CN109967828A - 一种电弧热-力参数的同步测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电弧热‑力参数的同步测量系统，包括电弧燃烧系统、定位装置和数据采集系统；电弧燃烧系统包括焊机、焊枪和阳极结构；定位装置包括工作架、设置在工作架上用于水平移动阳极结构的水平调节装置和设置在工作架上的用于调节焊枪的垂直位置的垂直调节装置；数据采集系统包括计算机、数据采集卡、温度调理模块、电压模块、霍尔传感器和压力传感器。本发明可以对焊接电弧热‑力参数同时进行测量，获得同一焊接条件的热‑力参数，实现对电弧热‑力行为的同步表征，避免了传统的同一焊接条件下的多次测量，同时提高了对相同焊接条件下的电弧热‑力参数的表征精度。

Description

一种电弧热-力参数的同步测量系统

技术领域

本发明涉及焊接电弧测试技术领域，具体涉及一种电弧热-力参数的同步测量系统。

背景技术

焊接电弧是一种应用非常广泛的焊接热源，热效率和电弧力是表征电弧特性非常重要的参数。电弧热表征母材吸收电弧热的比例，是决定焊接热输入的一个重要参数，电弧力对焊接熔池的产生压迫作用，使熔池表面产生下凹变形，对焊缝成形，尤其是高速焊接的焊缝成形具有显著的作用，是在高速焊接时产生咬边和驼峰等焊接缺陷的关键因素之一。因此，这些参数的测量对于焊接电弧和焊缝成形的控制，以获得高质量的焊接接头具有重要的参考价值和实际意义。

一直以来，众多的研究者采用不同的测量系统对相关参数进行了测量。但是，传统的测量方法大多针对某一参数进行，对多种参数采用不同的测量系统，因而不能同步测量其中的多个参数，这种非同步的测量需要分多次燃烧电弧，即使在同一个设定的焊接条件下，也很难保证所针对的焊接电弧完全一致。目前，有一些测量方法可以同时获得电弧的电流和压力的分布参数，但是对电弧热和力的参数进行同步测量的方法还有待开发。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电弧热-力参数的同步测量系统，可以同时对焊接的电弧热-力参数进行测量，获得同一焊接条件的电弧热-力参数，实现对电弧热-力行为的同步表征，避免了传统的同一焊接条件下的多次测量，同时提高了对相同焊接条件下的电弧热-力参数的表征精度。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种电弧热-力参数的同步测量系统包括电弧燃烧系统、定位装置和数据采集系统；

所述电弧燃烧系统包括焊机、焊枪和阳极结构，所述焊机的电源的负极与所述焊枪相连、正极与所述阳极结构相连；

所述定位装置包括工作架、设置在所述工作架上用于水平移动所述阳极结构的水平调节装置和设置在所述工作架上的用于调节所述焊枪的垂直位置的垂直调节装置，所述水平调节装置包括左右调节机构和前后调节机构，所述垂直调节装置包括设置在所述工作架上的主调机构、设置在所述主调机构的顶部的横梁和设置所述横梁的另一端的微调机构和设置在所述微调机构下端的用于夹紧所述焊枪的夹紧机构；

所述数据采集系统包括计算机、数据采集卡、温度调理模块、电压模块、霍尔传感器和压力传感器；所述计算机与所述数据采集卡的输出端相连，所述数据采集卡的输入端分别与温度调理模块、电压模块、霍尔传感器和压力传感器相连；所述温度调理模块的两个输入端分别与设置在所述水冷箱的进口处的第一热电偶和设置在所述水冷箱的出口处的第二热电偶相连，所述电压模块的两个输入端分别与所述焊机的焊枪和阳极板相连，所述霍尔传感器套装在连接焊机的电源的正极与阳极板间的正极电线上，所述压力传感器的输入端通过管路与设置在所述阳极结构上的压力测试孔相连。

进一步，所述阳极结构包括上端开口的冷水箱和设置在所述冷水箱的上端开口处的阳极板，所述水冷箱和阳极板间设置支撑柱，所述支撑柱上设置有贯穿水冷箱与阳极板的所述压力测试孔；所述阳极板的下端设置有多个伸入水冷箱的内腔的散热翅片。

进一步，所述压力测试孔的直径为0.4～0.8mm，所述压力测试孔的下端设置有便于密封连接管路的内螺纹孔。

进一步，所述水冷箱的前后两侧的侧壁和底壁上均设置有多个便于所述散热翅片插入的凹槽，所述散热翅片包括多个第一散热翅片和多个第二散热翅片，多个所述第一散热翅片的上端与所述阳极板相连、后端插入所述水冷箱的后侧壁上的凹槽中、下端插入所述水冷箱的底壁上的凹槽中、前端与所述水冷箱的前侧壁间形成便于通水的第一通水口，多个所述第二散热翅片的上端与所述阳极板相连、前端插入所述水冷箱的前侧壁上的凹槽中、下端插入所述水冷箱的底壁上的凹槽中、后端与所述水冷箱的后侧壁间形成便于通水的第二通水口。

