CN110108549A - 一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具及实验方法 - Google Patents
一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具及实验方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具及实验方法，包括带倒角的夹具底座、与可移动夹具底座相配合并通过调节螺栓进行调节的带倒角定位块。定位块包括相对设置的第一定位块和第二定位块。本发明通过设置调节螺栓和定位块，可以实现不同规格剪切试样剪切强度的测定，增大了试样的通用性。第一定位块和第二定位块与夹具底座对试样的夹持，保证了试样的稳定性，防止了试样在垂直方向的移动。可左右移动的底座保证了剪切试样的轴线与试验机的轴线重合，提高了同轴度，可靠性高，结构简单，便于操作。其试验方法可以在一侧剪切强度测出后的同时，继续监测另一侧的剪切强度，可以同时得到“三明治”结构两处结合处的剪切强度。
Description
技术领域
本发明属于材料检测设备技术领域，尤其是涉及一种三层等尺寸的钎焊板接头拉/压剪切工装夹具及实验方法。
背景技术
对于复合材料钎焊接头，抗剪切强度是其重要检测指标。进行剪切实验时，将钎焊复合板试样固定在万能试验机的专用夹具上，然后对试件施加一个剪切力，使试件断裂，根据试件断裂过程中所受的最大力，即试样接头的剪切强度。
根据GB/T 6396-2008《复合钢板力学性能及工艺性能试验方法》中规定的剪切试样的尺寸要求，可以发现剪切试样尺寸的多样性，一般的剪切夹具难以应对多变的剪切试样尺寸，因此需要一种尺寸可调，拘束可调，操作简单，稳定性高的剪切夹具，满足生产检测的需求。
如图9a、9b、9c中，在现有的夹具中，一般都适用于双层复合板焊接试样，但是遇到如“三明治”结构的三层等尺寸钎焊试样时存在如下问题：
1、现有夹具都只适用于双层复合板焊接试样结构，试件受到的拘束较小，在拉压载荷的作用下容易发生移动。
2、现有夹具都要求试样的一侧体积明显大于另一侧，因此对于三层等尺寸结构的试样难以进行夹持并开展实验。
3、面对“三明治”结构的钎焊复合板，两处结合层的剪切强度会有不同，因此两处结合层的断裂会有先后顺序，一侧先发生断裂后，另一侧则会在现有夹具上发生失稳，无法测定另一侧的剪切强度。
4、钎焊接头处可能有焊料的溢出，做剪切实验时可能会影响实验结果的准确性。
5、现有的夹具只适用于双层的结构，而双层结构的受力和三层结构的受力不同，见下图，并且三层结构有必要得到两边的剪切强度，因此有必要设计一种三层等尺寸钎焊接头拉压剪切工装。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具及实验方法。
本发明采用的技术方案是：一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具，包括夹具底座、压头、定位块和轨道；
所述夹具底座呈长方体，包括第一底座和第二底座，所述第一底座和第二底座接触试样处有倒角，所述第一底座和第二底座对称安装在所述压头的正下方，所述压头固定在压头基座上，所述夹具底座在所述轨道上水平滑动，夹具底座底部配有刻度条以方便调整，轨道固定在万能试验机上，并通过定位螺栓紧固；
所述定位块包括第一定位块和第二定位块，所述第一定位块和第二定位块均为长方体定位块；所述第一定位块安装在第一底座的上方，并且第一定位块的内侧面与第一底座内侧面相平齐；所述第二定位块安装在第二底座的上方，并且第二定位块的内侧面与第二底座内侧面相平齐；
所述调节螺栓包括第一调节螺栓、第二调节螺栓、第三调节螺栓和第四调节螺栓，所述第一调节螺栓安装在第一定位块上且穿过第一底座，且与第一底座相垂直，所述第二调节螺栓安装在第二定位块上且穿过第二底座，且与第二底座相垂直，所述第三调节螺栓安装在第一底座，第四调节螺栓安装在第二底座；
