JP2004301746A

JP2004301746A - Mounting method for strain detector and mounting structure

Info

Publication number: JP2004301746A
Application number: JP2003096411A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Ota; 昭彦太田; Naoyuki Suzuki; 直之鈴木; Yoshio Maeda; 芳夫前田
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP3837542B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure prolongation of the service life of fixing force after mounting in mounting of a strain detector for detecting a structure fatigue stress, and to ensure the long-term reliability of monitoring by suppressing the fatigue break of a metal plate to be measured and then realizing higher accuracy of strain detection. <P>SOLUTION: Strain detectors D1, D2, transmitting strain via shear strength, are mounted on the metal plate 4 of a structure to be measured by welding connection via an arc welding 7 with a welding material of low transformation temperature and a spot welding 7a. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、ひずみ検出器の取付方法に関し、より詳しくは、構造物疲労応力検出装置としてのひずみ検出器の取付方法とひずみ検出器の取付構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、構造物の疲労応力を一層の高信頼性を持って測定することが重要な課題になっている。この疲労応力の検出については、箔ひずみゲージとして知られているひずみ検出器を用いる方法がこれまでに実用化され、その改良の検討が行われてきてもいる。
【０００３】
しかしながら、従来のひずみ検出器を用いた構造物の疲労応力の検出法には、たとえば以下の従来法のように、測定対象とする構造物への取付けに問題があり、精度の高い測定が難しいのが実情であった。
（従来技術１）
従来技術では、ひずみ検出器を構造物に取り付ける方法として接着剤を用いる方法があった。このひずみ検出器の構造物への取り付けに接着剤を用いる方法においては、接着剤が風雨等に長期間曝されると、接着機能を失うという問題があった。
【０００４】
図２は、従来法によって、接着によるひずみ検出器の取付け状況を示すものであるが、図２（ａ）に示すように、ひずみ検出器を構成するひずみ検出用素子箔（１１）には、リード線（１２）が接続され、対象とする被測定金属板（１４）に対し、このものが、直接接着剤（１５）により接着接合され、その際、さらに、コーティング材（１３）により被覆されている。しかしながら、この取付け構造では、コーティング材（１３）や接着剤（１５）が水、海水に曝され、液が浸食して電気抵抗が変化したり、接着剤（１５）の剥離によって、１年程度以下でひずみ計測が不可能になるという事態も生じていた。
【０００５】
すなわち、たとえコーティング材（１３）による被覆が行われたとしても、海水と風雨に曝される実環境に置かれた場合には、海水や風雨により１年程度でコーティング機能や接着剤（１５）の接着力も失われ、ひずみ検出器（Ｄ）が感応しなくなるという問題があった。
（従来技術２）
また、被測定金属板（１４）に対するひずみ検出用素子箔（１１）の接合方法として、接着剤を被測定金属板（１４）に対して直接には使用しないで溶接を行う方法がある。この方法は、図２（ｂ）に示すように、ひずみ検出用素子箔（１１）が接着された鋼板（１６）を被測定金属板（１４）に対してたとえばアーク溶接（７）等により溶接するものである。