應(yīng)變片焊接粘貼一體化裝置

劉曉輝，顏慶智，李春寶，王春輝，趙晶晶

(1.中國石油大學(xué)(華東) 儲運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018)

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應(yīng)變片焊接粘貼一體化裝置

劉曉輝1，顏慶智1，李春寶1，王春輝2，趙晶晶1

(1.中國石油大學(xué)(華東) 儲運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266580；2.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018)

摘要：在電測應(yīng)力試驗中,應(yīng)變片的焊接與粘貼質(zhì)量將直接影響到電測結(jié)果的準(zhǔn)確性。應(yīng)變片的焊接與粘貼是由試驗人員手工操作來完成的，由于在手工粘貼的過程中人為影響因素較大，在粘貼時容易出現(xiàn)應(yīng)變片位置偏差或者按壓不均勻，從而導(dǎo)致獲得的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。提出并設(shè)計了應(yīng)變片自動焊接粘貼裝置，通過該裝置可準(zhǔn)確、快速地完成應(yīng)變片的焊接及粘貼。其粘貼質(zhì)量可靠，節(jié)約了粘貼時間，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：應(yīng)變片；自動；焊接粘貼裝置

電測法是工程上常用的對實際構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力分析試驗的方法之一。應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量是試驗?zāi)芊癯晒Φ囊粋€關(guān)鍵因素，但是工程測試過程中應(yīng)變片的粘貼是靠試驗人員手工操作，應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量依賴于操作者的熟練程度。由于手工粘貼操作復(fù)雜，粘貼位置不易控制，或者粘貼時按壓不均勻，不僅會導(dǎo)致應(yīng)變片的浪費，還會延誤電測進(jìn)程[1-2]。另外，傳統(tǒng)的應(yīng)變片導(dǎo)線與接線端子以及端子與導(dǎo)線之間的連接亦是通過手工焊接來完成的，在實際操作過程中，測試人員的主觀因素對焊接質(zhì)量的影響較大，存在質(zhì)量保證率低、耗時和耗材的問題[3-4]。

針對上述不足，提出一種應(yīng)變片自動焊接粘貼裝置。該裝置能夠準(zhǔn)確定位應(yīng)變片的位置，實現(xiàn)接線端子的焊接及應(yīng)變片的粘貼自動化，能夠有效提高應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量，節(jié)約粘貼時間，有無手工粘貼經(jīng)驗的操作者都可使用，目前市場上暫無相關(guān)裝置。

1應(yīng)變片焊接粘貼一體化裝置構(gòu)成

應(yīng)變片自動焊接粘貼裝置(見圖1)包括槍形主體，槍形主體包括槍筒，槍筒后端下方設(shè)有把手，把手前側(cè)頂部與槍筒相交處設(shè)有扳機(jī)；槍筒內(nèi)設(shè)有滑膛，滑膛從槍筒前端向后端延伸但不貫穿后端，滑膛的截面為三角形；滑膛內(nèi)從后向前依次裝有電磁動力裝置、擠壓桿、載體和卷曲式焊接擋板；在槍筒前端的一側(cè)開設(shè)有載體孔槽，載體孔槽垂直貫穿滑膛，槍筒底部從前端向后延伸有接線滑槽，接線滑槽貫穿底壁[5]。

在圖1中，電磁動力裝置包括前鑄鐵、后鑄鐵及纏繞在前鑄鐵、后鑄鐵上的線圈，前鑄鐵、后鑄鐵的線圈纏繞方向相反，后鑄鐵固定在槍筒的后端，前、后兩鑄鐵之間由復(fù)位彈簧連接，前鑄鐵的前端與擠壓桿相連。啟動電磁動力裝置后，前、后線圈中的電流方向相反，在排斥力的作用下，電磁動力裝置的前鑄鐵向前推動擠壓桿，粘貼結(jié)束后，在復(fù)位彈簧的拉力下由鑄鐵帶動擠壓桿復(fù)位。

擠壓桿的橫截面與滑膛的橫截面形狀、大小均相同，擠壓桿可以沿滑膛前后滑動，擠壓桿的前端面裝有3個彈性壓頭、2個定位燈(見圖2)。彈性壓頭為彈性材料制成的長方體，1個位于擠壓桿前端面上方的中心位置，另外2個設(shè)在擠壓桿前端面的下方并且左右對稱布置；定位燈嵌入擠壓桿，并且上部的彈性壓頭左右對稱設(shè)置。

