CN109765271B - 判断金属疲劳裂纹锤击闭合的装置及其方法 - Google Patents

判断金属疲劳裂纹锤击闭合的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种判断金属疲劳裂纹锤击闭合的装置及其方法。该装置包括外壳、供电装置、电位感应装置;供电装置包括设置在外壳内的电池盒、固定在外壳底端的供电端头;电池盒通过导线与固定在外壳底端的供电端头连接;电位感应装置,包括微型电位计、芯片、电压输入端头、弹簧线;微型电位计、芯片均设置于外壳内;电压输入端头设置于外壳底端;所述微型电位计通过弹簧线与电压输入端头连接;所述芯片设有控制元件,并与微型电位计相连。由此可知:本发明填补了锤击闭合质量评定方法的技术空白,满足金属裂纹锤击闭合技术推广及应用。

Description

判断金属疲劳裂纹锤击闭合的装置及其方法
技术领域
本发明属于金属疲劳裂纹修复领域,具体涉及一种判断金属疲劳裂纹锤击闭合的方法及其装置。
背景技术
金属结构受到循环荷载的作用易产生疲劳状态, 在它的表面会产生裂纹,进而对结构的受力有很大的影响,直接威胁工程结构和机械的安全。实践证明, 金属疲劳已经是十分普遍的现象。据150 多年来的统计, 金属部件中有 80%以上的损坏是由于疲劳引起的。
为了防止金属疲劳裂纹进一步产生危害,采用中国专利文献CN103952985A公开的一种钢桥疲劳裂纹锤击闭合修复方法,使用气动锤对金属产生疲劳裂纹的部位施加锤击荷载,促使该疲劳裂纹开口闭合,达到疲劳裂纹修复的目的。
由于目前尚无相应的判断金属疲劳裂纹锤击闭合的方法和装置,导致无法对锤击闭合的质量进行评定,因此,发明一种判断金属疲劳裂纹锤击闭合的方法和装置,有利于更好的评定金属疲劳裂纹锤击闭合的效果,填补锤击闭合质量评定方法的技术空白,以满足金属裂纹锤击闭合技术推广及应用的迫切需求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置,并基于该装置,提供一种判断金属疲劳裂纹锤击闭合方法。填补锤击闭合质量评定方法的技术空白,满足金属裂纹锤击闭合技术推广及应用。
为实现上述的技术目的,本发明将采取如下的技术方案:
一种判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置,包括外壳、供电装置、电位感应装置;其中:
所述供电装置,包括设置在外壳内的电池盒、固定在外壳底端的供电端头;电池盒通过导线与固定在外壳底端的供电端头连接;
所述电位感应装置,包括微型电位计、芯片、电压输入端头、弹簧线;微型电位计、芯片均设置于外壳内;电压输入端头设置于外壳底端;
所述微型电位计通过弹簧线与电压输入端头连接;所述芯片设有控制元件,并与微型电位计相连。
进一步地,所述电压输入端头与端头伸缩装置连接;
所述端头伸缩装置,包括具有附带筒的横隔板、弹簧及套筒轴承;
横隔板与外壳的内壁固定,附带筒朝向外壳底部设置,并与套筒轴承插接,且套筒轴承能够相对于附带筒移动;弹簧套在附带筒外围,且弹簧的两端分别与横隔板、套筒轴承相触;
电压输入端头与套筒轴承固定;外壳底部在电压输入端头布置的位置处具有用于电压输入端头穿行的孔洞;
弹簧线依次穿过横隔板、附带筒、套筒轴承后,与电压输入端头连接。
进一步地,电压输入端头具有两个,套筒轴承具有两个;电压输入端头与套筒轴承一一对应连接;
横隔板具有两个附带筒,每一个附带筒均与一个套筒轴承插接;且每一个附带筒外围均套接一条弹簧。
进一步地,横隔板上与电压输入端头对应的位置处,开设穿行孔a,与供电端头对应的位置处,开设穿行孔b;穿行孔a位于横隔板内侧,穿行孔b位于横隔板外侧;且附带筒与穿行孔a连通,同时,附带筒的内径与穿行孔a孔径一致。
进一步地,供电端头具有两个;两个供电端头、两个电压输入端头处于同一直线上。
进一步地,所述芯片通过控制开关与指示灯连接;控制元件根据微型电位计所反馈电位差的数值,通过启闭控制开关来控制对应指示灯接通/断开。
本发明的另一技术目的是提供一种基于上述判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置的方法,包括以下步骤:
第一步:在电池盒内安装电池,打开开关;
第二步:将电压输入端头布置在金属无疲劳裂纹处,稳定后通过控制元件记录电位差
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
第三步:将电压输入端头布置在裂纹开口处,使两个电压输入端头所在直线与裂纹纵向所在直线垂直;稳定后通过控制元件记录电位差
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
