CN105181572A - 用于分离焊接层的剥离设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于分离焊接的多层试样的设备和方法，具有带狭槽的、由发动机驱动的主轴，该主轴扭转层并将该层拉离试样，在该层围绕主轴缠绕时破坏焊缝。试样被保持在两个夹具之间，并且张紧缸抵抗着固定的第二夹具地拉拽可移动的第一夹具。传感器可以感测破坏焊缝所需的作用力，而且可以在计算机中存储数据和进行分析。

Description

用于分离焊接层的剥离设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年5月16日提交的美国临时申请No.61/994,181的权益，该美国临时申请的发明名称为“用于分离焊接层的剥离设备和方法”，其公开内容在此通过引用大体上全文并入本申请中。
技术领域
本发明涉及焊缝检测设备，更具体地说，涉及用于对焊缝进行破坏性检验的设备。
背景技术
已知有多种方法和设备用于为质量保证而通过剥离试验来检验焊接面板。这些鉴定手段通常通过手动装置来进行，而所述手动装置所涉及的技术可以大不相同，而且由于操作者的不同而会有不同的效率。例如，AWSC1.1说明了利用人工挥舞的钢丝钳或锤子和凿子使焊接层彼此剥离。所获得的结果取决于技术，并且经常会产生变形严重的分离面板。另外，手动方法可能既费力又慢。因此，一直希望出现替代的用于剥离检测的方法和设备。
发明内容
在此披露的本发明的主题涉及一种用于使相互结合成一个构件的第一层与第二层分离的设备。该设备具有：底座结构；安装在底座结构上的第一夹具，其能够保持其中包括有所述第一层和所述第二层的所述构件的第一部分；安装在底座结构上的第二夹具，该第二夹具与所述第一夹具相距大约是所述构件长度的至少一部分的距离并能够保持其中包括有所述第一层的所述构件的第二部分；其上具有狭槽的可旋转的主轴，该狭槽能够在一个位于所述第一夹具和所述第二夹具中间的位置接收所述第二层的一部分，并且在使主轴转动且第一层与此同时被第一夹具和第二夹具夹持的时候围绕所述主轴扭转所述第一层，以使所述第二层与所述第一层分离。
在另一个实施例中，使一构件与主轴联结，并且该构件能够向所述主轴施加扭矩。
在另外一个实施例中，所述构件是带轮。
在另一个实施例中，所述构件是链轮。
在另外一个实施例中，所述带轮是齿轮。
在另外一个实施例中，所述构件是杆件。
在另外一个实施例中，所述第二夹具是可移动的并且进一步包括能够向所述构件施加张力的张紧装置。
在另外一个实施例中，所述张紧装置是液压致动的。
在另外一个实施例中，还包括滑道，其中，所述第二夹具安装在该滑道上并且能够响应由张紧装置施加张力的操作而在滑道上滑动。
在另外一个实施例中，还包括能够可旋转地支撑所述主轴的主轴架以及能够在靠近第二夹具的第一位置和靠近第一夹具的第二位置之间可滑动地支撑所述主轴架的主轴滑座。
在另外一个实施例中，还包括能够转动带轮的发动机。
在另外一个实施例中，所述带轮是第一带轮，还包括与所述发动机耦合的第二带轮以及在所述第一带轮和所述第二带轮之间延伸的传动连接机构，所述第一带轮、所述第二带轮以及所述传动连接机构为发动机提供扭矩优势，以转动所述主轴。
在另外一个实施例中，还包括能够测量在使所述第二层与所述构件的所述第一层分离时消耗的能量的传感器。
在另外一个实施例中，还包括能够测量在使所述第二层与所述构件分离时由所述构件经受的张力的传感器。
在另外一个实施例中，还包括能够测量在使所述第二层与所述构件分离时由所述主轴施加的力以生成作用力数据的传感器以及能够接收并存储所述作用力数据的计算机。
在另外一个实施例中，还包括能够感测所述主轴相对于所述构件的位置并生成位置数据的传感器，所述计算机能够使作用力数据和位置数据关联。
在另一个实施例中，一种用于使相互结合成一个构件的第一层与第二层分离的方法包括：使所述第一层的一端与所述第二层分离，以形成所述第一层的分离端和所述第二层的分离端；将所述构件的第一层的分离端固定在第一夹具上；将所述构件在远离所述第一层的分离端的位置固定在第二夹具上；将所述第二层的分离端插入主轴的狭槽中；转动所述主轴并使所述第二层围绕主轴扭转，从而使第二层与第一层分离。
