本發(fā)明涉及一種對進(jìn)式電弧特性檢測裝置及方法，屬于電弧測試技術(shù)領(lǐng)域，具體應(yīng)用于非熔化極焊接，涉及焊接電弧物理特性測量及焊接工藝領(lǐng)域的研究。

背景技術(shù)：

電弧是兩電極間在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象，由英國人Davy在1802年發(fā)現(xiàn)，直到1885年俄國人Benardo發(fā)明了碳弧焊法后，電弧才作為一種熱源廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，逐漸深入到汽車、機(jī)械制造、軍事、航天及民用日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)揮著越來越重要的作用。而對電弧本身的認(rèn)知，了解電弧的作用機(jī)理是進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝的基礎(chǔ)。使用壓力傳感器、氣壓計(jì)、力平衡法以及分裂陽極法等對電弧力輸出進(jìn)行測試分析，使用光譜診斷法和熱平衡法對電弧溫度進(jìn)行測量分析。

電弧作為一種特殊的低溫?zé)岬入x子體，對其電特性尤其是各向異性的研究幾乎為零，但是對于通常的非載流等離子體各向異性的研究卻是相對較多的，發(fā)現(xiàn)非載流等離子體的電子溫度、重離子碰撞、空間等離子體壓力及等離子刻蝕等具有各向異性。由于電弧溫度極高，并且?guī)щ?，使用通常的探針測試裝置不能實(shí)現(xiàn)對電弧的檢測，為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種對進(jìn)式電弧特性檢測裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有探針檢測裝置不能對電弧特性檢測的問題，為了實(shí)現(xiàn)對電弧這一高溫載流等離子體特性的檢測，本發(fā)明提供了一種對進(jìn)式電弧特性檢測裝置及方法。該方法通過檢測探針相向進(jìn)入電弧時(shí)的電壓對電弧特性進(jìn)行檢測，其裝置為有源探針檢測裝置，結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，使用方便可靠。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為如下：

一種對進(jìn)式電弧特性檢測裝置，其特征在于：該檢測裝置包括焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(3)、焊槍(4)、電源(5)、采樣電阻(6)、電壓采集模塊A(25)、工控機(jī)(26)、電機(jī)控制器(27)、固定支架(28)；

焊槍(4)安裝于焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(3)上，焊接電源及其控制系統(tǒng)(2)與焊槍(4)連接；電源(5)與采樣電阻(6)、針探針A(13)、探針B(17)構(gòu)成檢測回路，采樣電阻(6)兩端與電壓采集模塊A(25)的兩端并連，電壓采集模塊A(25)與工控機(jī)(26)連接；

電機(jī)A(7)的輸出軸與聯(lián)軸器A(8)的一端連接，聯(lián)軸器A(8)另一端安裝有絲杠套組A(9)，支撐板A(10)安裝于絲杠套組A(9)上，支座A(12)安裝于支撐板A(10)上，絕緣支撐座A(14)安裝于支座A(12)上，探針A(13)安裝于絕緣支撐座A(14)上；電機(jī)B(24)的輸出軸與聯(lián)軸器B(23)的一端連接，聯(lián)軸器B(23)另一端安裝有絲杠套組B(22)，支撐板B(21)安裝于絲杠套組B(22)上，支座B(19)安裝于支撐板B(21)上，絕緣支撐座B(18)安裝于支座B(19)上，探針B(17)安裝于絕緣支撐座B(18)上；工件(15)通過塑料軟管A(11)、塑料軟管B(20)與水箱(29)連通構(gòu)成冷卻回路，進(jìn)行水冷；工件(15)通過絕緣座(16)安裝于固定支架(28)上；電機(jī)A(7)、電機(jī)B(24)與電機(jī)控制器(27)連接，電機(jī)控制器(27)與工控機(jī)(26)連接；電流采集模塊(30)安裝在焊接電源及其控制系統(tǒng)(2)和工件(15)連通的線纜上，電壓采集模塊(31)的兩端分別與焊接電源及其控制系統(tǒng)(2)的兩極并聯(lián)，電流采集模塊(30)、電壓采集模塊B(31)分別與工控機(jī)(26)連接；氬氣瓶(1)和焊接電源及其控制系統(tǒng)(2)連接。

一種對進(jìn)式電弧特性檢測方法，其特征在于：在電機(jī)控制器(27)的控制下電機(jī)A(7)和電機(jī)B(24)同時(shí)正向轉(zhuǎn)動或反向轉(zhuǎn)動，電機(jī)A(7)連通聯(lián)軸器A(8)帶動絲杠套組A(9)中的絲杠轉(zhuǎn)動，使安裝其上的支撐板A(12)平行運(yùn)動，電機(jī)B(24)連通聯(lián)軸器B(23)帶動絲杠套組B(22)中的絲杠轉(zhuǎn)動，使安裝在其上的支撐板B(21)平行運(yùn)動，并使支撐板A(12)和支撐板B(21)相向運(yùn)動與相背運(yùn)動交替變換；探針A(13)、探針B(17)之間的距離通過調(diào)節(jié)探針A(13)、探針B(17)的伸出長度實(shí)現(xiàn)，探針A(13)、探針B(17)的高度變化分別通過安裝于支座A(12)上的絕緣支撐座A(14)和安裝于支座B(19)上的絕緣支撐座B(18)進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(3)對安裝其上的焊槍(4)的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多位置測量。

