CN102061779A - 空间桁架静定结构杆件的接合方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种空间桁架静定结构杆件的接合方法，包含先提供一第一锥管头，其前后端分别具有一套孔及一套接部。再将一第一接合螺栓由第一锥管头的套接部穿入，使第一接合螺栓的螺杆部穿出套孔外部，而第一接合螺栓的头端受套孔限制于第一锥管头内。之后，将第一锥管头的套接部对正并搭接于一管件的一第一端口，并应用电磁脉冲接合技术使管件第一端口与第一锥管头套接部的搭接部焊接接合。

Description

空间桁架静定结构杆件的接合方法

技术领域

本发明涉及一种空间桁架静定结构杆件的接合方法，尤其涉及一种应用电磁脉冲接合技术于空间桁架静定结构杆件的接合的方法。

背景技术

自1930年代德国美露(MERO)公司创出空间桁架系统以来，空间桁架屡屡创造出令人惊艳的建筑结构。1970年大阪世界博览会的空间桁架更充分展现出这种特殊的结构魅力。中国台湾在民国80年代引进空间桁架系统，最著名的案子为台北捷运淡水线沿线的捷运站，还有桃园国际机场的二期航站大厅。在这些案例中，不难发现空间桁架所展现的优良结构性--大厅中没有密密麻麻的柱子，视觉上呈现视野开阔的感觉。这几年来结构系统日新月异，空间桁架不但可与新的系统结合，而其优异的结构特性与多变性仍然是众多建筑师与结构技师的最爱。

如图1所示，现有传统静定结构所使用的空间桁架，如建筑用或展览会场用的空间桁架，应用钢铁或铝合金材料组成包含有多个形成接头结构的球体10及多个分别套入一套管12之后，螺固于该球体10螺孔11的杆件13所组成，并转动该套管12以带动该杆件13上的螺栓14。该杆件13的管体15与锥形头16的结合，一般以电弧焊接或胶合的方法行之，一般同种材料以电弧焊接方法制作，其于接合处将产生不美观的焊道17；而异材轻结构则以胶合和锁螺丝方法执行，前者属于3K工艺，有光害、焊制及研磨噪音等长时期于眼睛、皮肤人体及环境的伤害，焊制时间略长(以外径40mm管试验焊制时间约需以24秒)，且相异材料时则相对较难焊接；后者则强度较低、量产时需较多量的夹具，固化时间较长(试验炉胶合件胶合固化时间约30分钟，生产时则数倍于此)，用手涂稳定度较低，一般厂商制者尚担心其长时间的老化及接合强度降低者，由于胶合件剥离方向较弱，影响在优化方向的设计，少于50％之选；无论上述二者，均属应用焊材或胶合剂，其长时间的耗材成本颇高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速、高效率、无填料的空间桁架静定结构杆件制作方法。

为解决上述目的，本发明的空间桁架静定结构杆件的接合方法，包含：提供一第一锥管头；将一第一接合螺栓由该第一锥管头的套接部穿入，使第一接合螺栓的螺杆部穿出套孔外部而头端受套孔限制于第一锥管头内；将第一锥管头的套接部与一管件的一第一端口相互搭接，并在第一端口与套接部搭接处应用电磁脉冲接合技术使管件的第一端口接合于第一锥管头的套接部。

上述管件的另一端即第二端口可搭接一穿设有一第二接合螺栓的一第二锥管头，并应用电磁脉冲接合技术焊接接合之。

上述第一锥管头和该管件之间及/或第二锥管头和该管件之间可以是相异材质的金属。

上述该第一锥管头和该管件的任一方可为非金属材质；该第二锥管头和该管件之间任一方可以是非金属材质。

上述该第一锥管头的该套接部与该第一端口的搭接是应用形成于该套接部及/或该第一端口上的至少一接头；相同地，该第二锥管头的该套接部与该第二端口的搭接是应用形成于该套接部及/或该第二端口上的至少一接头。

本发明的特点在于，本发明应用电磁脉冲焊接方法接合空间衍架杆件的锥管头与管件，其电磁脉冲焊接技术属于环保、高效率(试验时焊件接合时间仅约56μs)、低耗能，无需填料之，且对异材焊接十分适合，且接合外观不会造成污染、接合界面呈冶金键结，接合强度十分优良，无长期老化或低下的问题，应用于开放于公开场所的空间桁架之上可提高空间桁架的强度及外观质量。

附图说明

图1绘示现有技术的焊接方法的空间桁架的杆件及球体的纵向剖面图；

图2绘示本发明的空间桁架静定结构杆件的第一锥管头与管件实施例的分解剖面图；

图3绘示本发明的空间桁架静定结构实施例的立体分解图；

图4绘示本发明的空间桁架静定结构杆件的第一锥管头及第二锥管头与管件实施例的结合剖面图；

图5绘示本发明的杆件的第一锥管头或第二锥管头搭接于该管件实施例的结合剖面图；

图6绘示本发明的杆件的管件搭接于第一锥管头或第二锥管头实施例的结合剖面图；

图7绘示本发明的杆件的管件与第一锥管头或第二锥管头的阶梯管接头第一实施例的结合剖面图；以及

图8绘示本发明的杆件的管件与第一锥管头或第二锥管头的阶梯管接头第二实施例的结合剖面图。

其中，附图标记：

[现有技术部分]

