[发明专利]超音频脉冲钨极氩弧焊平均电弧力测量平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种电弧力测量平台，更特别地说，是指一种能够实现对钛合金、铝合金、不锈钢等多种航空航天常用金属材料进行快变换超音频脉冲TIG(钨极氩弧焊)焊接电弧力的测量平台。

背景技术

钛合金、铝合金、不锈钢等多种金属材料在航空航天、交通运输、船舶制造等领域应用广泛，其焊接技术和工艺决定了焊缝成型质量和成型后的工件性能。铝合金的传统焊接方法是采用交流钨极氩弧焊，而钛合金和不锈钢则采用直流钨极氩弧焊。在生产实践中，传统氩弧焊焊件存在抗拉强度低、断面伸展率小、硬化裂纹趋势明显以及气孔较多等缺点；随着材料加工技术的发展，出现了脉冲氩弧焊并在生产实践中得到应用，在一定程度上提高了焊件的力学性能，并对其焊后组织优化产生了积极作用，然而，由于受焊接电源主电路设计方法的限制，传统脉冲钨极氩弧焊电源输出电流切换速率较低，仅为5A/μs，在铝合金焊接中，将出现数微秒的电流过零死区，导致熄弧现象；为了解决上述问题，焊接工作者成功研制了快变换超音频脉冲钨极氩弧焊焊新工艺，可实现输出电流超过50A/μs的切换速率，脉冲电流频率0～80kHz可调，基于这一新工艺，多种常用金属材料焊后力学性能得到较大提高，以电弧力为基础探索该新工艺焊接接头优化机理成为目前研究的重点。

电弧力是电弧物理现象分析中的重要组成部分，电弧力作用于熔池上，对熔池具有搅拌作用，影响焊缝金属结晶过程。研究结果表明，快变换超音频脉冲TIG(钨极氩弧焊)焊接时，周期性变化的电弧压力对熔池的搅拌作用能够破碎枝晶，增加熔池的结晶中心，促进焊缝晶粒细化，同时，脉冲电流幅值、频率、占空比，电流上升沿和下降沿的变化速率以及电弧力能够对电弧形态及其热力作用等产生作用，进而影响焊接电弧行为和熔池流动行为，最终决定了焊缝成型和焊接质量，因此，研究分析电弧力学特性对快变换超音频脉冲TIG焊组织性能优化机理研究具有重要的现实意义和工程意义。

发明内容

本发明的目的是基于精密测力传感器测平均力原理设计了快变换超音频脉冲TIG焊电弧力测量平台，其主要用途在于超音频脉冲TIG焊接的电弧力测量，可实现常用金属材料超音频脉冲焊接电弧力测量；基于四个滑动台配合运动设计了焊枪三自由度运动系统，通过X方向滑动台实现焊枪沿焊缝方向运动，以Y方向滑动台进行钨极顶端与焊缝对中调节，在Z方向由粗调、微调滑动台精确调节钨极顶端与工件的距离，保证焊接试验过程中电弧高度恒定；通过上位机对X方向滑动台的指令控制可保证焊接区域位于测力传感器有效测量范围，同时通过上位机设定的波特率接收测力传感器采集的电弧力数据。试验证明，该测量平台所得数据稳定，可靠性好，其运动系统能较好地实现了焊枪在既定范围、既定高度沿既定方向的稳定运动，有效保证了精密测力传感器所采集数据的准确性以及试验的重复性。通过对电弧力特性完整、系统的数据测量，为分析研究超音频脉冲TIG焊对焊件组织性能优化机理提供依据。

本发明的一种超音频脉冲钨极氩弧焊平均电弧力测量平台，该测量平台包括有焊枪(20)、X方向滑动台(1)、Y方向滑动台(2)、Z方向粗调滑动台(3)、Z方向微调滑动台(4)、加工平台(5)、测力传感器(6)、配重体(9)，以及多个用于起支撑和连接作用的支撑连接板；

焊枪(20)安装在F支撑连接件(10F)上，并通过两个锁扣(20A)固定；

F支撑连接件(10F)安装在G支撑连接件(10G)的一端上，G支撑连接件(10G)的另一端安装在Z方向微调滑动台(4)上；Y方向滑动台(2)安装在D支撑连接件(10D)的一端上，Y方向滑动台(2)与Z方向微调滑动台(4)安装在一起，即D支撑连接件(10D)与G支撑连接件(10G)之间是Y方向滑动台(2)与Z方向微调滑动台(4)；D支撑连接件(10D)的另一端与E支撑连接件(10E)的一端连接，E支撑连接件(10E)的另一端上安装有配重体(9)；

X方向滑动台(1)上安装有X方向丝杠(1A)，所述X方向丝杠(1A)上套接有X方向滑块(1B)，X方向滑动台(1)的一端上安装有伺服电机(1C)；X方向丝杠(1A)在伺服电机(1C)的驱动下带动X方向滑块(1B)运动；X方向滑动台(1)的背部通过A支撑连接件(10A)和B支撑连接件(10B)安装在工作平台(5)的侧板(5A)上；