进一步，所述水冷箱的四周及底部的外壁均设置有隔热层。

进一步，所述水冷箱采用钢板制造，所述阳极板采用铜板制造，所述阳极板通过焊接固定在所述水冷箱上，所述阳极板的表面设置有多个接线柱。

进一步，所述左右调节机构包括通过两个滑轨与所述工作架可左右滑动相连的第一平台和用于移动所述第一平台的第一电缸，所述前后调节结构包括可沿所述第一平台前后滑动的第二平台和用于移动所述第二平台的第二电缸。

进一步，所述主调节机构包括与所述工作架相连的第一外柱和滑动设置在所述第一外柱中的第一内柱和用于移动所述第一内柱的第三电缸；所述微调机构包括第二外柱、滑动设置在所述第二外柱中的第二内柱和用于移动所述第二内柱的第四电缸，所述夹紧机构包括设置在所述第二内立柱的下端的固定板和可拆卸的设置在所述固定板上的压板。

进一步，所述工作架的两侧设置有便于所述滑轨穿过的滑轨孔，所述滑轨的一端设置有六方头、另一端设置有便于通过锁紧螺母固定在所述工作架上的外螺纹、中部为导向部，所述导向部的截面为圆形，所述第一平台上设置有与便于所述滑轨通过的过孔，所述过孔的两端设置有衬套，所述衬套与所述导向部配合，所述衬套的内径小于过孔的直径；所述第一平台的上表面设置有燕尾形导轨，所述第二平台上设置有与所述燕尾形导轨配合的导轨槽。

进一步，所述定位装置还包括用于控制所述定位装置的控制箱，所述控制箱包括箱体、设置在所述箱体中的PLC控制器和设置在所述箱体的表面的触摸式显示屏，所述PLC与所述触摸式显示屏、第一电缸、第二电缸、第三电缸和第四电缸电性连通。

与现有技术相比，本发明是有益效果为：

第一、通过数据采集系统中的温度调理模块、电压模块、霍尔传感器、第一热电偶和第二热电偶，在测试力的过程中同步对电弧热参数进行测量。

第二、通过在水冷箱与阳极板间设置散热翅片，可减少定位装置的冷却水的用量并提高测试效率。

第三、通过在定位装置中设置水平调节装置，便于在测试组装过程中调节阳极结构的位置，在测试阳极板表面电弧力的径向分布时，移动阳极结构，实现对电弧力分布的二维测量。

第四、定位装置的垂直调节装置中分别设置主调节机构和微调节机构，通过设置主调节机构便于快速将焊枪调节到测试初始位置，通过设置微调节机构，便于根据测试要求调节焊枪与阳极板的距离。

附图说明

图1是本发明的一种电弧热-力参数的同步测量系统的连接示意图；

图2是本发明的阳极结构的结构示意图；

图3是本发明的定位装置的结构示意图；

图4是本发明的定位装置的水平调节装置的结构示意图；

图5是本发明的衬套与第一平台的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

参见附图1至5所示，本发明的一种电弧热-力参数的同步测量系统，包括电弧燃烧系统1、定位装置2和数据采集系统3；

电弧燃烧系统1包括焊机11、焊枪12和阳极结构13；阳极结构13包括上端开口的冷水箱131和设置在冷水箱131的上端开口处的阳极板132，水冷箱131和阳极板132间设置支撑柱133，支撑柱133上设置有贯穿水冷箱131与阳极板132的压力测试孔134，阳极板132的下端设置有多个伸入水冷箱131的内腔的散热翅片135；焊机11的电源的负极与焊枪12相连、正极与阳极板132相连；通过设置散热翅片，减少定位装置的冷却水的用量，并提高测试效率；

定位装置2包括工作架21、设置在工作架21上用于水平移动阳极结构13的水平调节装置22和设置在工作架21上的用于调节焊枪12的垂直位置的垂直调节装置23，水平调节装置22包括左右调节机构221和前后调节机构222，垂直调节装置23包括设置在工作架上的主调机构231、设置在主调节机构231的顶部的横梁232和设置横梁232的另一端的微调机构233和设置在微调机构233下端的用于夹紧焊枪12的夹紧机构234；通过设置水平调节装置，便于在测试组装过程中调节阳极结构的位置，在测试阳极板表面电弧力的径向分布时，移动阳极结构，当压力测试孔经过电弧边缘逐渐向中心移动，经过阴极正下方并完全通过电弧覆盖的区域，就可以得到阳极表面电弧力的径向分布，通过移动测试孔的前后位置，并重复与上述类似的步骤，就可以得到阳极表面电弧力的二维分布；通过设置主调节机构便于快速将焊枪调节到测试初始位置，通过设置微调节机构，便于根据测试要求调节焊枪与阳极板的距离；

