專利名稱：異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料力學(xué)測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及異種材料焊接與連接的接頭彎曲角測(cè)量裝置與方法。
背景技術(shù)：
在焊接金屬材料力學(xué)性能測(cè)試及研究中，有一個(gè)非常重要的力學(xué)性能測(cè)試試驗(yàn)——彎曲性能測(cè)試試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)得出彎曲角、抗彎強(qiáng)度、得出相應(yīng)斷裂指標(biāo)，這在國(guó)內(nèi)外都規(guī)定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。檢索國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)在歐專局EPO專利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)中有兩位日本學(xué)者FUKUDA TOSHIHIKO.KUMAGAL MASAKALI對(duì)焊接搭接接頭彎曲性能進(jìn)行了研究，但其采用基本都是固定一端的纏繞式彎曲試驗(yàn)方法與裝置。在實(shí)驗(yàn)中很難直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出彎曲角度數(shù)，同時(shí)也沒有能通過(guò)彎曲角時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)進(jìn)展的試驗(yàn)裝置與方法。已公開的CN101936855A號(hào)專利只是針對(duì)異種材料焊接與連接的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了研究，沒有涉及到彎曲角直接測(cè)量以及彎曲角智能控制測(cè)試實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。另外檢索國(guó)內(nèi)核心期刊網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)很少有文獻(xiàn)記載有關(guān)異種材料焊接接頭彎曲測(cè)試這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，現(xiàn)在基本都采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中提供的裝置進(jìn)行試驗(yàn)。尤其是關(guān)于異種材料焊接接頭彎曲性能測(cè)試報(bào)道的文獻(xiàn)，在對(duì)美國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)USPTO Patent Full-Text and Image D&t&b&se、DII· §_，CIPO' S Canadian Patent Database 等外國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)及核心期刊檢索中，都沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于異種材料焊接接頭彎曲性能測(cè)試及彎曲角測(cè)量方面的文獻(xiàn)報(bào)道。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外常用于材料焊接接頭彎曲性能測(cè)試的方法有三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法，采用三點(diǎn)彎曲裝置。該裝置主要包括加力頭和相對(duì)于加力頭施力方向所在鉛垂面左右對(duì)稱布置的兩個(gè)支輥，還有導(dǎo)軌底座三大部分組成。加力頭下部的凹槽內(nèi)安裝有圓柱形的壓頭，所加施力點(diǎn)就在該圓柱面與試件水平切面的交線處，壓力頭亦位于兩個(gè)支輥的對(duì)稱面上。試樣放置于兩個(gè)支輥所形成的水平支承面上，壓頭位于焊縫中間的正上面，壓頭下壓時(shí)始終應(yīng)保持與焊縫中心線在同一鉛垂面上。工程實(shí)踐中運(yùn)用此裝置測(cè)試異種材料焊接接頭彎曲試驗(yàn)時(shí)，常常會(huì)因?yàn)樵趶澢囼?yàn)過(guò)程中試件滑動(dòng)，焊縫中心線不能始終與壓頭在同一鉛垂面上， 從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效或者誤差很大。另外當(dāng)兩種母材或焊縫和母材的物理彎曲性能有顯著差異時(shí)很難在現(xiàn)有條件下用上述方法完成測(cè)試試驗(yàn)。鑒此國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中也提到了用纏繞式導(dǎo)向彎曲試驗(yàn)方法，該方法主要是采用對(duì)試樣一端固定加緊在具有兩個(gè)平行輥筒的試驗(yàn)裝置內(nèi)，通過(guò)半徑為R的外輥沿以內(nèi)輥軸線為中心的圓弧轉(zhuǎn)動(dòng)，向試樣施加集中載荷，使試樣緩慢連續(xù)的彎曲。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的測(cè)試裝置與方法都只能對(duì)彎曲性能試件進(jìn)行測(cè)試，而不能直接動(dòng)態(tài)智能測(cè)量彎曲角角度；另外現(xiàn)有的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)都是象征性的通過(guò)自身位移特性來(lái)做電子推算彎曲角，其結(jié)果由于受試驗(yàn)機(jī)本身機(jī)械間隙以及傳動(dòng)系統(tǒng)磨損的干擾原因，準(zhǔn)確性大大降低，誤差很大，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)很大的影響。