このような溶接法を採用する場合には、前記の直接的接着の方法に比べて固定機能の長寿化が図られるものの、溶接によって溶接部には引張残留応力が誘起され、この引張残留応力の作用によって、構造物本体（１４）の疲労損傷を引き起こし疲労破壊を生じるという問題を有するものであった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願の発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するものとして、第１には、剪断力を介してひずみを伝えるひずみ検出器を、被測定構造物本体に低変態温度の溶接材料を介しての溶接接合により取り付けることを特徴とするひずみ検出装置の取付方法を提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、第２には、リード線が接続されて、低変態温度溶接材料に接着接合されるひずみ検出器であって、ひずみ検出器は剪断力を介してひずみを伝えるものであり、低変態温度溶接材料面に接着された上で被覆が施こされ、被測定構造物本体に対して低変態温度溶接材料を介して溶接接合されていることを特徴とするひずみ検出器の取付構造を、さらに、第３には、ひずみ検出器が、ひずみ検出用素子箔と、金属片又は金属薄片と、これにひずみ検出用素子箔を接着する接着剤と、金属片又は金属薄片に接着されたひずみ検出用素子箔を密封する手段とにより構成されていることを特徴とする前記のひずみ検出器の取付構造をも提供する。
【０００８】
【実施例】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、被測定金属板（４）にひずみ検出器（Ｄ１）を取付けるに際して、低変態温度溶接材料を用いて接合する方法を例示したものであって、ひずみ検出器（Ｄ１）としては、箔ひずみゲージによって、被測定金属板（４）等の構造物本体の表面に平行働く剪断力によってひずみを測定している。この場合の箔ひずみゲージにおいては、プラスチック箔上のゲージを構成する金属細線がひずみで延縮すると電気抵抗が変化することから、ひずみは電気信号として測定されることになる。図１（ａ）は、第１の実施形態を示している。この第１の実施形態では、ひずみ検出用素子箔（１）は予め金属片（６）に接着剤（５）により接着され、金属箔シールドカプセル（３）で密封される。ひずみ検出器（Ｄ１）にはリード線（２）が接続される。そして、このひずみ検出器（Ｄ１）は、ひずみ検出用素子箔（１）、金属片（６）、この金属片（６）にひずみ検出用素子箔（１）を接着する接着剤（５）、金属片（６）に接着されたひずみ検出用素子箔（１）を密封する金属箔シールドカプセル（３）とによって構成されている。
【０００９】
第１の実施形態では、上記のように、耐環境性を満たすように密封されたひずみ検出器（Ｄ１）を、低変態温度溶接材料を用いてアーク溶接（７）等の溶接により被測定金属板（４）に取付ける。
【００１０】
固定化機能が風雨等で劣化しない溶接手段を用いていることから、環境に起因する液の浸食、接着剤の剥離は生じることはない。
【００１１】
そして、従来の場合のように、通常の溶接材料を用いてアーク溶接（７）を行う場合には、溶接部に引張残留応力が誘起され、その応力比効果で、疲労寿命が短くなり、溶接したために被測定金属板（４）が疲労破断を起こすことになるが、この出願の発明では、前記のとおり、低変態温度溶接材料を用いて接合しているので、溶接部に、引張残留応力とは反対の圧縮残留応力が誘起され、疲労破壊の問題が生じることはない。
（第２の実施形態）
図１（ｂ）は別の実施の形態を示した例である。この例の場合には、金属薄板（６ａ）は、低変態温度溶接材料と同一材質で作製している。この金属薄板（６ａ）にひずみ検出用素子箔（１）を接着し、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂被覆（３ａ）を施こす。前期と同様のひずみ検出器（Ｄ２）は、ひずみ検出用素子箔（１）、金属薄板（６ａ）、金属薄板（６ａ）にひずみ検出用素子箔（１）を接着する接着剤（５）、及び金属薄板（６ａ）に接着されたひずみ検出用素子箔（１）を密封するフッ素樹脂被覆（３ａ）とから構成されることになる。
【００１２】
耐環境性を満たすようにしたひずみ検出器（Ｄ２）はスポット溶接（７ａ）で被測定金属板（４）に接合される。したがって、実施例１と同様に、環境に起因する液の浸食、接着剤の剥離は生じない。
【００１３】
また、低変態温度溶接材料が溶接部（７ａ）に、圧縮残留応力を誘起するので、通常のスポット溶接のように、引張残留応力に起因する、疲労破壊の問題は生じない。その際、金属薄板（６ａ）と被測定金属板（４）表面の間の距離はスポット溶接によって、零であるので、剪断力のみによって力が伝わり高精度性が保たれる。
【００１４】
たとえば以上の第１および第２の実施の形態にも説明したように、低変態温度溶接材料を用いるこの出願の発明のひずみ検出器の取付けによれば、構造物、たとえば機器、設備、自動車等の運輸あるいは搬送機械、さらには建築物等に働く応用を長期にわたって高精度に検出することが可能になる。
【００１５】
なお、この出願の発明において用いられる低変態温度溶接材料としては、この出願の発明者らが開発したもの（特許第３０１０２１１号）をその代表的なものとして例示することができる。このような低変態温度溶接材料は、溶接部において引張残留応力とは反対の圧縮残留応力が誘起され、疲労破壊の問題が生じないものとして定義される。
【００１６】
そして、この出願の発明のひずみ検出器では、剪断力を介してひずみを伝える方法を採用することで、高精度のひずみ検出を実現することができる。
【００１７】
そこで、実際に、上記の実施の形態に沿ってひずみ検出器を取付けた場合について、その効果を検証してみる。従来法との比較結果はたとえば表１のとおりである。なお、低変態温度溶接材料としては表２の組成のものを用いた。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