10：球体

11：螺孔

12：套管

13：杆件

14：螺栓

15：管体

16：锥形头

17：焊道

[本发明部分]

步骤S10至步骤S30本发明的方法步骤

20，20a，20b，20c：杆件

21，21a，21b，21c：第一锥管头

22：套孔

23，23a，23b，23c：套接部

24：阶梯管

30：第一接合螺栓

31：螺杆部

32：头端

40，40a，40b，40c：管件

41，41a，41b，41c：第一端口

411：阶梯管

42，42a，42b，42c：第二端口

421：阶梯管

51，51a，51b，51c：第二锥管头

52：套孔

53，53a，53b，53c：套接部

54：阶梯管

60：第二接合螺栓

61：螺杆部

62：头端

70a，70b：接头

A：电感线圈

B：电源

C：套筒

C1：销孔

D：插销

E：销座

具体实施方式

兹配合图式将本发明实施例详细说明如下，其所附图式均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本方法或结构。因此，在该等图示中仅标示与本发明有关的元件或步骤，且所显示的元件或步骤并非以实施时的数目、形状、尺寸比例等加以绘制，其实际实施时的规格尺寸实为一种选择性的设计，且其元件布局形态或步骤次数有可能更为复杂，合先述明。

首先请参照图2绘示本发明的空间桁架静定结构杆件的第一锥管头与管件实施例的分解剖面图。本实施例的空间桁架静定结构杆件的接合方法包含：

提供一第一锥管头21，该第一锥管头21前后端分别具有一套孔22及一套接部23(步骤S10)。

将一第一接合螺栓30由该第一锥管头21的该套接部23穿入，使该第一接合螺栓30的具有螺纹的螺杆部31穿出该套孔22外部，而该第一接合螺栓30的头端32受该套孔22限制于该第一锥管头21内(步骤S20)。

将该第一锥管头21的该套接部23与一管件40的一第一端口41相互搭接，并在该第一端口41与该套接部23搭接处环设电感线圈A并耦接电源B以导通电流，应用电磁脉冲接合技术使该管件40的该第一端口41接合于该第一锥管头21的套接部23(步骤S30)。

续请参照图3所绘示的本发明的空间桁架静定结构实施例的立体分解图。本发明上述实施例中，该焊接完的杆件20以一具有销孔C1的套筒C套入该第一接合螺栓30之后以一插销D插入该销孔C1并抵止于该第一接合螺栓30上所设的销座E后，以该第一接合螺栓30的螺杆部31对正一球体的螺孔(图中未示出)，并以工具转动该套筒C以将该第一接合螺栓30锁紧于该球体上。

再请参照图4所绘示的本发明的空间桁架静定结构杆件的第一锥管头及第二锥管头与管件实施例的结合剖面图。上述实施例的该管件40的另一端，即第二端口42对正搭接一穿设有一第二接合螺栓60的一第二锥管头51，该第二接合螺栓60的具有螺纹的螺杆部61穿出该套孔52外部，而该第二接合螺栓60的头端62受该套孔52限制于该第一锥管头21内，之后并应用电磁脉冲接合技术焊接接合该第二锥管头51与该管件40。

上述方法实施例中，该第一锥管头21与该管件40之间及/或该第二锥管头与该管件之间为相异材质的金属。

又，上述方法实施例中，该第一锥管头或该管件可为非金属材质；该第二锥管头或该管件也可为非金属材质。

再请参照图5所绘示的本发明的杆件的第一锥管头或第二锥管头搭接于该管件实施例的结合剖面图。上述实施例中，该杆件20的该第一锥管头21(该第二锥管头51)的该套接部23(53)与该管件40的该第一端口41(该第二端口42)的搭接方式为该第一端口41(该第二端口42)搭于该套接部23(53)的外径上，并在该第一端口41(该第二端口42)的搭接处的外径上环设耦接电源B的电感线圈A并导通电流使的接合。

请参照图6所绘示的本发明的杆件的管件搭接于第一锥管头或第二锥管头实施例的结合剖面图。本实施例中，该杆件20a的该第一锥管头21a(该第二锥管头51a)的该套接部23a(53a)与该管件40a的该第一端口41a(该第二端口42a)的搭接方式为该套接部23a(53a)搭于该第一端口41a(该第二端口42a)的外径上，并在该套接部23a(53a)的搭接处的外径上环设耦接电源B的电感线圈A并导通电流使之接合。

请参照图7所绘示的本发明的杆件的管件与第一锥管头或第二锥管头的阶梯管接头第一实施例的结合剖面图。本实施例中，该杆件20b的该第一锥管头21b(该第二锥管头51b)的该套接部23b(53b)与该管件40b的该第一端口41b(该第二端口42b)的搭接方式应用形成于该套接部23b(53b)及/或该第一端口41b(该第二端口42b)上的至少一接头70a，该接头70a为该第一锥管头21b(该第二锥管头51b)的该套接部23b(53b)形成一轴向延伸其内径与该第一端口41b(该第二端口42b)内径相同的阶梯管24(54)，该第一端口41b(该第二端口42b)具有配合该阶梯管24(54)的端面造形，以使该阶梯管24(54)嵌入该第一端口41b(该第二端口42b)内。

