CN102865279A - 一种具有拉应力和缺陷自检测功能的螺栓 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有拉应力和缺陷自检测功能的螺栓，主要针对传统螺栓轴向应力超声波法测量中，每次测量耦合层厚度不一致，测量效率低，无法在线测量等问题，提出了一种在螺栓头内置压电换能器的智能螺栓的设计。该装置使用方便、操作简单，每次测量均能保证耦合层厚度一致，提高了测量精度、简化了操作过程，提高了测量效率，可以广泛用于各种关键构件连接处的螺栓轴向应力在线监测或随机抽检任务。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种具有拉应力和缺陷自检测功能的螺栓。该装置体积小巧、制作工艺简单，可以实现螺栓轴向应力的在线监测以及抽检任务，解决了螺栓轴向应力测量时由于耦合层厚度不一致造成的测量误差，测量结果更准确。可广泛用于关键构件连接处的螺栓轴向应力在线监测或随机抽检任务。
二、背景技术
传统的螺栓应力测量技术主要依据声弹性原理，通过测量超声纵波在螺栓轴向传播时间的时间差进而计算轴向应力大小。由于换能器形状各异，操作人员熟练程度不同，再加上接触界面需要均匀涂抹一定厚度的耦合剂等因素，导致测量结果不准确甚至出现错误，影响重要部件装置连接可靠程度判断，严重时会造成误判、错判。
目前常用的提高螺栓轴向应力测量精度的方法主要有测试前对被测螺栓表面进行处理，或者多次测量求平均值等办法。因此，很大程度上影响了螺栓应力测量的测量效率。除此以外，由于某些重要零部件结构特殊，或者处于特殊位置，操作人员无法间接或者直接接触，导致无法测量。
目前，我国关于螺栓应力测量相关研究主要在于螺栓轴向应力检测方法的探讨以及如何提高利用超声波测量螺栓精度的算法改进，关于制作内置超声换能器的螺栓设计并没有出现。在相关发明专利中，也只有超声波多通道螺栓应力计（95246705.4）对螺栓应力测量的问题进行了研究，但仅局限于在螺栓尾部添加换能器进行测量的方式。因此，本专利有必要提出一种采用内置超声换能器的螺栓的设计，减小测量误差，提高测试效率。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种具有拉应力和缺陷自检测功能的螺栓，主要针对传统螺栓轴向应力测量过程中耦合条件不好，操作效率低等问题。通过在螺栓头部内置一定结构的超声压电换能器，利用L5接头将换能器与外界连接，实现减少因耦合效果不好造成的测量结果不准确的问题，同时提高了测量效率并可以实现在线测量或者抽检测量的目的。
本发明的技术方案是：
一种具有拉应力和缺陷自检测功能的螺栓，在螺栓头内部开圆柱形沉孔，将压电晶片通过导电环氧树脂粘接在沉孔内的突台上，通过在压电晶片背后附加背衬材料，利用L5接头将换能器整体压实。利用连接导线将压电晶片下表面与L5接头外币连接，利用焊接工艺将压电晶片上表面通过连接导线与L5接头正极连接，最后将压紧端盖6扣合于螺栓对应圆孔之上，实现整体密封效果。测量时，由于压电晶片内置于螺栓中，故每次测量能够保证耦合层厚度一致，提高了测量精度。除此以外，还能通过连接L5接头实现螺栓在线、在役测量，简化了操作过程，提高了测量效率。
四、附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记说明如下：
图1：螺栓1、压电晶片2、连接导线3、背衬4、L5接头5、压紧端盖6。
五、具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：
图1中，螺栓1头部开圆形沉孔，将压电晶片2通过导电环氧树脂粘接在沉孔内的突台上，将压电晶片2背面附加背衬4，L5接头5压紧于背衬4之上。压电晶片2下表面通过连接导线3与L5接头5外壁连接，压电晶片2上表面通过焊接工艺用连接导线3与L5接头5的正极连接。最后将压紧端盖6扣合于螺栓1头部圆孔处，实现整体密封效果。使用时，只需要连接L5接头5至测量系统中，即可实现对螺栓轴向应力测量目的。由于压电晶片2密封于螺栓1头部内部，故每次测量时均能保证耦合层厚度一致，并可以实现在线、在役测量，抽检测量的目的，同时提高了测量效率和准确性。
Claims (5)
1.一种具有拉应力和缺陷自检测功能的螺栓，其特征在于：螺栓、压电晶片、背衬、L5接头、正极连接线、压紧端盖。
2.根据权利要求1所述的螺栓，其特征在于：螺栓头部开盲孔，其盲孔底面有一圆面凸台，凸台的顶面与压电晶片的负极面粘接，凸台表面平整粗糙度不大于16μm且其中心法线与螺栓轴线重合。
3.根据权利要求1所述的压电晶片，其特征在于：压电晶片采用PZT材质，但并不仅限于PZT材质，其负极与螺栓头部盲孔凸台粘接作为晶片的地端，其正极覆盖有背衬材料，且通过导线与L5接头中心相连，作为压电晶片正极输入端。
4.根据权利要求1所述的压电晶片，其尺寸特征在于：压电晶片厚度小于1mm以保证提供高震荡中心频率，其直径应小于螺栓头部盲孔内径而略大于盲孔底面圆形凸台外径。
5.根据权利要求1所述的压紧端盖，其特征在于：压紧端盖直径略大于螺栓头部盲孔内径并与其构成过盈配合，压紧端盖中心开圆形通孔，L5接头与压紧端盖的中心孔也采用过盈配合。制作时，当压紧端盖压紧后，螺栓头部密封完好且无法拆卸，压电晶片的电压信号通过压紧端盖中心孔处的L5接头与外置工业控制机相连。
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