以上の結果によれば、この出願の発明においては、従来の取付け方法に比較して疲労寿命が大幅に改善されている。アーク溶接、スポット溶接のいずれの場合でも、従来溶接材料使用に対し低変態温度溶接材料を用いることにより１桁のオーダーで疲労寿命が伸びることがわかる。
【００２０】
【発明の効果】
以上、詳しく説明したとおり、この出願の発明によれば、溶接部に圧縮残留応力を誘起できる低変態温度の溶接材料を用いることにより、被測定構造物の疲労破壊の問題を解消し、克服することができる。
【００２１】
また、固定化機能が風雨等で劣化しない溶接を用いていることから、接着剤による直接的接合の場合に生じたような風雨等に長期間曝されたときの接着機能喪失問題を解決することができ、これによって、ひずみ検出器による長期にわたる構造物の疲労応力の測定が可能となる。
【００２２】
したがって、従来より飛躍的に長寿命の固定力を確保し、疲労問題を克服し、高精度化を実現し、鋼構造物等のモニタリングの長期信頼性を確保することができる。鋼構造物等のモニタリング技術に貢献することで、経済、社会活動に貢献することができ、また、長期信頼性を確保して鋼構造物のモニタリングを実現することで、鋼構造物の供用の経済性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の実施形態として、構造物疲労応力のためのひずみ検出器の被測定金属板に対する金属片を介した溶接による取付けを示す概要図であり、（ａ）は金属片を介したアーク溶接による取付け、（ｂ）は金属薄片を介したスポット溶接による取付けをそれぞれ示している。
【図２】従来の、ひずみ検出器を被測定金属板に対する取付けの概要図であり、（ａ）は接着剤により直接取付け、（ｂ）は通常の溶接材料を用いてアーク溶接した取付けをそれぞれ示す。
【符号の説明】
１ひずみ検出用素子箔
２リード線
３金属箔シールドカプセル
３ａフッ素樹脂被覆
４被測定金属板
５接着剤
６金属片
６ａ金属薄片
７アーク溶接
７ａスポット溶接
１１ひずみ検出用素子箔
１２リード線
１３コーティング材
１４被測定金属板
１５接着剤
１６鋼板
Ｄ１、Ｄ２ひずみ検出器
Ｄひずみ検出器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a method for mounting a strain detector, and more particularly, to a method for mounting a strain detector as a structural fatigue stress detecting device and a structure for mounting a strain detector.
[0002]
[Prior art and its problems]
Conventionally, it has been an important issue to measure the fatigue stress of a structure with higher reliability. Regarding the detection of the fatigue stress, a method using a strain detector known as a foil strain gauge has been put to practical use, and an improvement thereof has been studied.
[0003]
However, the conventional method for detecting fatigue stress of a structure using a strain detector has a problem in attachment to a structure to be measured, as in the following conventional method, for example, and it is difficult to perform highly accurate measurement. That was the fact.
(Prior art 1)
In the related art, there has been a method using an adhesive as a method for attaching a strain detector to a structure. The method of using an adhesive to attach the strain detector to a structure has a problem in that the adhesive loses its adhesive function if it is exposed to the weather for a long period of time.
[0004]
FIG. 2 shows the state of attachment of the strain detector by bonding according to the conventional method. As shown in FIG. 2 (a), the strain detecting element foil (11) constituting the strain detector includes: The lead wire (12) is connected, and this is directly bonded to the target metal plate (14) to be measured by an adhesive (15), and further covered with a coating material (13). ing. However, in this mounting structure, the coating material (13) and the adhesive (15) are exposed to water and seawater, and the liquid erodes to change the electrical resistance, or the adhesive (15) peels off for about one year. In some cases, strain measurement became impossible in the following.
[0005]
That is, even if the coating with the coating material (13) is performed, if it is placed in a real environment exposed to seawater and wind and rain, the coating function and the adhesive (15) will take about one year due to seawater and wind and rain. Of the strain detector (D) becomes insensitive.
(Prior art 2)
Further, as a method of joining the strain detecting element foil (11) to the metal plate (14) to be measured, there is a method of performing welding without directly using an adhesive to the metal plate (14) to be measured. In this method, as shown in FIG. 2B, a steel plate (16) to which a strain detecting element foil (11) is bonded is welded to a metal plate (14) to be measured by, for example, arc welding (7). Is what you do. When such a welding method is employed, although the life of the fixing function is prolonged as compared with the above-described direct bonding method, a residual tensile stress is induced in the welded portion by welding, and the residual tensile stress is reduced. There is a problem that the action causes fatigue damage of the structure body (14) and causes fatigue failure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the invention of this application solves the above-mentioned problems of the prior art. First, a strain detector that transmits strain through shearing force is provided with a low transformation temperature main body for a structure to be measured. The present invention provides a method for mounting a strain detecting device, wherein the mounting is performed by welding through a welding material.
[0007]
Secondly, the invention of this application is a strain detector to which a lead wire is connected and which is adhesively bonded to a low transformation temperature welding material, wherein the strain detector transmits strain via shear force. A strain detector characterized in that it is bonded to the surface of the low transformation temperature welding material and then coated, and is welded to the structure body to be measured via the low transformation temperature welding material. Third, the strain detector comprises a strain detecting element foil, a metal piece or a metal piece, an adhesive for bonding the strain detecting element foil to the metal piece or the metal piece, and a metal piece or a metal piece. And a means for sealing the strain detecting element foil adhered to the device.
[0008]
【Example】