数据采集系统3包括计算机31、数据采集卡32、温度调理模块33、电压模块34、霍尔传感器38和压力传感器35；计算机31与数据采集卡32的输出端相连，数据采集卡32的输入端分别与温度调理模块33、电压模块34、霍尔传感器38和压力传感器35相连；温度调理模块33的两个输入端分别与设置在水冷箱131的进口处的第一热电偶36和设置在水冷箱131的出口处的第二热电偶37相连，进水口和出水口温度由第一、二热电偶测量，将信号通过温度调理模块后转换，最后由数据数据采集卡采集并在计算机记录并保存，根据进、出水口的水的温度、水的密度和比热等参数可获得阳极吸收的热量；电压模块34的两个输入端分别与焊机12的电源的负极和阳极板132相连，霍尔传感器38套装在连接焊机12的电源的正极与阳极板132间的正极电线上；电弧在阴极和水冷铜阳极之间燃烧，电压模块并联在阴极和阳极之间，可获得电弧的电压，经电压模块后进入数据采集卡，由计算机记录并保存，根据电压和电流可获得电弧功率，结合电弧功率和阳极吸收热量，可以获得电弧热效率；压力传感器35的输入端通过管路与设置在阳极结构上的压力测试孔134相连；电弧在压力测试孔上方移动过程中，压力测试孔的内部压力的变化由压力传感器变换为电信号，并将其输入数据采集卡，由计算机记录并作简要处理，便可得到压力随位置的变化规律。

进一步，压力测试孔134的直径为0.5～0.8mm，压力测试孔134的下端设置有便于连接管路的内螺纹孔，内螺纹孔的螺纹为锥螺纹，设置内螺纹孔，便于通过管道连通压力测试孔与压力传感器。

进一步，水冷箱131的前后两侧的侧壁和底壁上均设置有多个便于散热翅片135插入的凹槽，增加水的流动阻力，减少水从翅片与水冷箱的底壁和前后两侧壁间的间隙流过的量，使得较多的水从翅片间的流道流动、带走更多的热量，散热翅片135包括多个第一散热翅片和多个第二散热翅片，多个第一散热翅片的上端与阳极板132相连、后端插入水冷箱131的后侧壁上的凹槽中、下端插入水冷箱131的底壁上的凹槽中、前端与水冷箱131的前侧壁间形成便于通水的第一通水口，多个第二散热翅片的上端与阳极板132相连、前端插入水冷箱131的前侧壁上的凹槽中、下端插入水冷箱131的底壁上的凹槽中、后端与水冷箱131的后侧壁间形成便于通水的第二通水口。

进一步，水冷箱131的四周及底部的外壁均设置有隔热层136，通过设置隔热层，减少水冷箱的散热量，有利于提高测试电弧热的精度。

进一步，水冷箱131采用钢板制造，阳极板132采用铜板制造，通过采用不同的材料制造水冷箱和阳极板，便于节约成本；阳极板132通过焊接固定在水冷箱131上，阳极板132的表面设置有多个接线柱137。

进一步，左右调节机构221包括通过两个滑轨2211与工作架21可左右滑动相连的第一平台2212和用于移动第一平台2212的第一电缸2213，前后调节结构222包括可沿第一平台2212前后滑动的第二平台2221和用于移动第二平台2221的第二电缸2222，主调节机构231包括与工作架21相连的第一外柱和滑动设置在第一外柱中的第一内柱和用于移动第一内柱的第三电缸；微调机构233包括第二外柱、滑动设置在第二外柱中的第二内柱和用于移动第二内柱的第四电缸，夹紧机构234包括设置在第二内立柱的下端的固定板和可拆卸的设置在固定板上的压板。

进一步，工作架21的两侧设置有便于滑轨2211穿过的滑轨孔，滑轨2211的一端设置有六方头、另一端设置有便于通过锁紧螺母固定在工作架上21的外螺纹、中部为导向部，导向部的截面为圆形，第一平台2212上设置有与便于滑轨2211通过的过孔，过孔的两端设置有衬套2214，衬套2214与导向部配合，衬套2214的内径小于过孔的直径；第一平台2212的上表面设置有燕尾形导轨，第二平台2221上设置有与燕尾形导轨配合的导轨槽。

进一步，定位装置2还包括用于控制定位装置2的控制箱24，控制箱24包括箱体、设置在箱体中的PLC控制器和设置在箱体的表面的触摸式显示屏，通过设置PLC控制器便于控制定位装置，PLC控制系统属于现有技术，不再敖述；PLC与触摸式显示屏、第一电缸、第二电缸、第三电缸和第四电缸电性连通；通过设置PLC控制系统可以实现自动测试，提高测试的准确性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，包括电弧燃烧系统、定位装置和数据采集系统；

