CN112620879B - 用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，包括箱体一侧安置有焊接/切割工作台，另一侧安置有数据采集装置，数据分析装置和焊接/切割电源，箱体内隔离底面设置有安置工件的托架，托架下端设置夹具，上端与焊接/切割工作台通过滑块连接，箱体上部设置有运动机构，所述运动机构下部向下依次安装有导电杆和导电嘴，导电嘴下端设置有漏电检测导体，并通过固定杆和固定夹连接在导电杆上。本发明的检测系统能够获取水下焊接/切割过程电流信息和电弧漏电流信息，经过对比分析，评估电弧漏电流对水下焊接/切割过程的影响，并且结构简单，制造成本低。本发明还提供了一种利用该检测系统评估水下焊接/切割电弧漏电流的方法。

Description

用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种水下焊接/切割电流检测系统，尤其涉及一种用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统及方法。
背景技术
在海水环境下的水下焊接/切割作业，海水的强导电性使得用于电弧燃烧的少部分电流通过海水流失，存在于电弧周围，这一部分电流即为电弧漏电流。
存在于电弧周围的少量电弧漏电流，可促进引弧，提高电弧稳定性，并且焊缝成型/割口更美观；但在电弧漏电流较大时，工作电流流失过多，使得实际用于焊接/切割的能量不足，难以满足水下焊割过程，严重影响焊接/切割电弧稳定性和焊接/切割质量。因此，对水下焊接/切割过程存在的电弧漏电流进行检测和评估，对提高水下焊割工艺有指导性的意义。
申请号为CN201420833800.7的实用新型专利，介绍了一种可以对脐带电缆磨损状况进行检测的漏电检测装置，具体方法为导线绝缘层内设置检测导体，通过判断导体上是否有漏电流来判断脐带电缆磨损情况。申请号为CN201910802408.3的实用新型专利，专利介绍了一种喷泉漏电检测系统，系统通过采集水下各个位置处的电压，并根据电压判断该位置是否出现漏电情况。但上述两种漏电检测装置及检测方法只能判断水下作业中是否存在漏电流，不能获取漏电流的信息。而电弧漏电流对水下焊接/切割过程的电弧稳定性以及切割质量有较大的影响。因此，需要一种用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，对水下焊接/切割过程的电弧漏电流进行评估和分析。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的技术问题和满足社会需要，提供一种结构简单、使用方便的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统及方法。
本发明能够获取焊接/切割过程中的电弧漏电流信息，并对其进行评估，以此分析电弧漏电流对水下焊接/切割过程的影响。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，包括箱体4，所述箱体4为中空敞口箱体，箱体4的一侧安置有焊接/切割工作台10，另一侧安置有数据采集装置3，数据分析装置1和焊接/切割电源2，箱体4内隔离底面设置有安置工件8的托架11，所述托架11为反Z形结构，位于箱体4内用于安置工件8，下端设置有夹具9，上端延伸出箱体4外与焊接/切割工作台10可移动连接，箱体4敞口上部设置有运动机构15，所述运动机构15下部向下依次安装有导电杆16和导电嘴17，所述导电嘴17下端设置有对应且隔离工件8的漏电检测导体7，所述漏电检测导体7通过多根固定杆12连接于固定夹13，并通过固定夹13套装在导电杆16上，所述导电杆16上端设有导线插口Ⅲ14，通过导线与焊接/切割电源2相连接，所述漏电检测导体7设有导线插口Ⅰ5，通过导线与数据采集装置3相连接，所述工件8设有导线插口Ⅱ6，通过导线与数据采集装置3相连接，所述数据采集装置3通过导线分别与数据分析装置1和焊接/切割电源2相连接。
进一步的，所述运动机构15为具有X、Z轴方向的移动的驱动机构。
进一步的，所述托架11与焊接/切割工作台10可移动连接为通过设置驱动滑块18实现托架11带动工件8在焊接/切割工作台10上沿Y轴方向的移动。
进一步的，所述漏电检测导体7呈环状形，材质为具有导电性能的金属材料。
进一步的，所述环状形漏电检测导体7的内径大于电弧产生的空腔直径。
进一步的，所述固定杆12，固定夹13和导电杆16表面均设置有绝缘层。绝缘层材料需要具有良好的绝缘性能，耐高温，耐腐蚀。所述固定夹13，由螺丝旋紧进行固定，拆卸方便，且便于调整漏电检测导体7的高度。
进一步的，所述数据采集装置3为数据采集卡，负责采集焊接/切割时的电流信息和电弧漏电流信息。
进一步的，所述数据分析装置1为工控机，负责处理和分析采集到的两种电流信息。
进一步的，所述箱体4内灌装有用于焊接/切割的液体，以满足所需的水下焊接/切割的试验环境。
一种用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统的检测方法，包括如下步骤：
(1)将工件8通过夹具9夹紧固定在托架11上；
(2)将漏电检测导体7通过固定夹13调整至与导电嘴17下端高度一致；