The invention of this application has the features as described above, and embodiments thereof will be described below.
(1st Embodiment)
FIG. 1 illustrates a method of joining using a low transformation temperature welding material when attaching a strain detector (D1) to a metal plate (4) to be measured. As the strain detector (D1), The strain is measured by a shearing force acting parallel to the surface of the structure body such as the metal plate (4) to be measured by the foil strain gauge. In the foil strain gauge in this case, when the thin metal wire forming the gauge on the plastic foil expands and contracts due to the strain, the electrical resistance changes, so that the strain is measured as an electrical signal. FIG. 1A shows the first embodiment. In the first embodiment, the strain detecting element foil (1) is previously bonded to a metal piece (6) with an adhesive (5), and is sealed with a metal foil shield capsule (3). The lead wire (2) is connected to the strain detector (D1). The strain detector (D1) includes a strain detecting element foil (1), a metal piece (6), an adhesive (5) for bonding the strain detecting element foil (1) to the metal piece (6), A metal foil shielding capsule (3) for sealing the strain detecting element foil (1) adhered to the metal piece (6).
[0009]
In the first embodiment, as described above, the strain detector (D1) sealed so as to satisfy the environmental resistance is connected to the metal to be measured by welding such as arc welding (7) using a low transformation temperature welding material. Attach to plate (4).
[0010]
Since the fixing means uses welding means which does not deteriorate due to the weather, the erosion of the liquid and the peeling of the adhesive due to the environment do not occur.
[0011]
When arc welding (7) is performed using a normal welding material as in the conventional case, tensile residual stress is induced in the welded portion, and the stress ratio effect shortens the fatigue life, and the welding life is shortened. As a result, the metal plate to be measured (4) causes fatigue fracture. However, in the invention of this application, as described above, since the joint is formed by using the low transformation temperature welding material, a tensile residual stress is applied to the welded portion. Compressive residual stress opposite to the above is induced, and the problem of fatigue fracture does not occur.
(Second embodiment)
FIG. 1B is an example showing another embodiment. In the case of this example, the metal sheet (6a) is made of the same material as the low transformation temperature welding material. The element foil for strain detection (1) is adhered to the thin metal plate (6a), and a fluororesin coating (3a) such as Teflon (registered trademark) is applied. The strain detector (D2) similar to that of the previous period includes a strain detecting element foil (1), a thin metal plate (6a), an adhesive (5) for bonding the strain detecting element foil (1) to the thin metal plate (6a), And a fluororesin coating (3a) for sealing the strain detecting element foil (1) adhered to the metal thin plate (6a).
[0012]
The strain detector (D2) adapted to satisfy the environmental resistance is joined to the metal plate (4) to be measured by spot welding (7a). Therefore, similarly to the first embodiment, erosion of the liquid and peeling of the adhesive due to the environment do not occur.
[0013]
Further, since the low transformation temperature welding material induces a compressive residual stress in the welded portion (7a), there is no problem of fatigue fracture caused by tensile residual stress unlike ordinary spot welding. At this time, since the distance between the thin metal plate (6a) and the surface of the metal plate (4) to be measured is zero by spot welding, the force is transmitted only by the shearing force and high accuracy is maintained.
[0014]
For example, as described in the first and second embodiments, according to the mounting of the strain detector of the invention of the present application using a low transformation temperature welding material, a structure, for example, an apparatus, equipment, an automobile, etc. It is possible to detect applications that work on transportation or transport machines, and even buildings and the like with high accuracy over a long period of time.
[0015]
As a low transformation temperature welding material used in the invention of this application, a material developed by the inventors of the present application (Japanese Patent No. 3010211) can be exemplified as a typical example. Such low transformation temperature welding consumables are defined as those in which a compressive residual stress opposite to the tensile residual stress is induced in the weld and does not cause the problem of fatigue fracture.
[0016]
The strain detector according to the invention of the present application can realize high-precision strain detection by adopting a method of transmitting strain through shear force.
[0017]
Therefore, the effect of the case where the strain detector is actually mounted according to the above-described embodiment will be examined. Table 1 shows the results of comparison with the conventional method. In addition, the thing of the composition of Table 2 was used as a low transformation temperature welding material.
[0018]
[Table 1]