與此同時(shí)前面提到的幾種現(xiàn)有的測(cè)試裝置也不能解決通過(guò)使用彎曲角精確控制試驗(yàn)進(jìn)程保證整個(gè)彎曲性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)按預(yù)期要求進(jìn)行的問(wèn)題；也不能解決使用彎曲角同步半自動(dòng)化精確控制試驗(yàn)進(jìn)展的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種新型的異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量裝置，通過(guò)現(xiàn)有的萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)，控制及數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)能簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確地完成彎曲性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)彎曲角測(cè)量系統(tǒng)半自動(dòng)化控制試驗(yàn)。本發(fā)明所用于異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量裝置其組成結(jié)構(gòu)如下在該裝置的導(dǎo)軌底座上固定有左右對(duì)稱布置的兩支輥，在兩支輥的中部設(shè)有支輥定位軸，支輥的上端面為圓柱體。支輥圓柱體通過(guò)兩個(gè)精密重載荷軸承與兩支輥連接，軸承外端安裝有彎曲角智能測(cè)量系統(tǒng)裝置。與此同時(shí)圓柱體與兩左右對(duì)稱分布的動(dòng)態(tài)同步固定翼板連接；在兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板上同時(shí)裝有試件緊固螺栓，對(duì)其承載的焊接接頭試件實(shí)行動(dòng)態(tài)緊固定位作用，并能使試件焊接接頭始終保持跟上部加力頭在同一軸心線上；加力頭本體下部為滾動(dòng)壓頭，試驗(yàn)時(shí)壓頭為主要著力點(diǎn)。翼板采用硬度高的高強(qiáng)鋼制成以保證其在彎曲過(guò)程中不變形，從而很好的完成支撐和導(dǎo)向作用，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。本發(fā)明提出了一種異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量裝置的測(cè)試方法， 具體方法步驟如下1.首先制樣圓形、方形、長(zhǎng)方形或多邊形橫截面焊接接頭試樣，可搭接或?qū)樱?彎曲表面不得有劃痕，方形和長(zhǎng)方形試樣的棱邊應(yīng)銼圓，試樣拉伸面棱角應(yīng)加工成圓角，表面粗糙度不大于0. 7 ；2.表面處理試樣加工應(yīng)采用機(jī)加工或磨削，避免材料的表面變形硬化或過(guò)熱；3.在試樣非測(cè)試區(qū)打上固定孔，通常選用小直徑孔5mm-16mm根據(jù)具體板厚而定；4.選擇試驗(yàn)參數(shù)試驗(yàn)溫度10 35°C ；壓頭加載速度通常選擇2mm/min (具體材料試件試驗(yàn)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行)；跨距不能大于d (壓頭厚度)+3a (試件厚度)；5.彎曲角測(cè)量系統(tǒng)度數(shù)歸零，檢查測(cè)量系統(tǒng)是否磨損，軸承潤(rùn)滑度；6.啟動(dòng)加載系統(tǒng)，壓力頭開始移動(dòng)，兩支輥上的動(dòng)態(tài)翼板同步移動(dòng)并沿著支輥?lái)敹说妮S做圓周運(yùn)動(dòng)，彎曲角測(cè)量系統(tǒng)時(shí)時(shí)檢測(cè)彎曲程度并反饋出準(zhǔn)確彎曲角；7.當(dāng)?shù)竭_(dá)相應(yīng)彎曲角要求時(shí)，試驗(yàn)機(jī)停止加載；8.異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量試驗(yàn)裝置各項(xiàng)部件歸零復(fù)位，試驗(yàn)完成。本發(fā)明的有益效果是1、異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量裝置與方法，通過(guò)現(xiàn)有的萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)非常簡(jiǎn)便地完成異種材料焊接與連接接頭彎曲角測(cè)量試驗(yàn)，不影響其他彎曲性能指標(biāo)，完全保證試驗(yàn)質(zhì)量。2、解決了在現(xiàn)有萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上因無(wú)法直接動(dòng)態(tài)讀取彎曲角度數(shù)，而不能通過(guò)使用彎曲角控制試驗(yàn)進(jìn)程，保證整個(gè)彎曲性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)按預(yù)期要求進(jìn)行的難題。