第四步:将电压输入端头布置在裂纹锤击闭合处,稳定后通过控制元件记录电位差
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
第五步:控制元件判断电位差是否在
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
间,若是,则指示灯为绿色,表明裂纹得到锤击修复闭合,否则为红色;
第六步:关闭开关,判断结束。
进一步地,所述步骤二中,电位差
Figure 683329DEST_PATH_IMAGE002
满足:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
;其中,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
是供电端头提供的恒定电流,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
是金属无疲劳裂纹时的电阻;
所述步骤三中,电位差
Figure 960858DEST_PATH_IMAGE004
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE016
;其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE018
是金属出现疲劳裂纹时的电阻;
所述步骤四中,电位差
Figure 957633DEST_PATH_IMAGE006
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE020
;其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE022
是金属疲劳裂纹锤击闭合后的电阻;
金属出现疲劳裂纹后,金属相对出现疲劳之前,导电面横截面积变小,锤击闭合后导电面横截面积又变大,存在
Figure DEST_PATH_IMAGE024
因此,在金属裂纹开口处给定电流不变的条件下,由公式
Figure DEST_PATH_IMAGE026
知,电位差
Figure 59319DEST_PATH_IMAGE002
、电位差
Figure 79227DEST_PATH_IMAGE004
、电位差
Figure 832551DEST_PATH_IMAGE006
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE028
有益效果:
本发明提供一种判断金属疲劳裂纹锤击闭合的方法和装置,有利于更好的评定金属疲劳裂纹锤击闭合的效果,填补锤击闭合质量评定方法的技术空白,以满足金属裂纹锤击闭合技术推广及应用的迫切需求。
所述装置结构简单,所有部分均为组装而成,有利于规模化生产;读数直观,提高了锤击闭合质量评定的效率;使用范围较广,可根据所测金属的属性,调节电池及微型电位计的型号,扩大其适用范围,使用前景非常好。
附图说明
图1为一种钢桥裂纹锤击闭合技术实施例;
图2为本发明判断金属疲劳裂纹锤击闭合方法流程图;
图3为金属无裂纹时装置工作的电流分布图;
图4为金属有裂纹时装置工作的电流分布图;
图5为金属裂纹锤击闭合后装置工作的电流分布图;
图6为金属在上述三种情况下的电路变化示意图;
图7为金属在上述三种情况下的电位差直方图;
图8为判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置(工作时)的示意图;
图9为判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置的正视图;
图10为判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置的后视图;
图11为判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置的仰视图;
图12为装置A-A剖面图;
图13为外壳横隔板示意图;
附图中:
1、供电装置,2、电位感应装置,3、外壳;4、金属板;
11、电池盒,12、导线,13、活动开关,14、供电端头;
21、芯片,22、微型电位计,23、弹簧线,24、弹簧,25、套筒轴承,
26、电压输入端头;
31、横隔板, 32、底盖;33、电位显示屏;34、开关按钮;35、记录按钮;36、比较按钮,37、指示灯,38、电池盒盖;
41、无裂纹的金属板,42、带裂纹的金属板,43、裂纹锤击闭合后的金属板。
具体实施方式