(3)通过焊接/切割工作台10和滑块18调整工件8至箱体4的Y轴方向中心位置，通过运动机构15调整导电嘴17至工件X轴方向的中心位置，调整Z轴至导电嘴17下端距离工件8上表面10mm处；
(4)连接和查验导线，形成正确的回路以获取水下焊接/切割的电流信息以及电弧漏电流信息；
(5)将箱体4灌注满水，开启焊接/切割电源2，调节焊接/切割电流、焊接/切割电弧电压、焊接/切割速度参数，引燃电弧进行焊接/切割；焊接/切割时，数据采集装置3采集漏电流信号和焊接/切割电流信号并反馈到数据分析装置1；
(6)焊接/切割结束后，数据分析装置1中的分析软件将两种电流信号处理为波形图，通过波形图的波动、熄弧率以及引弧时间反映电弧稳定性，对比电弧漏电流超过40A焊接/切割时的电流变化和电弧漏电流低于20A焊接/切割时的电流变化，评估电弧漏电流的大小对焊接/切割电弧稳定性的影响，进而分析电弧漏电流对水下焊接/切割过程的影响。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、漏电检测导体被固定在导电嘴周围，焊接/切割时随之移动，能够实时地获取电弧漏电流信息。
2、通过对水下焊接/切割过程漏电检测导体电流信息的采集，与实际切割过程中的电流信息进行对比，根据对比后的结果评估漏电流的大小对焊接/切割电流的影响，以此为根据分析电弧漏电流对水下焊接/切割过程的影响。
3、结构简单，安全可靠，操作方便，制作成本低。
附图说明
图1是本发明的水下焊接/切割电弧漏电流检测系统结构原理示意图。
图2是本发明的位于水下的漏电检测装置等轴测视图。
图3是本发明的Y轴移动装置等轴测视图。
图4是本发明的夹具夹持工件的示意图。
图5是本发明的运动机构在实施例中采用的数控机床等轴测视图。
图中：1.数据分析装置，2.焊接/切割电源，3.数据采集装置，4.箱体，5.导线插口I，6.导线插口II，7.漏电检测导体，8.工件，9.夹具，10.焊接/切割工作台，11.托架，12.固定杆，13.固定夹，14.导线插口III，15.运动机构，16.导电杆，17.导电嘴，18.滑块。
具体实施方式
下面结合附图进一步对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的范围。
如图1～图5所示，为本发明的一种用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，包括箱体4，所述箱体4为中空敞口箱体，箱体4的一侧设置有焊接/切割工作台10，另一侧安置有数据采集装置3，数据分析装置1和焊接/切割电源2，箱体4内隔离底面设置有安置工件8的托架11，所述托架11为反Z形结构，位于箱体4内用于安置工件8，下端设置有夹具9，上端延伸出箱体4外与焊接/切割工作台10可移动连接，箱体4敞口上部设置有运动机构15，所述运动机构15下部向下依次安装有导电杆16和导电嘴17，所述导电嘴17下端设置有对应且隔离工件8的漏电检测导体7，所述漏电检测导体7通过多根固定杆12连接于固定夹13，通过固定夹13套装在导电杆16上，所述导电杆16上端设有导线插口Ⅲ14，通过导线与焊接/切割电源2相连接，所述漏电检测导体7设有导线插口Ⅰ5，通过导线与数据采集装置3相连接，所述工件8设有导线插口Ⅱ6，通过导线与数据采集装置3相连接，所述数据采集装置3通过导线分别与数据分析装置1和焊接/切割电源2相连接。
所述运动机构15为具有X、Z轴方向的移动的驱动机构，在本实施例中采用数控机床。
所述托架11与焊接/切割工作台10可移动连接为通过设置驱动滑块18实现托架11带动工件8在焊接/切割工作台10上沿Y轴方向的移动。
所述漏电检测导体7呈环状形，材质为具有导电性能的金属材料，在本实施例中采用紫铜材料。
所述环状形漏电检测导体7的内径大于电弧产生的空腔直径，在本实施例中应大于电弧产生的空腔直径10mm，避免漏电检测导体7与电弧产生的空腔接触，对漏电流信息产生干扰。
所述固定杆12，固定夹13和导电杆16表面均设置有绝缘层，绝缘层材料需要具有良好的绝缘性能，耐高温，耐腐蚀。在本实施例中采用聚四氟乙烯绝缘层。既避免了电源短路带来的危险又降低了其它导电区域对检测的影响。
所述数据采集装置3为数据采集卡，负责采集焊接/切割电流信息和电弧漏电流信息。
所述数据分析装置1为工控机，负责处理和分析采集到的两种电流信息。
所述箱体4内灌装有用于焊接/切割的液体，在本实施例中采用人工配制海水，以满足所需的水下焊接/切割的试验环境。
本发明的一种用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统的检测方法，包括如下步骤：
(1)将工件8通过夹具9夹紧固定在托架11上。其中工件8为10mm厚的低碳钢板；
(2)将漏电检测导体7通过固定夹13调整至与导电嘴17下端高度一致；
(3)通过焊接/切割工作台10和滑块18调整工件8至箱体4的Y轴方向中心位置，通过数控机床调整导电嘴17至工件X轴方向的中心位置，调整Z轴至导电嘴17下端距离工件8上表面10mm处；
(4)连接和查验导线，形成正确的回路以获取水下焊接/切割的电弧漏电流信息；
(5)将箱体4灌注满水，开启焊接/切割电源2，调节焊接/切割参数，焊接/电流设为400A，电弧电压设为45V，焊接/切割速度为130mm/min，引燃电弧进行焊接/切割；焊接/切割时，漏电检测导体7上的电流信号即为电弧漏电流信号，工件8上的电流信号即为焊接/切割电流信号，数据采集卡采集两种信号并反馈到工控机；