3、一套裝置兩大用途，既具備完成同種材料彎曲角性能指標(biāo)的測(cè)量能力，又具備完成異種材料的彎曲角性能指標(biāo)的智能測(cè)量能力。4、與電子數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)形成對(duì)比和呼應(yīng)，消除電子系統(tǒng)在機(jī)械間隙時(shí)記錄下來(lái)的誤差數(shù)據(jù)。保證試驗(yàn)的安全性，可靠性，同時(shí)大大節(jié)省時(shí)間、成本。5、提高測(cè)量效率，減少占用空間，采用該產(chǎn)品可以節(jié)省90%的時(shí)間，提高了效率。6、解決了使用彎曲角同步半自動(dòng)化控制彎曲試驗(yàn)進(jìn)展的難題


圖1是本發(fā)明裝置的主視2是彎曲角度測(cè)量系統(tǒng)部分局部放大側(cè)視圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明所用于異種材料焊接彎曲性能測(cè)試裝置其組成結(jié)構(gòu)如下如圖1所示，在導(dǎo)軌底座1上固定有左右對(duì)稱布置的兩支輥2，在兩支輥的中部設(shè)有一支輥定位軸9，以防止在做彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)兩支輥跨距發(fā)生變化。支輥2的上端為彎曲角角度測(cè)量裝置3，其中彎曲角度測(cè)量裝置由六部分組成，即支輥2上面裝有高承載軸承3-4， 軸承內(nèi)心與高精度度數(shù)指針3-2固定連接，軸承外圈固定鑲嵌有度數(shù)盤3-3，軸承外圈采用鍵槽3-5與軸定位。軸承外圈由螺栓3-6螺釘固定定位。在運(yùn)行加載時(shí)，3-2高精度度數(shù)指針同步伴隨著軸承內(nèi)心轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承內(nèi)心與動(dòng)態(tài)同步固定翼板4剛性連接保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)時(shí)性；同時(shí)彎曲測(cè)量系統(tǒng)3還與左右對(duì)稱兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板4采用攪拌摩擦焊接方法形成固定連接，在兩動(dòng)態(tài)同步固定翼板4上同時(shí)裝有試件緊固螺栓6，對(duì)其上部承載的焊接接頭試件5實(shí)行動(dòng)態(tài)緊固定位作用，防止試件5在做彎曲實(shí)驗(yàn)過(guò)程中左右移動(dòng)，試件緊固螺栓6在實(shí)驗(yàn)中受剪切應(yīng)力。動(dòng)態(tài)同步固定翼板4在試驗(yàn)過(guò)程中可沿試件一起沿支撐板末端軸做圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也有纏繞導(dǎo)向的作用讓試件纏向壓頭7的邊緣，并能使試件5 跟其上部做彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)施加壓力F的加力頭7始終保持在同一軸心線上。加力頭本體下部為試驗(yàn)的主要著力點(diǎn)滾動(dòng)壓頭8，滾動(dòng)壓頭8通過(guò)線接觸與試件發(fā)生作用，壓頭可以自由滾動(dòng)。在運(yùn)行加載時(shí)，通過(guò)力和軸承的作用彎曲角角度測(cè)量系統(tǒng)3時(shí)時(shí)表征彎曲角數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過(guò)程中加力頭移動(dòng)時(shí)兩支輥上的動(dòng)態(tài)翼板同步移動(dòng)并沿著支輥?lái)敹说妮S做圓周運(yùn)動(dòng)，彎曲角角度測(cè)量系統(tǒng)3隨著壓力頭的加載情況時(shí)時(shí)變化，測(cè)量裝置測(cè)出彎曲角。本發(fā)明提出了一種異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量裝置的測(cè)試方法， 具體方法步驟如下1.首先制樣圓形、方形、長(zhǎng)方形或多邊形橫截面焊接接頭試樣，可搭接或?qū)樱?彎曲表面不得有劃痕，方形和長(zhǎng)方形試樣的棱邊應(yīng)銼圓，試樣拉伸面棱角應(yīng)加工成圓角，表面粗糙度不大于0. 7 ；2.表面處理試樣加工應(yīng)采用機(jī)加工或磨削，避免材料的表面變形硬化或過(guò)熱；3.在試樣非測(cè)試區(qū)打上固定孔，通常選用小直徑孔5mm-16mm根據(jù)具體板厚而定；4.選擇試驗(yàn)參數(shù)試驗(yàn)溫度10 35°C ；壓頭加載速度通常選擇2mm/min (具體材料試件試驗(yàn)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行)；跨距不能大于d (壓頭厚度)+3a (試件厚度)；
5.彎曲角測(cè)量系統(tǒng)度數(shù)歸零，檢查測(cè)量系統(tǒng)是否磨損，軸承潤(rùn)滑度；6.啟動(dòng)加載系統(tǒng)，壓力頭開始移動(dòng)，兩支輥上的動(dòng)態(tài)翼板同步移動(dòng)并沿著支輥?lái)敹说妮S做圓周運(yùn)動(dòng)，彎曲角測(cè)量系統(tǒng)時(shí)時(shí)檢測(cè)彎曲程度反饋出準(zhǔn)確彎曲角；7.當(dāng)?shù)竭_(dá)相應(yīng)彎曲角要求時(shí)，試驗(yàn)機(jī)停止加載；8.異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量試驗(yàn)裝置各項(xiàng)部件歸零復(fù)位，試驗(yàn)完成。通過(guò)以上裝置與方法在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)做彎曲試驗(yàn)時(shí)我們可直接動(dòng)態(tài)智能測(cè)量彎曲角角度；解決了使用彎曲角控制試驗(yàn)進(jìn)程保證整個(gè)彎曲性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)按預(yù)期要求進(jìn)行的問(wèn)題；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了使用彎曲角同步半自動(dòng)化控制試驗(yàn)進(jìn)展可能。具體測(cè)試案例高強(qiáng)鋼與紫銅的薄板焊接件高強(qiáng)鋼與紫銅的薄板焊接件分兩組試驗(yàn)試樣完成試驗(yàn)。試樣非測(cè)試區(qū)域轉(zhuǎn)緊固孔，孔徑為6mm，然后進(jìn)行試件表面處理后，再將試樣裝夾在試樣臺(tái)上，壓頭加載速度選用 l.Smm/min，在加載裝置、控制輸出系統(tǒng)以及測(cè)試裝置下完成試樣。最后得出以下試驗(yàn)結(jié)果A組未使用本發(fā)明的試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告