所述第一定位块和第一底座均开有供第一调节螺栓穿过的第一通孔和第二通孔，所述第二定位块和第二底座均开有供第二调节螺栓穿过的第三通孔和第四通孔，所述第一底座有供第三调节螺栓的第五通孔，所述第二底座有供第四调节螺栓的第六通孔。
本发明夹具底座可左右自由调节，适用于不同厚度的“三明治”结构钎焊复合板，同样也适用于双层结构的焊接复合板。第一定位块和第二定位块可通过调节螺栓上下自由调节，适用于不同尺寸的剪切试样。
作为优选，所述第一调节螺栓为两个且互相平行，并沿第一定位块中线处呈左右对称布设，所述第二调节螺栓为两个且互相平行，并沿第二定位块中线处呈左右对称布设。
上述复合钎焊板接头剪切试验工装夹具的实验方法，包括如下步骤：
S1、将“三明治”结构剪切试样加工成边长15-25mm的正方形试样；
S2、安装压头、轨道，紧固定位螺栓；
S3、先将压头下调至一定位置，将样品首先穿过压头，保证“三明治”结构的中间层处在压头的中轴线处；
S4、将第一定位块松开，留出一定空间放置“三明治”结构剪切试样，将“三明治”结构剪切试样左侧结构下表面贴合在第一底座上，重合2-3mm，调整第一定位块，与第一底座一起夹住“三明治”结构剪切试样，调整第二底座，使“三明治”结构剪切试样与第二底座接触，重合2-3mm，调整第二定位块，与第二底座一起夹住“三明治”结构剪切试样；
S5、在轨道上移动整体结构，保证“三明治”结构剪切试样的中间层的中心在压头的正下方，保证同轴度，调整完毕后，旋紧第三调节螺栓和第四调节螺栓；
S6、将声发射检测的传感器固定在试样的结合处表面。配合声发射检测感应两侧结合处哪一侧先发生断裂。
S7、接通电源，启动万能试验机，将压头缓慢向下移动，设定一定速率缓慢压动剪切试样，采集数据，统计，分析。
作为优选，所述S6中采用美国PAC公司生产的PCI-2采集系统，部件包括R15a-150kHz谐振式传感器、前置放大器、PCI-2采集卡、工控机和AEwin软件。
本发明第一定位块与第一底座既适应剪切试样尺寸的不同，也起到了垂直方向对试样的固定。“三明治”结构的中间层在压头正下方，同轴度高。此夹具可满足同时测出“三明治”结构的两处结合处的剪切强度，在剪切强度较弱的一侧发生断裂后，另一侧依旧夹住式样，可以继续完成对另一侧剪切强度的检测。
有益效果：1、本发明可根据调节螺栓、定位块和底座来实现不同尺寸规格的剪切试样的剪切强度测定，增大了通用性。
2、本发明可更换不同压头，来适用于中间层厚度不同的“三明治”结构复合焊接板的剪切强度测定。
3、本发明操作简单，只需调节四种螺栓，操作方便。
4、本发明结构简单，便于操作，通用性强，使用效果好，便于推广使用。
5、本发明既可以做拉剪，又可以做压剪实验。
6、本发明可完成对“三明治”结构的两侧焊缝的剪切力的测定。
综上所述，本发明可根据调节螺栓、定位块和底座来实现不同尺寸规格的剪切试样的剪切强度测定，增大了通用性。可更换不同压头，来适用于中间层厚度不同的“三明治”结构复合焊接板的剪切强度测定。可通过声发射检测技术，知道两侧中哪一侧先发生断裂。
附图说明
图1为本发明的结构正视图。
图2为本发明的立体结构示意图。
图3为本发明的第一定位块的立体结构示意图。
图4为本发明的第一底座的立体结构示意图。
图5为本发明的轨道立体结构示意图。
图6为压头示意图。
图7为本发明的实用状态图。
图8为声发射采集系统示意图。
图9a为现有技术中双层结构受压。
图9b为现有技术中三明治结构受压。
图9c为现有技术中三明治结构受拉。
具体实施方法
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
如图1-8所示，一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具，包括夹具底座、与所述夹具底座相配合并通过调节螺栓进行调节的定位块、压头13和轨道1；
所述夹具底座呈长方体，包括第一底座8和第二底座2，所述第一底座8和第二底座2接触试样处有倒角，所述第一底座8和第二底座2对称安装在所述压头13的正下方，所述压头13固定在压头基座12上，所述夹具底座在所述轨道1上水平滑动，夹具底座底部配有刻度条以方便调整，轨道1固定在万能试验机上，并通过定位螺栓10和定位螺栓11紧固；