在另外一个实施例中，还包括在转动步骤之前向所述第一层施加张力的步骤。
在另外一个实施例中，施加张力的步骤通过将第一夹具拉离第二夹具而进行。
在另外一个实施例中，所述第一层和所述第二层通过至少一个焊缝相互连接，并且分离步骤包括破坏所述至少一个焊缝。
在另外一个实施例中，还包括测量在转动步骤的进行过程中使所述第一层与所述第二层分离所需的作用力的步骤。
在另外一个实施例中，还包括在扭转步骤之后测量结合的人为产物的步骤。
在另外一个实施例中，所述测量步骤是通过图像分析而进行的。
在另外一个实施例中，还包括在扭转步骤之后且在测量步骤之前整平所述构件的步骤。
附图说明
为了更加全面地理解本发明的公开内容，可结合附图地参看以下对示意性实施例的详细描述。
图1为根据本发明的一个实施例的剥离设备的前侧透视图。
图2为图1所示剥离设备的开口主轴在层离一对相连的薄板的三个阶段的示意图。
图3为图1所示剥离设备在其接近剥离功能的完成状态时的前侧透视图。
图4为图1所示剥离设备的剥离器子组件的后侧透视图。
图5为一对相连的薄板在层离之后第一层的透视图。
图6为一对相连的薄板在层离之后第二层的透视图。
具体实施方式
会导致分离的板件严重变形的手动剥离检测一般要求例如用一套卡规或千分尺来手动地测量其连接点的人为产物(例如，点焊接头或孔)。本发明一方面是认识到，提供变形较小的面板的焊接板剥离检测可允许对面板和焊缝进行自动地分析。类似地，本发明还认识到整平变形的面板可以有利于自动检测。例如，平直的或压平的面板可以满足成像和图像分析的要求，正如在2015年5月1日递交的、由本申请的受让人所拥有的美国专利申请No.14/702,204中所公开的那样，该美国专利申请的题目是“用于焊缝测量的设备和方法”，其全文通过引用并入本文。在本发明的另一方面，剥离设备及其方法与传统方法相比可产生更一致的结果，并且节约了大量的人工劳动。
图1示出了带有底座框架12的剥离设备10，该底座框架12具有中心部分12C以及左侧部分12L和右侧部分12R。右侧部分12R支撑右侧夹紧平台14，其上可以通过一个或多个螺栓18固定一个或更多的夹紧板16A、16B。具有通过焊接(例如点焊焊缝20W，在图中以虚线示意地示出了其中的两个焊缝—任何的数目和图形都是可行的)而相连的层状试样20可以在其一端插入到夹紧板16A、16B之间(或者插入到夹紧板16A和右侧夹紧平台14之间)，并拧紧螺栓18，从而与固定在框架12的右侧部分12R上的夹紧平台14联合地牢固保持试样20。尽管图中显示的是带螺纹的夹紧机构，但是也可以在夹紧平台14上采用液压缸或气动缸来将夹紧力施加到试样20上。框架12可以由铸铁制造，或者用钢板或其他能够承受由剥离设备10产生的作用力的高强度材料制成。框架12的中心部分12C支撑滑道22，剥离器24和可移动的夹紧平台26在该滑道上独立地滑动。可移动的夹紧平台26支撑一个或更多个可用螺栓18固定在可移动的夹紧平台26上的夹紧板28A、28B，所述螺栓18将试样20的另一端(左端)夹紧在可移动的夹紧平台26上。和夹紧平台14一样，可以在可移动的夹紧平台26上采用液压的或气动的夹紧机构。框架12的左侧部分12L支撑具有活塞杆28P的液压缸28，活塞杆28P例如经由穿通销连接在可移动的夹紧平台26上。液压缸可以由通过液压管线28A、28B供应/抽回的加压的液压用流体致动，以按张紧方向T沿着滑道22牵引活塞杆28P和相连的可移动的夹紧平台26，从而向试样20施加张力，该试样20的另一端被夹紧在固定地保持在框架12上的夹紧平台14上。在将试样20夹紧在可移动的夹紧平台26上之前，使其中一个层(即下层)20B的突舌部分20T以相对于试样20的其余部分成一个角度的方式向下弯曲，并穿入在剥离器24的主轴30上的狭槽30S中。结果，仅将试样20的上层20A在张力下保持在夹紧平台14和26之间，下层20B的突舌20T被插入主轴狭槽30S中，而非被夹紧在可移动的夹紧平台26上。如下文中将要更加全面地描述的那样，剥离器24能够转动主轴30，从而使得插入狭槽30S中的突舌部分20T由主轴30转动，并使下层20B围绕主轴30的外部卷绕。在主轴30逐渐地使下层20B围绕主轴30卷绕时，下层20B的更大的长度被从上层20A上剥离下来。当遇到结合区域，即连结层20A、20B的点焊焊缝时，由转动的主轴20产生的牵引力将结合部位撕开，这可导致结合部位的焊接材料被保留在分离的层20A、20B中的一个、另一个或两者上。随后，可以对层20A、20B中的一个或两者以及被破坏的结合部位/焊缝20W(例如焊缝“接头(button)”，孔或凹陷)进行尺寸和性能的检测。
