CN106238870B - 一种对进式电弧特性检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对进式电弧特性检测装置及方法，具体应用于非熔化极焊接，属于电弧测试技术领域。本装置包括探针运动机构、有源探针系统、焊枪调节机构、冷却回路等，其中探针运动机构为对进式。探针在往复的相向进入和相背离开电弧空间时，对两探针间的电压信号变化进行采集，实现对不同探针间距、探针不同高度、探针不同高度差及不同工艺参数时电压信号的采集对采集数据进行处理计算，做出电弧特性曲线。本发明的优点在于检测装置结构简单，成本低；检测方便，能够对电弧这一载流等离子体的特性进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种对进式电弧特性检测装置及方法，属于电弧测试技术领域，具体应用于非熔化极焊接，涉及焊接电弧物理特性测量及焊接工艺领域的研究。
背景技术
电弧是两电极间在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，由英国人Davy在1802年发现，直到1885年俄国人Benardo发明了碳弧焊法后，电弧才作为一种热源广泛应用于工业生产中，逐渐深入到汽车、机械制造、军事、航天及民用日常生活等各个领域，并发挥着越来越重要的作用。而对电弧本身的认知，了解电弧的作用机理是进一步优化焊接工艺的基础。使用压力传感器、气压计、力平衡法以及分裂阳极法等对电弧力输出进行测试分析，使用光谱诊断法和热平衡法对电弧温度进行测量分析。
电弧作为一种特殊的低温热等离子体，对其电特性尤其是各向异性的研究几乎为零，但是对于通常的非载流等离子体各向异性的研究却是相对较多的，发现非载流等离子体的电子温度、重离子碰撞、空间等离子体压力及等离子刻蚀等具有各向异性。由于电弧温度极高，并且带电，使用通常的探针测试装置不能实现对电弧的检测，为了解决上述问题，本发明提出了一种对进式电弧特性检测装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有探针检测装置不能对电弧特性检测的问题，为了实现对电弧这一高温载流等离子体特性的检测，本发明提供了一种对进式电弧特性检测装置及方法。该方法通过检测探针相向进入电弧时的电压对电弧特性进行检测，其装置为有源探针检测装置，结构简单，易于制造，使用方便可靠。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为如下：
一种对进式电弧特性检测装置，其特征在于：该检测装置包括焊枪调节机构(3)、焊枪(4)、电源(5)、采样电阻(6)、电压采集模块A(25)、工控机(26)、电机控制器(27)、固定支架(28)；
焊枪(4)安装于焊枪调节机构(3)上，焊接电源及其控制系统(2)与焊枪(4)连接；电源(5)与采样电阻(6)、针探针A(13)、探针B(17)构成检测回路，采样电阻(6)两端与电压采集模块A(25)的两端并连，电压采集模块A(25)与工控机(26)连接；
电机A(7)的输出轴与联轴器A(8)的一端连接，联轴器A(8)另一端安装有丝杠套组A(9)，支撑板A(10)安装于丝杠套组A(9)上，支座A(12)安装于支撑板A(10)上，绝缘支撑座A(14)安装于支座A(12)上，探针A(13)安装于绝缘支撑座A(14)上；电机B(24)的输出轴与联轴器B(23)的一端连接，联轴器B(23)另一端安装有丝杠套组B(22)，支撑板B(21)安装于丝杠套组B(22)上，支座B(19)安装于支撑板B(21)上，绝缘支撑座B(18)安装于支座B(19)上，探针B(17)安装于绝缘支撑座B(18)上；工件(15)通过塑料软管A(11)、塑料软管B(20)与水箱(29)连通构成冷却回路，进行水冷；工件(15)通过绝缘座(16)安装于固定支架(28)上；电机A(7)、电机B(24)与电机控制器(27)连接，电机控制器(27)与工控机(26)连接；电流采集模块(30)安装在焊接电源及其控制系统(2)和工件(15)连通的线缆上，电压采集模块(31)的两端分别与焊接电源及其控制系统(2)的两极并联，电流采集模块(30)、电压采集模块B(31)分别与工控机(26)连接；氩气瓶(1)和焊接电源及其控制系统(2)连接。
一种对进式电弧特性检测方法，其特征在于：在电机控制器(27)的控制下电机A(7)和电机B(24)同时正向转动或反向转动，电机A(7)连通联轴器A(8)带动丝杠套组A(9)中的丝杠转动，使安装其上的支撑板A(12)平行运动，电机B(24)连通联轴器B(23)带动丝杠套组B(22)中的丝杠转动，使安装在其上的支撑板B(21)平行运动，并使支撑板A(12)和支撑板B(21)相向运动与相背运动交替变换；探针A(13)、探针B(17)之间的距离通过调节探针A(13)、探针B(17)的伸出长度实现，探针A(13)、探针B(17)的高度变化分别通过安装于支座A(12)上的绝缘支撑座A(14)和安装于支座B(19)上的绝缘支撑座B(18)进行调节；通过焊枪调节机构(3)对安装其上的焊枪(4)的位置进行调节进而实现多位置测量。