所述定位块包括第一定位块7和第二定位块3，所述第一定位块7和第二定位块3均为长方体定位块；所述第一定位块7安装在第一底座8的上方，并且第一定位块7的内侧面与第一底座8内侧面相平齐；所述第二定位块3安装在第二底座2的上方，并且第二定位块3的内侧面与第二底座2内侧面相平齐；
所述调节螺栓包括第一调节螺栓6、第二调节螺栓4、第三调节螺栓9和第四调节螺栓5，所述第一调节螺栓6安装在第一定位块7上且穿过第一底座8，且与第一底座8垂直，所述第二调节螺栓4安装在第二定位块3上且穿过第二底座2，且与第二底座2垂直，所述第三调节螺栓9安装在第一底座8，第四调节螺栓5安装在第二底座2；
所述第一定位块7和第一底座8均开有供第一调节螺栓6穿过的第一通孔7-1和第二通孔8-1，所述第二定位块3和第二底座2均开有供第二调节螺栓4穿过的第三通孔3-1和第四通孔2-1，所述第一底座8有供第三调节螺栓9的第五通孔8-2，所述第二底座2有供第四调节螺栓5的第六通孔2-2。
本发明夹具底座可左右自由调节，适用于不同厚度的“三明治”结构钎焊复合板，同样也适用于双层结构的焊接复合板。第一定位块和第二定位块可通过调节螺栓上下自由调节，适用于不同尺寸的剪切试样。
所述第一调节螺栓6为两个且互相平行，并沿第一定位块7中线处呈左右对称布设，所述第二调节螺栓4为两个且互相平行，并沿第二定位块3中线处呈左右对称布设。
上述复合钎焊板接头剪切试验工装夹具的实验方法，包括如下步骤：
S1、将“三明治”结构剪切试样14加工成边长15-25mm的正方形试样；
S2、安装压头13、轨道1，紧固定位螺栓10和定位螺栓11；
S3、先将压头13下调至一定位置，将试样14首先穿过压头13，保证“三明治”结构的中间层处在压头的中轴线处；
S4、将第一定位块7松开，留出一定空间放置“三明治”结构剪切试样14，将“三明治”结构剪切试样14左侧结构下表面贴合在第一底座8上，重合2-3mm，调整第一定位块7，与第一底座8一起夹住“三明治”结构剪切试样14，调整第二底座2，使“三明治”结构剪切试样14与第二底座2接触，重合2-3mm，调整第二定位块3，与第二底座2一起夹住“三明治”结构剪切试样14；
S5、在轨道1上移动整体结构，保证“三明治”结构剪切试样14的中间层的中心在压头的正下方，保证同轴度，调整完毕后，旋紧第三调节螺栓9和第四调节螺栓5；
S6、采用美国PAC公司生产的PCI-2采集系统，主要部件为R15a-150kHz谐振式传感器，前置放大器，PCI-2采集卡，工控机和AEwin软件。将声发射检测的传感器固定在试样14的结合处表面。配合声发射检测感应两侧结合处哪一侧先发生断裂。
S7、接通电源，启动万能试验机，将压头缓慢向下移动，设定一定速率缓慢压动剪切试样，采集数据，统计，分析。
实施例1：
15×15×10mm“三明治”结构真空钎焊样品，包括：15×15×4mm不锈钢，15×15×2mm可伐合金和15×15×4mm陶瓷。
先将样品放置于第一底座上，与第一底座接触重合3mm，调整第一定位块，夹住试样左侧不锈钢，调整右侧第二底座与第二定位块，试样与第二底座接触重合3mm，调整第二定位块，夹住试样右侧陶瓷。
左右调整底座，保证试样中间可伐合金中心处于压头正下方。
缓慢放下压头，压至剪切试样一侧断裂，记录材料剪切力，继续缓慢驱动压头，压至试样另一侧断裂，记录材料剪切力。
实施例2：
10×20×10mm“三明治”结构真空钎焊样品，包括：10×20×5mm不锈钢，15×15×2mm可伐合金和15×15×3mm陶瓷。
先将样品放置于第一底座上，与第一底座接触重合4mm，调整第一定位块，夹住试样左侧不锈钢，调整右侧第二底座与第二定位块，试样与第二底座接触重合2mm，调整第二定位块，夹住试样右侧陶瓷。
左右调整底座，保证试样中间可伐合金中心处于压头正下方。
缓慢放下压头，压至剪切试样一侧断裂，记录材料剪切力，继续缓慢驱动压头，压至试样另一侧断裂，记录材料剪切力。