以下结合附图,对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。
如图8至13所示,本发明所述的判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置,包括外壳、供电装置、电位感应装置;其中:
所述供电装置,包括设置在外壳内的电池盒、固定在外壳底端的供电端头;电池盒通过导线与固定在外壳底端的供电端头连接;
所述电位感应装置,包括微型电位计、芯片、电压输入端头、弹簧线;微型电位计、芯片均设置于外壳内;电压输入端头设置于外壳底端;
所述微型电位计通过弹簧线与电压输入端头连接;所述芯片设有控制元件,并与微型电位计相连。
进一步地,所述电压输入端头与端头伸缩装置连接;
所述端头伸缩装置,包括具有附带筒的横隔板、弹簧及套筒轴承;
横隔板与外壳的内壁固定,附带筒朝向外壳底部设置,并与套筒轴承插接,且套筒轴承能够相对于附带筒移动;弹簧套在附带筒外围,且弹簧的两端分别与横隔板、套筒轴承相触;
电压输入端头与套筒轴承固定;外壳底部在电压输入端头布置的位置处具有用于电压输入端头穿行的孔洞;
弹簧线依次穿过横隔板、附带筒、套筒轴承后,与电压输入端头连接。
进一步地,电压输入端头具有两个,套筒轴承具有两个;电压输入端头与套筒轴承一一对应连接;
横隔板具有两个附带筒,每一个附带筒均与一个套筒轴承插接;且每一个附带筒外围均套接一条弹簧。
进一步地,横隔板上与电压输入端头对应的位置处,开设穿行孔a,与供电端头对应的位置处,开设穿行孔b;穿行孔a位于横隔板内侧,穿行孔b位于横隔板外侧;且附带筒与穿行孔a连通,同时,附带筒的内径与穿行孔a孔径一致。
进一步地,供电端头具有两个;两个供电端头、两个电压输入端头处于同一直线上。
进一步地,所述芯片通过控制开关与指示灯连接;控制元件根据微型电位计所反馈电位差的数值,通过启闭控制开关来控制对应指示灯接通/断开。
以下将结合附图详细地说明本发明的一个具体实施例。
本实施例所述的判断金属疲劳裂纹锤击闭合的装置,由供电装置及电位传感装置组成。供电装置包括电池盒和供电端头,电位传感装置包括微型电位计、芯片、电压输入端头、端头伸缩装置及弹簧线,形如笔状的外壳将两装置包裹。所述电池盒通过导线与固定在外壳底端的供电端头连接;所述微型电位计通过弹簧线与电压输入端头连接;所述芯片设有控制元件,并与微型电位计相连;所述端头伸缩装置包括带附带筒的横隔板、弹簧及套筒轴承,弹簧套在横隔板附带筒处,套筒轴承上部与外壳中下部横隔板附带筒插接;所述4个端头,供电端头2个固定在外壳底端,电压输入端头2个固定在套筒轴承底部中心,并且穿过外壳底端的孔洞。
优选的,所述的端头伸缩装置,其中的弹簧保持一定预压量套在与横隔板附带的筒上,并将弹力传到套筒轴承上,保证电压输入端头充分接触金属表面,避免因金属表面不平整,导致接触不良;
优选的,所述的弹簧线,连接微型电位计与电压输入端头,保证电压输入端头在上下移动时,导线可以自由收缩,避免其对其他部件产生干扰;
优选的,所述的附带筒的横隔板,安装在外壳内中下部,横隔板上沿与4个端头所在直线平行的方向留有4个孔,内侧2个孔下部接有与孔径大小相等的筒,与套筒轴承配合使用,使弹簧保持直线运动;
优选的,所述的微型电位计,精度可根据电池所能提供的电流进行调节,以适应不同种类的金属;
优选的,所述的芯片,其内部设有的控制元件可根据电位差的数值,控制相应指示灯颜色,以便更直观的观察金属疲劳裂纹是否锤击闭合;
优选的,所述的套筒轴承,其长度可根据电压输入端头的伸缩量进行调整,以适应不同结构的金属。
根据上述的装置,本发明同时提出一种判断金属疲劳裂纹锤击闭合的方法,如图2所示,包括以下步骤:
101、打开电池盒后盖38,安装电池,本例以提对金属板远端施加1A电流为例;
102、拔下装置底盖32,将装置布置在金属无疲劳裂纹处,按下开关按钮34,按下记录按钮35,使控制元件记录电位差
Figure 418253DEST_PATH_IMAGE002
103、将装置电压输入端头26布置在裂纹开口处,使4个端头(14和26)所形成直线与裂纹纵向所在直线垂直,按下记录按钮35,使控制元件记录电位差
Figure 113676DEST_PATH_IMAGE004
104、将装置电压输入端头26布置在裂纹锤击闭合处,按下记录按钮35,使控制元件记录此时电位差
Figure 620881DEST_PATH_IMAGE006
105、按下比较按钮36,芯片21内控制元件将自动判断电位差是否在
Figure 161584DEST_PATH_IMAGE008
区间,若是则指示灯37为绿色,否则为红色;
由如图6所示的电路简图可以直观的看出,由于金属出现疲劳裂纹后,金属接触面积变小,锤击闭合后接触面积又变大,电阻关系有如下变化:
Figure DEST_PATH_IMAGE024A
在金属裂纹开口处给定电流不变的条件下,由公式
Figure 865709DEST_PATH_IMAGE026
及图7知,电压关系有如下变化:
Figure DEST_PATH_IMAGE028A
具体是:
电位差
Figure 997613DEST_PATH_IMAGE002
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
;其中,
Figure 274004DEST_PATH_IMAGE012
是供电端头提供的恒定电流,
Figure 618398DEST_PATH_IMAGE014
是金属无疲劳裂纹时的电阻;
电位差
Figure 381955DEST_PATH_IMAGE004
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
;其中,
Figure 215918DEST_PATH_IMAGE018
是金属出现疲劳裂纹时的电阻;
电位差
Figure 432136DEST_PATH_IMAGE006
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
;其中,
Figure 360647DEST_PATH_IMAGE022
是金属疲劳裂纹锤击闭合后的电阻;
金属电阻计算式为:
Figure DEST_PATH_IMAGE030
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为电阻率,L为材料的长度,S为面积;
金属出现疲劳裂纹后,金属相对出现疲劳之前,导电面横截面积变小,锤击闭合后导电面横截面积又变大,存在
Figure DEST_PATH_IMAGE024AA
因此,在金属裂纹开口处给定电流不变的条件下,由公式
Figure 322918DEST_PATH_IMAGE026
知,电位差
Figure 531045DEST_PATH_IMAGE002
、电位差
Figure 234559DEST_PATH_IMAGE004
、电位差
Figure 920755DEST_PATH_IMAGE006
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE028AA
106、按下开关按钮34,判断结束。
上述测量出现偏差,可以关闭设备,对之前测量的电位差读数清零,重新开始测量。
需要说明的是,本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有理论和技术。以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置,其特征在于,包括外壳、供电装置、电位感应装置;其中:
所述供电装置,包括设置在外壳内的电池盒、固定在外壳底端的供电端头;电池盒通过导线与固定在外壳底端的供电端头连接;
所述电位感应装置,包括微型电位计、芯片、电压输入端头、弹簧线;微型电位计、芯片均设置于外壳内;电压输入端头设置于外壳底端;
电压输入端头具有两个,供电端头具有两个;两个供电端头、两个电压输入端头处于同一直线上,且两个电压输入端头处于两个供电端头之间;
所述微型电位计通过弹簧线与电压输入端头连接;所述芯片设有控制元件,并与微型电位计相连;控制元件能够接收微型电位计所反馈的电位差并记录;
所述芯片通过控制开关与指示灯连接;
控制元件通过判断微型电位计所反馈的电位差
Figure DEST_PATH_IMAGE001
、电位差
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、电位差
Figure DEST_PATH_IMAGE003
,启闭控制开关 来控制对应指示灯接通/断开,以判断裂纹是否得到锤击修复闭合;
所述的电位差
Figure 976513DEST_PATH_IMAGE001
为电压输入端头布置在金属无疲劳裂纹处时,微型电位计所反馈的 数值;
所述的电位差
Figure 424812DEST_PATH_IMAGE002
为电压输入端头布置在裂纹开口处,且两个电压输入端头所在直线与 裂纹纵向所在直线垂直时,微型电位计所反馈的数值;
所述的电位差
Figure 532445DEST_PATH_IMAGE003
为电压输入端头布置在裂纹锤击闭合处时,微型电位计所反馈的数 值。
2.根据权利要求1所述的判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置,其特征在于,所述电压输入端头与端头伸缩装置连接;