图2示意性地描绘了从上层20A上剥离下层20B操作，上层20A在两端由夹紧力C1、C2、C3、C4夹紧，随后被力T1、T2牵引而处于张紧状态。下层20B的突舌20T在位置P1处被穿入到狭槽30S中。在使主轴30沿箭头的方向转动时，该主轴逐渐地使层20B围绕其自身卷绕得更多，从而使层20B从层20A上撕下/分层。由于剥离器24可在滑道22上自由滑动，所以在主轴30转动以卷绕且剥离层20B时，主轴30在剥离器从层20A上撕下层20B时沿滑道将剥离器24牵引到例如位置P2和P3。层20A保持在夹紧平台14和26之间拉紧，直到通过使其从夹紧平台14和26松脱而取下。可以由计算机33或数据捕捉装置来监控诸如应变仪的传感器31，该传感器设置在液压缸和夹紧平台26中间，在此处其承受张力T1。这样，可以记录和分析在剥离设备10破坏焊缝20W或其他接头的结合层20A、20B时遇到的作用力。在另外一种替代方案中，传感器31可以是与例如在管线28B中的、施加张紧力T1的液压用流体连通的液压传感器，并因此将在层20A、20B之间的结合被破坏时反映张力T1的变化水平。在另外一种替代方案中，可以采用感应由主轴30施加的机械应变或者由转动主轴30的马达46(见图4)施加的作用力的第二或替代传感器35，以检测被计算机33记录和分析的结合破坏力。在液压马达46的情况下，可以在时间上由液压传感器监视液压马达或驱动该液压马达的液压管线内遇到的变化的压力。电动机46可以由传感器35来监控，该传感器35测量在分离层20A、20B时由电动机46所使用的电功率。剥离器24的位置也可以由传感器37来检测，并且可以是在计算机33中记录的位置。随时间记录的力和位置数据可以相关，以确定破坏给定焊缝20W或成组焊缝20W所需的力，其中，所述给定焊缝20W或成组焊缝20W相对于剥离器24的往返移动路径具有已知的位置。或者，可以利用力的峰值来确定破坏焊缝20W或成组焊缝所需的力。
图2示出了本发明的一个简化的实施方案。尽管图中显示说明的其他实施方案可以应用用于转动主轴30的自动化机构，但也可以将杆件或手柄36装在主轴30上，以提供用于转动主轴30、卷绕层20B并使之与层20A分离的扭矩臂TA1。杆件36可以是曲柄，以便利于手动转动。在是手动转动的杆件36的情况下，主轴30和杆件36可以如下面进一步说明的那样安装在滑道22上或可以不装在滑道22上。
图3示出了接近剥离/分层功能的完成状态的剥离设备10。更具体地说，几乎整个下层20B卷绕在剥离器24的主轴30上，并使之前连接层20A、20B的所有焊缝20W都被破坏。在先前存在每个焊缝20W的部位都可以观察到在层20A的上侧上的人为产物A1。该人为产物A1可以是剥离器24向下牵拉焊缝20W时的凹陷或者可以是孔洞，取决于焊缝20W的特性和将试样20装载到剥离设备10上的方式。在图3中，剥离器24已经将自己从其邻近夹紧平台26的初始位置牵引到坐落在滑道22上的静止夹紧平台16。一旦已经达到完成层20A、20B的分层的状态，就可以从剥离设备10上取下层20A、20B以进行检测和分析。图3示出了如下所述的状态，即，在该状态下，已经卸除层20A上的张力，即降低了液压缸28的压力，从而允许从夹紧平台14，26上取下试样20以进行检验。
图4是表示图1所示剥离设备10的剥离器子组件24S的后侧透视图。该剥离器子组件具有可转动地支撑带轮42的外壳40，而所述带轮驱动主轴30。所述外壳还支承例如高扭矩电动机或液压马达的电动机46，该电动机经由法兰(未示出)用螺栓安装在外壳40上。电动机46经由在带轮42和带轮44之间延伸的皮带48驱动与带轮42对准的带轮44，带轮42的半径提供了有利于主轴30的转动的扭矩臂TA2。带轮42、44可以是链轮，皮带48可以是驱动链。或者，带轮42、44可以由在电动机46和被动主轴30之间提供合适的扭矩优势的互相啮合的齿轮或齿轮传动机构来替代。可以采用惰轮50来维持驱动带/链上的张力。带有安装在其上的电动机46、主动和被动带轮42、44以及主轴30的外壳40安装在可沿轨道行驶的支座52上，该支座52安放在滑道22上，例如安放在滚珠轴承或滚柱轴承上，或者就是简单地安放在具有与滑道22接合的互补形状的、涂有润滑脂的狭槽上。带轮42、44中的一个或另一个可以与允许手动地转动主轴30的手柄或曲柄相连结。