实施例3：
20×20×10mm双层钎焊复合板样品，包括：20×20×5mm不锈钢和20×20×5mm铝。
将样品不锈钢一侧放在第二底座上，与第二底座接触重合4mm，调整第二定位块，夹住试样不锈钢一侧。
左右调整底座，保证试样中间铝中心处于压头正下方。
缓慢放下压头，压至剪切试样断裂，记录材料剪切力。
以上结合附图对本发明专利的实施方式做出详细说明，但本发明专利不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明专利的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明专利的保护范围内。
Claims (4)
1.一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具，其特征在于：包括夹具底座、压头、定位块和轨道；
所述夹具底座呈长方体，包括第一底座和第二底座，所述第一底座和第二底座接触试样处有倒角，所述第一底座和第二底座对称安装在所述压头的正下方，所述压头固定在压头基座上，所述夹具底座在所述轨道上水平滑动，夹具底座底部配有刻度条以方便调整，轨道固定在万能试验机上，并通过定位螺栓紧固；
所述定位块包括第一定位块和第二定位块，所述第一定位块和第二定位块均为长方体定位块；所述第一定位块安装在第一底座的上方，并且第一定位块的内侧面与第一底座内侧面相平齐；所述第二定位块安装在第二底座的上方，并且第二定位块的内侧面与第二底座内侧面相平齐；
所述调节螺栓包括第一调节螺栓、第二调节螺栓、第三调节螺栓和第四调节螺栓，所述第一调节螺栓安装在第一定位块上且穿过第一底座，且与第一底座相垂直，所述第二调节螺栓安装在第二定位块上且穿过第二底座，且与第二底座相垂直，所述第三调节螺栓安装在第一底座，第四调节螺栓安装在第二底座；
所述第一定位块和第一底座均开有供第一调节螺栓穿过的第一通孔和第二通孔，所述第二定位块和第二底座均开有供第二调节螺栓穿过的第三通孔和第四通孔，所述第一底座有供第三调节螺栓的第五通孔，所述第二底座有供第四调节螺栓的第六通孔。
2.根据权利要求1所述的一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具，其特征在于：所述第一调节螺栓为两个且互相平行，并沿第一定位块中线处呈左右对称布设，所述第二调节螺栓为两个且互相平行，并沿第二定位块中线处呈左右对称布设。
3.根据权利要求1或2所述的一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将“三明治”结构剪切试样加工成边长15-25mm的正方形试样；
S2、安装压头、轨道，紧固定位螺栓；
S3、先将压头下调至一定位置，将样品首先穿过压头，保证“三明治”结构的中间层处在压头的中轴线处；
S4、将第一定位块松开，留出一定空间放置“三明治”结构剪切试样，将“三明治”结构剪切试样左侧结构下表面贴合在第一底座上，重合2-3mm，调整第一定位块，与第一底座一起夹住“三明治”结构剪切试样，调整第二底座，使“三明治”结构剪切试样与第二底座接触，重合2-3mm，调整第二定位块，与第二底座一起夹住“三明治”结构剪切试样；
S5、在轨道上移动整体结构，保证“三明治”结构剪切试样的中间层的中心在压头的正下方，保证同轴度，调整完毕后，旋紧第三调节螺栓和第四调节螺栓；
S6、将声发射检测的传感器固定在试样的结合处表面，配合声发射检测感应两侧结合处哪一侧先发生断裂；
S7、接通电源，启动万能试验机，将压头缓慢向下移动，设定一定速率缓慢压动剪切试样，采集数据，统计，分析。
4.根据权利要求3所述的一种三层等尺寸钎焊接头拉/压剪切工装夹具的实验方法，其特征在于：所述S6中采用美国PAC公司生产的PCI-2采集系统，其中部件包括R15a-150kHz谐振式传感器、前置放大器、PCI-2采集卡、工控机和AEwin软件。
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