[0019]
[Table 2]

According to the above results, in the invention of this application, the fatigue life is greatly improved as compared with the conventional mounting method. It can be seen that in both cases of arc welding and spot welding, the fatigue life is extended by an order of magnitude by using a low transformation temperature welding material as compared with the conventional welding material.
[0020]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the invention of this application, the problem of fatigue fracture of a structure to be measured is solved and overcome by using a low transformation temperature welding material capable of inducing a compressive residual stress in a weld. be able to.
[0021]
In addition, since the fixing function uses welding that does not deteriorate due to rain, etc., it is necessary to solve the problem of loss of adhesion function when exposed to wind, rain, etc. for a long period of time, such as in the case of direct joining with an adhesive. This allows long term measurement of the fatigue stress of the structure with a strain detector.
[0022]
Therefore, it is possible to significantly secure long-life fixing force, overcome fatigue problems, realize high accuracy, and secure long-term reliability of monitoring of steel structures and the like as compared with the related art. By contributing to monitoring technology for steel structures, etc., it is possible to contribute to economic and social activities.Also, by monitoring steel structures with long-term reliability, it is possible to use steel structures in service. Economy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing, as an embodiment of the present invention, attachment of a strain detector for structural fatigue stress to a metal plate to be measured by welding through a metal piece; And (b) shows the installation by spot welding through the metal flakes, respectively.
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams of a conventional mounting of a strain detector to a metal plate to be measured, wherein FIG. 2A shows a mounting directly using an adhesive, and FIG. 2B shows a mounting performed by arc welding using a normal welding material. Show.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Strain detecting element foil 2 Lead wire 3 Metal foil shielding capsule 3a Fluororesin coating 4 Metal plate to be measured 5 Adhesive 6 Metal piece 6a Metal flake 7 Arc welding 7a Spot welding 11 Strain detecting element foil 12 Lead wire 13 Coating material 14 Metal plate to be measured 15 Adhesive 16 Steel plate D1, D2 Strain detector D Strain detector

Claims

A method for mounting a strain detector, comprising: mounting a strain detector that transmits strain via a shear force to a structure to be measured by welding through a welding material having a low transformation temperature.

A strain detector mounting structure in which a lead wire is connected and adhesively bonded to a low transformation temperature welding material.The strain detector transmits strain via shear force and is applied to the low transformation temperature welding material surface. A strain detector mounting structure characterized by being coated after being adhered, and being welded to a structure body to be measured via a low transformation temperature welding material.

In claim 2, the strain detector is a strain detecting element foil, a metal piece or a metal piece, an adhesive for bonding the strain detecting element foil to the metal piece or the metal piece, and a strain detecting element bonded to the metal piece or the metal piece. A mounting structure for a strain detector, comprising: means for sealing an element foil.