權(quán)利要求
1.一種用于異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量裝置，包括導(dǎo)軌底座、支輥、定位軸、翼板、加力頭，其特征在于支輥圓柱體通過(guò)兩個(gè)精密重載荷軸承與兩支輥連接，軸承外端安裝有彎曲角智能測(cè)量裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎曲角智能測(cè)量裝置，其特征是所述的支輥2的上端為彎曲角角度測(cè)量裝置3，其中彎曲角度測(cè)量裝置由六部分組成，即支輥2上面裝有高承載軸承 3-4，軸承內(nèi)心與高精度度數(shù)指針3-2固定連接，軸承外圈固定鑲嵌有度數(shù)盤3-3，軸承外圈采用鍵槽3-5與軸定位，軸承外圈由螺栓3-6螺釘固定定位，在運(yùn)行加載時(shí)，3-2高精度度數(shù)指針同步伴隨著軸承內(nèi)心轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承內(nèi)心與動(dòng)態(tài)同步固定翼板4剛性連接保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)時(shí)性。
3.一種用于異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量方法其特征在于該方法的具體步驟如下1)首先制樣圓形、方形、長(zhǎng)方形或多邊形橫截面焊接接頭試樣，可搭接或?qū)?，彎曲表面不得有劃痕，方形和長(zhǎng)方形試樣的棱邊應(yīng)銼圓，試樣拉伸面棱角應(yīng)加工成圓角，表面粗糙度不大于0. 7 ；2)表面處理試樣加工應(yīng)采用機(jī)加工或磨削，避免材料的表面變形硬化或過(guò)熱；3)在試樣非測(cè)試區(qū)打上固定孔，通常選用小直徑孔5mm-16mm根據(jù)具體板厚而定；4)選擇試驗(yàn)參數(shù)試驗(yàn)溫度10 35°C；壓頭加載速度通常選擇2mm/min ；跨距不能大于d+3a，其中d為壓頭厚度、3a為試件厚度；5)彎曲角測(cè)量系統(tǒng)度數(shù)歸零，檢查測(cè)量系統(tǒng)是否磨損，軸承潤(rùn)滑度；6)啟動(dòng)加載系統(tǒng)，壓力頭開始移動(dòng)，兩支輥上的動(dòng)態(tài)翼板同步移動(dòng)并沿著支輥?lái)敹说妮S做圓周運(yùn)動(dòng)，彎曲角測(cè)量系統(tǒng)時(shí)時(shí)檢測(cè)彎曲程度反饋出準(zhǔn)確彎曲角；7)當(dāng)?shù)竭_(dá)相應(yīng)彎曲角要求時(shí)，試驗(yàn)機(jī)停止加載；8)異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量試驗(yàn)裝置各項(xiàng)部件歸零復(fù)位，試驗(yàn)完成。
全文摘要
異種材料焊接與連接的接頭彎曲角智能測(cè)量裝置與方法，解決了傳統(tǒng)彎曲性能測(cè)試裝置不能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)取彎曲角數(shù)據(jù)從而造成部分試驗(yàn)失敗的問(wèn)題。其技術(shù)方案是在現(xiàn)有三點(diǎn)彎曲裝置的兩支輥上增加對(duì)稱兩高強(qiáng)度翼板，支撐試件，防止試件在彎曲過(guò)程中移動(dòng)，同時(shí)引入兩精密軸承體系構(gòu)建彎曲角測(cè)量裝置系統(tǒng)，在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，加載系統(tǒng)的配合下時(shí)時(shí)測(cè)量材料彎曲角。在該方法與裝置的幫助下焊接材料的彎曲角直接可以通過(guò)試驗(yàn)直接得出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)控制彎曲角度來(lái)控制試驗(yàn)的目的，最終實(shí)現(xiàn)智能控制彎曲角測(cè)量試驗(yàn)，得出可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)。該裝置提高了萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在材料焊接與連接接頭彎曲性能測(cè)量指標(biāo)，增大了試驗(yàn)機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，大大節(jié)約時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。
文檔編號(hào)G01N3/20GK102305744SQ20111013285
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者劉健, 周濤, 張健, 張貴芳, 沈困, 袁小星, 魏莉莉 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)