圖1　裝置圖

圖2　擠壓桿的立體圖

載體(見圖3)為比應(yīng)變片厚度大1～2 mm的三角形薄片，該三角形與滑膛匹配，載體設(shè)有接線端子卡槽、應(yīng)變片卡槽、接線孔、定位孔以及應(yīng)變片導(dǎo)線槽。接線端子卡槽開設(shè)2個，應(yīng)變片卡槽開設(shè)1個，接線孔、定位孔以及應(yīng)變片導(dǎo)線槽各開設(shè)2個。接線端子卡槽、應(yīng)變片卡槽及定位孔均貫穿載體，接線孔及應(yīng)變片導(dǎo)線槽由前向后延伸但不貫穿載體。2個接線端子卡槽位于載體的下部，應(yīng)變片卡槽位于載體的上部，并且2個接線端子卡槽、應(yīng)變片卡槽在載體上的位置與3個彈性壓頭在擠壓桿前表面上的位置相對應(yīng),接線端子卡槽和應(yīng)變片卡槽稍大于彈性壓頭，且接線端子卡槽和應(yīng)變片卡槽的深度小于彈性壓頭的高度，以便于彈性壓頭穿過接線端子卡槽和應(yīng)變片卡槽對應(yīng)變片及接線端子進(jìn)行有效擠壓。2個定位孔關(guān)于應(yīng)變片卡槽對稱設(shè)置，并且2個定位孔在載體上的位置和2個定位燈在擠壓桿上的位置相對應(yīng)。接線端子卡槽和應(yīng)變片卡槽之間通過應(yīng)變片導(dǎo)線槽相連，接線孔與接線端子卡槽相通，載體通過載體孔槽填進(jìn)滑膛，載體距離擠壓桿前端存在一段距離，并且載體在粘貼完成后可取下循環(huán)利用。

圖3　載體立體圖

應(yīng)變片與載體對應(yīng)示意圖如圖4所示。應(yīng)變片下端帶有2根應(yīng)變片引線，左右對稱，應(yīng)變片放置在應(yīng)變片卡槽中，應(yīng)變片引線放置在應(yīng)變片引線槽中，接線端子放置在接線端子卡槽中，并且應(yīng)變片引線的尾部放在接線端子的后表面以便于焊接。焊接前應(yīng)變片引線并未與接線端子連接在一起，測線的線頭通過接線滑槽進(jìn)入滑膛，然后穿過接線孔到達(dá)接線端子卡槽,進(jìn)入接線端子的后表面，以便將測線的線頭與接線端子焊接并且保證擠壓桿在向前推進(jìn)載體的過程中隨著載體運(yùn)動。

圖4　應(yīng)變片與載體對應(yīng)示意圖

圖5　　　　焊接擋板　　　的立體圖

載體孔槽的前部設(shè)有1個矩形孔槽，矩形孔槽垂直于滑膛，矩形孔槽內(nèi)設(shè)有卷曲式焊接擋板(見圖5)，卷曲式焊接擋板的轉(zhuǎn)動軸安裝在矩形孔槽的頂部，卷曲式焊接擋板下降到載體的前面遮擋住載體，待焊接完成后，通過上部的轉(zhuǎn)動軸自動卷曲進(jìn)入滑膛的頂部。

滑膛的兩側(cè)對稱設(shè)置焊接腔，焊接腔與滑膛相貫通，焊接腔的前端與載體孔槽平齊。焊接腔內(nèi)設(shè)置焊接管，焊接管由可加熱的中空的電加熱管制成，管內(nèi)裝有錫條，扣動扳機(jī)后，焊接管開始加熱其內(nèi)部的錫條至熔化，然后通過焊接管后端的動力裝置向前運(yùn)動達(dá)到接線端子卡槽的位置，在已熔化錫的作用下將測線的線頭、接線端子和應(yīng)變片引線三者焊接在一起。

在圖1中，槍筒前部的頂端設(shè)有膠粘劑儲罐，槍筒內(nèi)設(shè)有涂膠管線。涂膠管線的一端連接在膠粘劑儲罐的底部，另一端連接在滑膛的前端?？蹌影鈾C(jī)后凝膠會通過涂膠管線噴到應(yīng)變片及接線端子上,然后在彈性壓頭的擠壓下，將已涂膠的應(yīng)變片及接線端子牢固地粘貼在目標(biāo)位置。

