测量平台上的水平滑动槽、设置在水平滑动槽上的第二滑动块、设置在水平滑动槽上的第二丝杆、装配在第二丝杆上的第二电机、固定在第二滑动块上的电流接收传感装置，所述的电流接收传感装置垂直设置在TIG焊枪下方，屏蔽线将电流接收传感装置、采样电阻、采集卡-计算机系统连接。其中，第一滑动块在第一丝杆的带动下，沿着竖直滑动槽做竖直方向的滑动；第二滑动块在第二丝杆的带动下，沿着水平滑动槽做水平方向的滑动。