所述电弧燃烧系统包括焊机、焊枪和阳极结构，所述焊机的电源的负极与所述焊枪相连、正极与所述阳极结构相连；

所述定位装置包括工作架、设置在所述工作架上用于水平移动所述阳极结构的水平调节装置和设置在所述工作架上的用于调节所述焊枪的垂直位置的垂直调节装置，所述水平调节装置包括左右调节机构和前后调节机构，所述垂直调节装置包括设置在所述工作架上的主调机构、设置在所述主调机构的顶部的横梁和设置在所述横梁的另一端的微调机构和设置在所述微调机构下端的用于夹紧所述焊枪的夹紧机构；

所述数据采集系统包括计算机、数据采集卡、温度调理模块、电压模块、霍尔传感器和压力传感器；所述计算机与所述数据采集卡的输出端相连，所述数据采集卡的输入端分别与温度调理模块、电压模块、霍尔传感器和压力传感器相连；所述温度调理模块的两个输入端分别与设置在所述水冷箱的进口处的第一热电偶和设置在所述水冷箱的出口处的第二热电偶相连，所述电压模块的两个输入端分别与所述焊机的焊枪和阳极板相连，所述霍尔传感器套装在连接焊机的电源的正极与阳极板间的正极电线上，所述压力传感器的输入端通过管路与设置在所述阳极结构上的压力测试孔相连。

2.根据权利要求1所述的一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，所述阳极结构包括上端开口的冷水箱和设置在所述冷水箱的上端开口处的阳极板，所述水冷箱和阳极板间设置支撑柱，所述支撑柱上设置有贯穿水冷箱与阳极板的所述压力测试孔；所述阳极板的下端设置有多个伸入水冷箱的内腔的散热翅片。

3.根据权利要求1所述的一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，所述压力测试孔的直径为0.4～0.8mm，所述压力测试孔的下端设置有便于连接管路的内螺纹孔。

4.根据权利要求2所述的一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，所述水冷箱的前后两侧的侧壁和底壁上均设置有多个便于所述散热翅片插入的凹槽，所述散热翅片包括多个第一散热翅片和多个第二散热翅片，多个所述第一散热翅片的上端与所述阳极板相连、后端插入所述水冷箱的后侧壁上的凹槽中、下端插入所述水冷箱的底壁上的凹槽中、前端与所述水冷箱的前侧壁间形成便于通水的第一通水口，多个所述第二散热翅片的上端与所述阳极板相连、前端插入所述水冷箱的前侧壁上的凹槽中、下端插入所述水冷箱的底壁上的凹槽中、后端与所述水冷箱的后侧壁间形成便于通水的第二通水口。

5.根据权利要求1所述的一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，所述水冷箱的四周及底部的外壁均设置有隔热层。

6.根据权利要求2所述的一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，所述水冷箱采用钢板制造，所述阳极板采用铜板制造，所述阳极板通过焊接固定在所述水冷箱上，所述阳极板的表面设置有多个接线柱。

7.根据权利要求1所述的一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，所述左右调节机构包括通过两个滑轨与所述工作架可左右滑动相连的第一平台和用于移动所述第一平台的第一电缸，所述前后调节结构包括可沿所述第一平台前后滑动的第二平台和用于移动所述第二平台的第二电缸。

8.根据权利要求7所述的一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，所述主调节机构包括与所述工作架相连的第一外柱和滑动设置在所述第一外柱中的第一内柱和用于移动所述第一内柱的第三电缸；所述微调机构包括第二外柱、滑动设置在所述第二外柱中的第二内柱和用于移动所述第二内柱的第四电缸，所述夹紧机构包括设置在所述第二内立柱的下端的固定板和可拆卸的设置在所述固定板上的压板。

9.根据权利要求8所述的一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，所述工作架的两侧设置有便于所述滑轨穿过的滑轨孔，所述滑轨的一端设置有六方头、另一端设置有便于通过锁紧螺母固定在所述工作架上的外螺纹、中部为导向部，所述导向部的截面为圆形，所述第一平台上设置有与便于所述滑轨通过的过孔，所述过孔的两端设置有衬套，所述衬套与所述导向部配合，所述衬套的内径小于过孔的直径；所述第一平台的上表面设置有燕尾形导轨，所述第二平台上设置有与所述燕尾形导轨配合的导轨槽。

10.根据权利要求8所述的一种电弧热-力参数的同步测量系统，其特征在于，所述定位装置还包括用于控制所述定位装置的控制箱，所述控制箱包括箱体、设置在所述箱体中的PLC控制器和设置在所述箱体的表面的触摸式显示屏，所述PLC与所述触摸式显示屏、第一电缸、第二电缸、第三电缸和第四电缸电性连通。