扣動扳機(jī)后，卷曲式焊接擋板伸展，焊接管開始加熱錫條并向前運(yùn)動進(jìn)行焊接，焊接完成后卷曲式焊接擋板、焊接管自動復(fù)位；然后膠粘劑儲罐進(jìn)行一次噴膠；最后在斥力的作用下，電磁動力裝置的前鑄鐵向前推動擠壓桿。粘貼結(jié)束后，在復(fù)位彈簧的拉力下由鑄鐵帶動擠壓桿復(fù)位，扣動扳機(jī)后其控制線路將自動依次啟動，待粘貼結(jié)束后松開扳機(jī)，各部件自動復(fù)位。

2應(yīng)變片自動焊接粘貼裝置工作步驟

應(yīng)變片自動焊接粘貼裝置的工作步驟如下。

1)首先接通電源，定位系統(tǒng)的定位燈開始工作，燈光穿過定位孔照射到需要粘貼應(yīng)變片的部位；然后保持燈光照射位置不變，將滑膛的前端對準(zhǔn)并緊貼粘貼應(yīng)變片的部位，從而完成定位；最后將裝有應(yīng)變片及接線端子的載體通過載體孔槽插入到滑膛中，再將測線的線頭通過接線滑槽的根部和接線孔插入到接線端子卡槽中，扣動扳機(jī)，卷曲式焊接擋板向下伸展，卷曲式焊接擋板的前面作為應(yīng)變片和接線端子的載體的支承，焊接管通過電磁驅(qū)動裝置向前運(yùn)動接觸到接線端子的位置，將已經(jīng)熔化的錫條粘到測線的線頭、接線端子及應(yīng)變片引線上，隨后焊接管向后運(yùn)動恢復(fù)到原來的位置，卷曲式焊接擋板也向上卷起，接線端子焊接完畢。

2)膠粘劑儲罐中的膠通過涂膠管線對應(yīng)變片及接線端子進(jìn)行依次噴膠。

3)電磁動力裝置推動前面的擠壓桿將載體推到粘貼位置，位于擠壓桿前面的彈性壓頭分別進(jìn)入載體孔槽和接線端子卡槽，最終將應(yīng)變片及接線端子擠壓粘牢。

4)將應(yīng)變片自動粘貼裝置拿離粘貼位置，取下載體，松開扳機(jī)，各部件自動復(fù)位。

3結(jié)語

在工程結(jié)構(gòu)測試中，應(yīng)變片的粘貼是電測法中的關(guān)鍵步驟，粘貼質(zhì)量將直接影響到測試精度，但是傳統(tǒng)的手工粘貼質(zhì)量受人為因素影響較大，而且粘貼質(zhì)量與實驗人員的熟練程度關(guān)系密切。通過該裝置可以減少人為因素對測試結(jié)果的影響，能夠準(zhǔn)確、快速地完成應(yīng)變片粘貼工作，并且粘貼質(zhì)量可靠，測試質(zhì)量得到保證，大幅縮短了電測試驗的準(zhǔn)備時間，避免了應(yīng)變片的浪費，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴娟,汪大鶴,陳蕾，等.電測應(yīng)力實驗中應(yīng)變片的粘貼技巧[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報,2003,13(3):55-57.

[2] 董偉.電阻應(yīng)變片粘貼技巧[J].山西建筑,2011,37(28):46-48.

[3] 夏祁寒.應(yīng)變片測試原理及在實際工程中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008,34(28):99-100.

[4] 李巧真,李剛,韓欽澤.電阻應(yīng)變片的實驗與應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2011,30(4):134-137.

[5] 康杰,劉曉輝,孫翔，等.應(yīng)變片自動焊接粘貼裝置：中國，201510306866.X[P]. 2015-06-08.

責(zé)任編輯鄭練

The New Strain Gauge Welding and Pasting Integrative Device

LIU Xiaohui1, YAN Qingzhi1, LI Chunbao1, WANG Chunhui2, ZHAO Jingjing1

(1.College of Pipeline and Civil Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China;2.Xi’an Changqing Technology Engineering Co., Ltd., Xi’an 710018, China)

Abstract：The quality of strain gauges pasting directly affects the accuracy of measuring results in experiments of measuring stress. Strain gauge is pasting manually by laboratory personnel. The obtained data is inaccurate because of manual paste operation is complex, pasting position difficult to control,and pasting is pressed unevenly. Proposing and designning strain gauge welding and pasting integrative device, it can complete strain gauge welding and pasting accurately and quickly by the device. The pasting quality is reliable. It can also save time and have greater economic benefits.

Key words:strain gauge, automatic, welding and pasting device

收稿日期：2015-07-17

作者簡介：劉曉輝(1990-)，男，碩士研究生，主要從事巖土等方面的研究。

中圖分類號：TU 411.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A