请参照图8所绘示的本发明的杆件的管件与第一锥管头或第二锥管头的阶梯管接头第二实施例的结合剖面图。该杆件20c的该第一锥管头21c(该第二锥管头51c)的该套接部23c(53c)与该管件40c的该第一端口41c(该第二端口42c)的搭接方式为应用形成于该套接部23c(53c)及或该第一端口41c(该第二端口42c)上的至少一接头70b，该接头70b为该第一端口41c(该第二端口42c)形成一轴向延伸其内径与该第一锥管头21c(该第二锥管头51c)的该套接部23c(53c)内径相同的阶梯管411(421)，该第一锥管头21c(该第二锥管头51c)的该套接部23c(53c)具有配合该阶梯管411(421)的端面造形，以使该阶梯管411(421)嵌入该套接部23c(该套接部53c)内。

上述实施例中，本发明的特点在于，本发明应用电磁脉冲焊接方法接合空间衍架杆件的锥管头与管件，其实焊时间十分快速(试验时焊件接合时间仅约56μs)，配套工业工程及自动化生产，较传统接合方法如电弧焊接或胶合工艺，生产效率较为提升。除同种材料外，在异材焊接的组合，远胜于电弧焊接，于产品设计及材料选择上，更弹性化及多样化，让制品朝更高阶、高值化的方向发展。另，本发明在异材的组合方面，由于本发明的焊接属冶金健结界面，其在剥离方向强度、长期稳定度、抗紫外线室外应用、治具成本及生产效率上，远胜于胶合工艺，为一优质之接合工艺。本技术为一高科技、高环保型的接合工艺，目前国内电磁脉冲焊接制品的产销仍属萌芽阶段，未来预期将启步切入空间桁架静定结构的开发，再扩充于其它领域，让传统产业及制品高科技化，让国内制品于国际市场上引领风骚，更具国际的竞争力。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的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 (16)

1.一种空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，包含：

提供一第一锥管头，该第一锥管头前后端分别具有一套孔及一套接部；

将一第一接合螺栓由该第一锥管头的该套接部穿入，使该第一接合螺栓的具有螺纹的螺杆部穿出该套孔外部，并且该第一接合螺栓的头端受该套孔限制于该第一锥管头内；

将该第一锥管头的该套接部与一管件的第一端口相互搭接，并在该第一端口与该套接部搭接处环设电感线圈并导通电流，应用电磁脉冲接合技术使该管件的该第一端口接合于该第一锥管头的套接部。

2.根据权利要求1所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该管件的第二端口搭接一穿设有一第二接合螺栓的一第二锥管头，并应用电磁脉冲接合技术焊接接合。

3.根据权利要求1所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第一锥管头与该管件之间为相异材质的金属。

4.根据权利要求2所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第二锥管头与该管件之间为相异材质的金属。

5.根据权利要求1所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第一锥管头或该管件为非金属材质。

6.根据权利要求2所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第二锥管头或该管件为非金属材质。

7.根据权利要求1所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第一锥管头的该套接部与该第一端口的搭接方式为该第一端口搭于该套接部的外径上。

8.根据权利要求2所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第二锥管头的该套接部与该第二端口的搭接方式为该第二端口搭于该套接部的外径上。

9.根据权利要求1所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第一锥管头的该套接部与该第一端口的搭接方式为该套接部搭于该第一端口的外径上。

10.根据权利要求2所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第二锥管头的该套接部与该第二端口的搭接方式为该套接部搭于该第二端口的外径上。

11.根据权利要求1所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第一锥管头的该套接部与该第一端口的搭接方式为应用形成于该套接部及/或该第一端口上的接头搭接。

12.根据权利要求2所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该第二锥管头的该套接部与该第二端口的搭接方式为应用形成于该套接部及/或该第二端口上的接头搭接。

13.根据权利要求11所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该接头为该第一锥管头的该套接部形成的一轴向延伸其内径且与该第一端口内径相同的阶梯管，该第一端口具有配合该阶梯管的端面造形，以使该阶梯管嵌入该第一端口内。

14.根据权利要求12所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该接头为该第二锥管头的该套接部形成的一轴向延伸且其外径与该第二端口内径相同的阶梯管，该第二端口具有配合该阶梯管的端面造形，以使该阶梯管嵌入该第二端口内。

15.根据权利要求11所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该接头为该第一端口形成的一轴向延伸其内径且与该第一锥管头的该套接部内径相同的阶梯管，该第一锥管头的该套接部具有配合该阶梯管的端面造形，以使该阶梯管嵌入该套接部内。

16.根据权利要求12所述的空间桁架静定结构杆件的接合方法，其特征在于，该接头为该第二端口形成的一轴向延伸其内径且与该第二锥管头的该套接部内径相同的阶梯管，该第二锥管头的该套接部具有配合该阶梯管的端面造形，以使该阶梯管嵌入该套接部内。

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