探針A(13)、探針B(17)的運(yùn)動形式為相向運(yùn)動與相背運(yùn)動交替變換。

探針A(13)、探針B(17)，一個(gè)接電源正極，一個(gè)接電源負(fù)極。

檢測時(shí)，將檢測裝置中的探針A(13)、探針B(17)軸線與焊槍(4)的軸心重合或平行，探針A(13)、探針B(17)往復(fù)相向進(jìn)入電弧區(qū)域并對不同電弧區(qū)域依次掃描，對電弧的電特性進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測探針A(13)、探針B(17)間的電壓變化來確定電弧的電特性。

所述電弧為非熔化極電弧。

采樣電阻(6)的阻值為50Ω～2000Ω。

探針A(13)、探針B(17)采用高溫合金材料并對其進(jìn)行隔熱絕緣處理，直徑為1mm～3mm，長度為250mm～1500mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)如下：

1)能夠?qū)崿F(xiàn)對電弧這一載流等離子體的特性檢測；

2)檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于制造。

3)檢測方便，可靠實(shí)用，開斷迅速；

附圖說明

圖1為對進(jìn)式測量裝置的工作示意圖。

圖2為進(jìn)式測量裝置前視圖。

圖3為進(jìn)式測量裝置左視圖。

圖中：1、氬氣瓶，2、焊接電源及其控制系統(tǒng)，3、焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，4、焊槍，5、電源，6、采樣電阻，7、電機(jī)A，8、聯(lián)軸器A，9、絲杠套組A，10、支撐板A，11、塑料軟管A，12、支座A，13、探針A，14、絕緣支撐座A，15、工件，16、絕緣座，17、探針B，18、絕緣支撐座B，19、支座B，20、塑料軟管B，21、支撐板B，22、絲杠套組B，23、聯(lián)軸器B，24、電機(jī)B，25、電壓采集模塊A，26、工控機(jī)，27、電機(jī)控制器，28、固定支架，29、水箱，30、電流采集模塊，31、電壓采集模塊B。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖具體的說明本發(fā)明的實(shí)施方式，圖1為對進(jìn)式測量裝置的工作示意圖。

如圖1-3所示，安裝于焊槍調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3上的焊槍4垂直置于工件15之上，保證焊槍的軸線與探針A13和探針B17構(gòu)成的直線重合；探針A13安裝于絕緣支撐座A14上，絕緣支撐座A14安裝于支座A12上，支座A12安裝于支撐板A10上，探針B17安裝于絕緣支撐座B18上，絕緣支撐座B18安裝于支座B19上，支座B19安裝于支撐板B21上，絕緣支座在支座上的高度及探針伸出絕緣支座的長度均可調(diào)節(jié)；電機(jī)A7、聯(lián)軸器A8、絲杠套組A9及支撐板A10，電機(jī)B24、聯(lián)軸器B23、絲杠套組B22及支撐板B21構(gòu)成驅(qū)動兩探針相向運(yùn)動的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，電機(jī)控制器27控制電機(jī)A7和電機(jī)B24同步反向轉(zhuǎn)動，使支撐板A10和支撐板B21相向運(yùn)動與相背運(yùn)動交替變換并控制其移動速度和移動距離；探針A13、探針B17、采樣電阻6、電源5和電壓采集模塊A25構(gòu)成采樣回路，從兩探針相向進(jìn)入電弧空間到兩探針相背離開電弧空間，工控機(jī)26會采集到其兩端的電壓信號變化；為了減小實(shí)驗(yàn)過程中工件燒損金屬蒸對電弧特性的影響，工件15通過塑料軟管A11和塑料軟管B20連通水箱29構(gòu)成冷卻回路進(jìn)行水冷；焊接電源及其控制系統(tǒng)2、焊槍4、工件15構(gòu)成電氣回路，與該焊接方法有關(guān)焊槍所需的水路和氣路及焊接過程中焊接回路電信號采集線路的連接方式采用常規(guī)的接法；為了使測試過程中探針在電弧中處于靜默狀態(tài)，在進(jìn)入電弧空間的探針端進(jìn)行絕緣隔熱處理，僅留出探針的端面。

此焊接方法包括以下步驟：

采用上述結(jié)構(gòu)的有源探針對電弧特性進(jìn)行檢測時(shí)，首先將電氣回路、采樣回路、冷卻回路及焊槍的氣路水路連接完畢；其次將兩探針均移置靠近焊槍側(cè)的端點(diǎn)并處于焊槍和工件之間，兩探針處于同一直線并與焊槍軸線重合或平行，調(diào)整焊槍位置使其垂直于兩探針構(gòu)成直線的軸線與兩探針的對稱軸重合或平行，調(diào)整兩探針伸出絕緣支座的長度使兩探針之間距離在0～15mm之間調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)絕緣支座的高度使兩探針間的高度差及距工件高度在0mm到弧高之間調(diào)節(jié)；然后開啟電機(jī)對不同電弧區(qū)域進(jìn)行依次掃描，將兩探針均移至遠(yuǎn)離焊槍的一側(cè)，通過電機(jī)控制器對探針的運(yùn)動速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，引燃電弧，兩探針不斷的往復(fù)相向進(jìn)入電弧和相背離開電弧，當(dāng)探針處于電弧空間時(shí)，采樣回路會瞬時(shí)接通，兩探針間的電壓會不斷變化，電壓值會隨著探針間距、探針高度差、探針距工件高度、焊接參數(shù)的變化而變化，通過matlab編程完成對數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算，完成對電弧特性的檢測。

檢測裝置中電阻的阻值為50Ω～2000Ω，探針采用高溫合金材料并對其進(jìn)行隔熱絕緣處理，探針直徑為1mm～3mm，長度為250mm～1500mm，電源為5V～36V開關(guān)電源。