探针A(13)、探针B(17)的运动形式为相向运动与相背运动交替变换。
探针A(13)、探针B(17)，一个接电源正极，一个接电源负极。
检测时，将检测装置中的探针A(13)、探针B(17)轴线与焊枪(4)的轴心重合或平行，探针A(13)、探针B(17)往复相向进入电弧区域并对不同电弧区域依次扫描，对电弧的电特性进行检测，根据检测探针A(13)、探针B(17)间的电压变化来确定电弧的电特性。
所述电弧为非熔化极电弧。
采样电阻(6)的阻值为50Ω～2000Ω。
探针A(13)、探针B(17)采用高温合金材料并对其进行隔热绝缘处理，直径为1mm～3mm，长度为250mm～1500mm。
与现有技术相比，本发明方法的优点如下：
1)能够实现对电弧这一载流等离子体的特性检测；
2)检测装置结构简单、成本低、易于制造。
3)检测方便，可靠实用，开断迅速；
附图说明
图1为对进式测量装置的工作示意图。
图2为进式测量装置前视图。
图3为进式测量装置左视图。
图中：1、氩气瓶，2、焊接电源及其控制系统，3、焊枪调节机构，4、焊枪，5、电源，6、采样电阻，7、电机A，8、联轴器A，9、丝杠套组A，10、支撑板A，11、塑料软管A，12、支座A，13、探针A，14、绝缘支撑座A，15、工件，16、绝缘座，17、探针B，18、绝缘支撑座B，19、支座B，20、塑料软管B，21、支撑板B，22、丝杠套组B，23、联轴器B，24、电机B，25、电压采集模块A，26、工控机，27、电机控制器，28、固定支架，29、水箱，30、电流采集模块，31、电压采集模块B。
具体实施方式
以下结合附图具体的说明本发明的实施方式，图1为对进式测量装置的工作示意图。
如图1-3所示，安装于焊枪调节机构3上的焊枪4垂直置于工件15之上，保证焊枪的轴线与探针A13和探针B17构成的直线重合；探针A13安装于绝缘支撑座A14上，绝缘支撑座A14安装于支座A12上，支座A12安装于支撑板A10上，探针B17安装于绝缘支撑座B18上，绝缘支撑座B18安装于支座B19上，支座B19安装于支撑板B21上，绝缘支座在支座上的高度及探针伸出绝缘支座的长度均可调节；电机A7、联轴器A8、丝杠套组A9及支撑板A10，电机B24、联轴器B23、丝杠套组B22及支撑板B21构成驱动两探针相向运动的运动机构，电机控制器27控制电机A7和电机B24同步反向转动，使支撑板A10和支撑板B21相向运动与相背运动交替变换并控制其移动速度和移动距离；探针A13、探针B17、采样电阻6、电源5和电压采集模块A25构成采样回路，从两探针相向进入电弧空间到两探针相背离开电弧空间，工控机26会采集到其两端的电压信号变化；为了减小实验过程中工件烧损金属蒸对电弧特性的影响，工件15通过塑料软管A11和塑料软管B20连通水箱29构成冷却回路进行水冷；焊接电源及其控制系统2、焊枪4、工件15构成电气回路，与该焊接方法有关焊枪所需的水路和气路及焊接过程中焊接回路电信号采集线路的连接方式采用常规的接法；为了使测试过程中探针在电弧中处于静默状态，在进入电弧空间的探针端进行绝缘隔热处理，仅留出探针的端面。
此焊接方法包括以下步骤：
采用上述结构的有源探针对电弧特性进行检测时，首先将电气回路、采样回路、冷却回路及焊枪的气路水路连接完毕；其次将两探针均移置靠近焊枪侧的端点并处于焊枪和工件之间，两探针处于同一直线并与焊枪轴线重合或平行，调整焊枪位置使其垂直于两探针构成直线的轴线与两探针的对称轴重合或平行，调整两探针伸出绝缘支座的长度使两探针之间距离在0～15mm之间调节，调节绝缘支座的高度使两探针间的高度差及距工件高度在0mm到弧高之间调节；然后开启电机对不同电弧区域进行依次扫描，将两探针均移至远离焊枪的一侧，通过电机控制器对探针的运动速度进行调节，引燃电弧，两探针不断的往复相向进入电弧和相背离开电弧，当探针处于电弧空间时，采样回路会瞬时接通，两探针间的电压会不断变化，电压值会随着探针间距、探针高度差、探针距工件高度、焊接参数的变化而变化，通过matlab编程完成对数据的处理和计算，完成对电弧特性的检测。
检测装置中电阻的阻值为50Ω～2000Ω，探针采用高温合金材料并对其进行隔热绝缘处理，探针直径为1mm～3mm，长度为250mm～1500mm，电源为5V～36V开关电源。
Claims (8)