图5示出了在已经从试样20上被剥离下来并从剥离设备10上取下之后的上层20A的一部分。上层20A的底面20AB显示出多个人为产物A2，它们可以是设置在底面20AB的剩余部分20AR上的隆起的焊缝“接头”或者凹陷的孔。可以对这些人工产物进行手动地或自动地测量，例如，如在题为“用于焊缝测量的设备和方法”的申请中所描述的那样，该申请如上所述通过引用并入本文中。由于上层20A在剥离/分层过程中在张力的作用下在夹紧平台14和26之间张紧，所以被剥离的层20A在剥离/分层处理过程中或之后保持相对的笔直。被剥离的层20A的这种形态促进了人工或自动检验的便利性。在一种替代方案中，被剥离的层20A可以例如通过被压紧在压力机的平板之间或经过一组压辊而被进一步的整平。为了避免人为产物A2扭曲/变形，压辊或板可以是橡胶的或者涂覆有橡胶的，或者可以在修平被剥离的层20A的时候被橡胶垫覆盖。将被剥离的层20A整平成大致为平面的构形有助于例如使用视觉系统或者图像分析进行自动的测量/分析。
图6示出了在通过卷绕在主轴30上而已被剥离之后的下层20B。被接收在主轴30的狭槽30S中的突舌部分20T以朝向卷绕的下层20B的中心的方式设置。在表面的剩余部分20BR上设有多个焊接人为产物A3。如果需要的话，可以将卷绕的下层20B展开和/或弄平，以便对人为产物A3进行分析/测量。
可以理解的是，本文所描述的实施例仅是示例性的，而且本领域技术人员在不偏离所要求保护的主题的精神和范围的情况下可以做出多种变化和改动。例如，尽管本申请的说明书是以由电阻焊缝连接的面板为例进行的说明，但是可以使用相同的设备和方法来分离通过诸如熔焊(例如GMAW(熔化气体保护焊)，激光束焊接)的其他焊接工艺连接的板件，通过诸如摩擦搅拌焊(点焊接、针角焊接、摆动焊和摩擦位连接技术)的其他方法紧固及机械式紧固(自冲铆接、传统铆接及利用带螺纹的紧固件、用敲弯钉尖的方式钉牢(clinching)、流钻螺钉，等等，或通过粘接剂或钎料的固着)的板件。尽管图中所示的实施例利用了夹紧平台14、26，但是也可以容易地想到使用螺栓来施加夹紧压力，液压、磁力或气动致动的夹紧或台钳式夹紧。所有此类变化和改动都旨在包含在本申请公开内容的范围之内。

Claims (24)

1.一种用于使相互结合成一个构件的第一层与第二层分离的设备，包括：
底座结构；
安装在所述底座结构上的第一夹具，该第一夹具能够保持其中包括有所述第一层和所述第二层的所述构件的第一部分；
安装在所述底座结构上的第二夹具，该第二夹具与所述第一夹具相距大约是所述构件长度的至少一部分的距离并能够保持其中包括有所述第一层的所述构件的第二部分；
其上具有狭槽的可旋转的主轴，该狭槽能够在一个位于所述第一夹具和所述第二夹具中间的位置接收所述第二层的一部分，并且在使所述主轴转动且所述第一层与此同时被所述第一夹具和所述第二夹具夹持的时候围绕所述主轴扭转所述第一层，以使所述第二层与所述第一层分离。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括与所述主轴联结的构件，该构件能够向所述主轴施加扭矩。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述构件是带轮。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述带轮是链轮。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述带轮是齿轮。