所述端头伸缩装置,包括具有附带筒的横隔板、弹簧及套筒轴承;
横隔板与外壳的内壁固定,附带筒朝向外壳底部设置,并与套筒轴承插接,且套筒轴承能够相对于附带筒移动;弹簧套在附带筒外围,且弹簧的两端分别与横隔板、套筒轴承相触;
电压输入端头与套筒轴承固定;外壳底部在电压输入端头布置的位置处具有用于电压输入端头穿行的孔洞;
弹簧线依次穿过横隔板、附带筒、套筒轴承后,与电压输入端头连接。
3.根据权利要求2所述的判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置,其特征在于,套筒轴承具有两个;电压输入端头与套筒轴承一一对应连接;
横隔板具有两个附带筒,每一个附带筒均与一个套筒轴承插接;且每一个附带筒外围均套接一条弹簧。
4.根据权利要求3所述的判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置,其特征在于,横隔板上与电压输入端头对应的位置处,开设穿行孔a,与供电端头对应的位置处,开设穿行孔b;穿行孔a位于横隔板内侧,穿行孔b位于横隔板外侧;且附带筒与穿行孔a连通,同时,附带筒的内径与穿行孔a孔径一致。
5.一种基于权利要求1所述判断金属疲劳裂纹锤击闭合装置的方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:在电池盒内安装电池,打开开关;
第二步:将电压输入端头布置在金属无疲劳裂纹处,稳定后通过控制元件记录电位差
Figure 193234DEST_PATH_IMAGE001
第三步:将电压输入端头布置在裂纹开口处,使两个电压输入端头所在直线与裂纹纵 向所在直线垂直;稳定后通过控制元件记录电位差
Figure 836967DEST_PATH_IMAGE002
第四步:将电压输入端头布置在裂纹锤击闭合处,稳定后通过控制元件记录电位差
Figure 925009DEST_PATH_IMAGE003
第五步:控制元件判断电位差是否在
Figure DEST_PATH_IMAGE004
间,若是,则指示灯为绿色,表明裂纹得到锤 击修复闭合,否则为红色;
第六步:关闭开关,判断结束。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述步骤二中,电位差
Figure 785517DEST_PATH_IMAGE001
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE005
; 其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE006
是供电端头提供的恒定电流,
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是金属无疲劳裂纹时的电阻;
所述步骤三中,电位差
Figure 935483DEST_PATH_IMAGE002
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE008
;其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE009
是金属出现疲劳裂纹时的电阻;
所述步骤四中,电位差
Figure 728995DEST_PATH_IMAGE003
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE010
;其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE011
是金属疲劳裂纹锤击闭合后的电 阻;
金属出现疲劳裂纹后,金属相对出现疲劳之前,导电面横截面积变小,锤击闭合后导电 面横截面积又变大,存在
Figure DEST_PATH_IMAGE012
因此,在金属裂纹开口处给定电流不变的条件下,由公式
Figure DEST_PATH_IMAGE013
知,电位差
Figure 941933DEST_PATH_IMAGE001
、电位差
Figure 227421DEST_PATH_IMAGE002
、电位差
Figure 728547DEST_PATH_IMAGE003
满足:
Figure DEST_PATH_IMAGE014
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电位法测量裂纹中的几个问题;周洪范;《物理测试》;19871231(第4期);第38、60-64页 *
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