(6)焊接/切割结束后，工控机中的分析软件将两种电流信号处理为波形图，通过波形图的波动、熄弧率以及引弧时间反映电弧稳定性，对比电弧漏电流超过40A焊接/切割时的电流变化和电弧漏电流低于20A焊接/切割时的电流变化，评估电弧漏电流的大小对焊接/切割电弧稳定性的影响，进而分析电弧漏电流对水下焊接/切割过程的影响。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明的创造思想下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，包括箱体(4)，其特征在于：所述箱体(4)为中空敞口箱体，箱体(4)的一侧安置有焊接/切割工作台(10)，另一侧安置有数据采集装置(3)，数据分析装置(1)和焊接/切割电源(2)，箱体(4)内隔离底面设置有安置工件(8)的托架(11)，所述托架(11)为反Z形结构，位于箱体(4)内用于安置工件(8)，下端设置有夹具(9)，上端延伸出箱体(4)外与焊接/切割工作台(10)可移动连接，箱体(4)敞口上部设置有运动机构(15)，所述运动机构(15)下部向下依次安装有导电杆(16)和导电嘴(17)，所述导电嘴(17)下端设置有对应且隔离工件(8)的漏电检测导体(7)，所述漏电检测导体(7)通过多根固定杆(12)连接于固定夹(13)，并通过固定夹(13)套装在导电杆(16)上，所述导电杆(16)上端设有导线插口Ⅲ(14)，通过导线与焊接/切割电源(2)相连接，所述漏电检测导体(7)设有导线插口Ⅰ(5)，通过导线与数据采集装置(3)相连接，所述工件(8)设有导线插口Ⅱ(6)，通过导线与数据采集装置(3)相连接，所述数据采集装置(3)通过导线分别与数据分析装置(1)和焊接/切割电源(2)相连接。
2.如权利要求1所述的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，其特征在于：所述运动机构(15)为具有X、Z轴方向移动的驱动机构。
3.如权利要求1所述的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，其特征在于：所述托架(11)与焊接/切割工作台(10)可移动连接，通过设置驱动滑块(18)实现托架(11)带动工件(8)在焊接/切割工作台(10)上沿Y轴方向移动。
4.如权利要求1所述的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，其特征在于：所述漏电检测导体(7)呈环状形，材质为具有导电性能的金属材料。
5.如权利要求4所述的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，其特征在于：所述环状形漏电检测导体(7)的内径大于电弧产生的空腔直径。
6.如权利要求1所述的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，其特征在于：所述固定杆(12)，固定夹(13)和导电杆(16)表面均设置有绝缘层。
7.如权利要求1所述的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，其特征在于：所述数据采集装置(3)为数据采集卡。
8.如权利要求1所述的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，其特征在于：所述数据分析装置(1)为工控机。
9.如权利要求1所述的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统，其特征在于：所述箱体(4)内灌装有用于焊接/切割的液体。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于评估水下焊接/切割电弧漏电流的检测系统的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将工件(8)通过夹具(9)夹紧固定在托架(11)上；
(2)将漏电检测导体(7)通过固定夹(13)调整至与导电嘴(17)下端高度一致；
(3)通过焊接/切割工作台(10)和滑块(18)调整工件(8)至箱体(4)的Y轴方向中心位置，通过运动机构(15)调整导电嘴(17)至工件X轴方向的中心位置，调整Z轴至导电嘴(17)下端距离工件(8)上表面10mm处；
(4)连接和查验导线，形成正确的回路以获取水下焊接/切割电流信息和电弧漏电流信息；
(5)将箱体(4)灌注满水，开启焊接/切割电源(2)，调节焊接/切割电流、焊接/切割电弧电压、焊接/切割速度参数，引燃电弧进行焊接/切割；焊接/切割时，数据采集装置(3)采集漏电流信号和焊接/切割电流信号并反馈到数据分析装置(1)；
(6)焊接/切割结束后，数据分析装置(1)中的分析软件将两种电流信号处理为波形图，通过波形图的波动、熄弧率以及引弧时间反映电弧稳定性，对比电弧漏电流超过40A焊接/切割时的电流变化和电弧漏电流低于20A焊接/切割时的电流变化，评估电弧漏电流的大小对焊接/切割电弧稳定性的影响，进而分析电弧漏电流对水下焊接/切割过程的影响。
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