6.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述构件是杆件。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二夹具是可移动的，并且进一步包括与所述第二夹具联结并能够向所述构件施加张力的张紧装置。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述张紧装置是液压致动的。
9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括滑道，并且其中，所述第二夹具安装在该滑道上并且能够响应由张紧装置施加张力的操作而在滑道上滑动。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括能够可旋转地支撑所述主轴的主轴架以及能够在靠近所述第二夹具的第一位置和靠近所述第一夹具的第二位置之间可滑动地支撑所述主轴架的主轴滑座。
11.如权利要求3所述的设备，其特征在于，还包括能够转动所述带轮的发动机。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述带轮是第一带轮，并且还包括与所述发动机耦合的第二带轮以及在所述第一带轮和所述第二带轮之间延伸的传动连接机构，所述第一带轮、所述第二带轮以及所述传动连接机构为所述发动机提供扭矩优势，以转动所述主轴。
13.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括能够测量在使所述第二层与所述构件的所述第一层分离时消耗的能量的传感器。
14.如权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括能够测量在使所述第二层与所述构件分离时由所述构件所经受的张力的传感器。
15.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括能够测量在使所述第二层与所述构件分离时由所述主轴施加的力以生成作用力数据的传感器，并且进一步包括能够接收并存储所述作用力数据的计算机。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，还包括能够感测所述主轴相对于所述构件的位置并生成位置数据的传感器，所述计算机能够使所述作用力数据和所述位置数据关联。
17.一种用于使相互结合成一个构件的第一层与第二层分离的方法，包括：
使所述第一层的一端与所述第二层分离，以形成所述第一层的分离端和所述第二层的分离端；
将所述第一层的所述分离端固定在第一夹具上；
将所述构件在远离所述第一层的所述分离端的位置固定在第二夹具上；
将所述第二层的所述分离端插入主轴的狭槽中；
转动所述主轴并使所述第二层围绕所述主轴扭转，以使所述第二层与所述第一层分离。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括在所述转动步骤之前向所述第一层施加张力的步骤。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的施加张力的步骤通过将所述第一夹具拉离所述第二夹具而进行。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一层和所述第二层通过至少一个焊缝相互连接，并且所述分离步骤包括破坏所述至少一个焊缝。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括测量在所述转动步骤的进行过程中使所述第一层与所述第二层分离所需的作用力的步骤。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括在所述扭转步骤之后测量结合的人为产物的步骤。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述测量步骤是通过图像分析而进行的。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括在所述扭转步骤之后且在所述测量步骤之前整平所述构件的步骤。
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