1.一种对进式电弧特性检测装置，其特征在于：该检测装置包括焊枪调节机构(3)、焊枪(4)、电源(5)、采样电阻(6)、电压采集模块A(25)、工控机(26)、电机控制器(27)、固定支架(28)；
焊枪(4)安装于焊枪调节机构(3)上，焊接电源及其控制系统(2)与焊枪(4)连接；电源(5)与采样电阻(6)、探针A(13)、探针B(17)构成检测回路，采样电阻(6)两端与电压采集模块A(25)的两端并连，电压采集模块A(25)与工控机(26)连接；
电机A(7)的输出轴与联轴器A(8)的一端连接，联轴器A(8)另一端安装有丝杠套组A(9)，支撑板A(10)安装于丝杠套组A(9)上，支座A(12)安装于支撑板A(10)上，绝缘支撑座A(14)安装于支座A(12)上，探针A(13)安装于绝缘支撑座A(14)上；电机B(24)的输出轴与联轴器B(23)的一端连接，联轴器B(23)另一端安装有丝杠套组B(22)，支撑板B(21)安装于丝杠套组B(22)上，支座B(19)安装于支撑板B(21)上，绝缘支撑座B(18)安装于支座B(19)上，探针B(17)安装于绝缘支撑座B(18)上；工件(15)通过塑料软管A(11)、塑料软管B(20)与水箱(29)连通构成冷却回路，进行水冷；工件(15)通过绝缘座(16)安装于固定支架(28)上；电机A(7)、电机B(24)与电机控制器(27)连接，电机控制器(27)与工控机(26)连接；电流采集模块(30)安装在焊接电源及其控制系统(2)和工件(15)连通的线缆上，电压采集模块B(31)的两端分别与焊接电源及其控制系统(2)的两极并联，电流采集模块(30)、电压采集模块B(31)分别与工控机(26)连接；氩气瓶(1)和焊接电源及其控制系统(2)连接。
2.根据权利要求1所述一种对进式电弧特性检测装置，其特征在于：采样电阻(6)的阻值为50Ω～2000Ω。
3.根据权利要求1所述一种对进式电弧特性检测装置，其特征在于：探针A(13)、探针B(17)采用高温合金材料并对其进行隔热绝缘处理，直径为1mm～3mm，长度为250mm～1500mm。
4.利用权利要求1所述装置进行的一种对进式电弧特性检测方法，其特征在于：在电机控制器(27)的控制下电机A(7)和电机B(24)同时正向转动或反向转动，电机A(7)连通联轴器A(8)带动丝杠套组A(9)中的丝杠转动，使安装其上的支撑板A(12)平行运动，电机B(24)连通联轴器B(23)带动丝杠套组B(22)中的丝杠转动，使安装在其上的支撑板B(21)平行运动，并使支撑板A(12)和支撑板B(21)相向运动与相背运动交替变换；探针A(13)、探针B(17)之间的距离通过调节探针A(13)、探针B(17)的伸出长度实现，探针A(13)、探针B(17)的高度变化分别通过安装于支座A(12)上的绝缘支撑座A(14)和安装于支座B(19)上的绝缘支撑座B(18)进行调节；通过焊枪调节机构(3)对安装其上的焊枪(4)的位置进行调节进而实现多位置测量。
5.根据权利要求4所述的一种对进式电弧特性检测方法，其特征在于：探针A(13)、探针B(17)的运动形式为相向运动与相背运动交替变换。
6.根据权利要求4所述的一种对进式电弧特性检测方法，其特征在于：探针A(13)、探针B(17)，一个接电源正极，一个接电源负极。
7.根据权利要求4所述的一种对进式电弧特性检测方法，其特征在于：检测时，将检测装置中的探针A(13)、探针B(17)轴线与焊枪(4)的轴心重合或平行，探针A(13)、探针B(17)往复相向进入电弧区域并对不同电弧区域依次扫描，对电弧的电特性进行检测，根据检测探针A(13)、探针B(17)间的电压变化来确定电弧的电特性。
8.根据权利要求7所述的一种对进式电弧特性检测方法，其特征在于：所述电弧为非熔化极电弧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20161221 Assignee: Beijing Beigong University Science Park Co.,Ltd. Assignor: Beijing University of Technology Contract record no.: X2024980001854 Denomination of invention: A progressive arc characteristic detection device and method Granted publication date: 20180223 License type: Common License Record date: 20240201 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |