CN101368895B - 一种螺柱焊强度检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺柱焊强度检测装置以及该检测装置的螺柱焊强度检测方法，该螺柱焊强度检测装置，包括一辅助套筒装置和一定值扭力扳手，所述辅助套筒装置用于套装螺钉或类似物，所述定值扭力扳手与辅助套筒装置连接并且设置有一根据工况的扭力定值；操作者扭动扳手，并根据现象来判断螺柱焊强度的强度；本发明利用现有的条件进行改造，发明了一种非破坏性的螺柱焊强度检测装置，且装置简单，使用方便，能够减少品质检验带来的不必要浪费。

Description

一种螺柱焊强度检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种螺柱焊强度检测装置，还涉及一种使用该检测装置的螺柱焊强度检测方法。

背景技术

目前，汽车制造企业的焊接工艺中，螺柱焊是一种普遍应用的工艺方法。它的应用也正在扩大范围，其焊接质量将直接影响总装装配的装配质量。一方面，如果焊接的位置发生偏差将会导致装配件难以装入，即使装入也会产生附加应力，产品通过用户使用一段时间后，其应力释放后将会导致螺栓松动或装配件变形等一系列问题。另一方面，如果螺柱焊接的强度不够，这样很可能导致总装装配过程中，出现螺钉断落，由此带来大量的返工问题。这两方面的问题都会影响整车质量。由此可见，螺柱焊的焊接质量非常重要。

现有螺柱焊的质量检测有两种办法：一种是目视检查，主要是观察焊缝凸起的形状来判断，但是由于螺柱焊的焊接接头被焊钉所覆盖，目视化检测方式并不能判断是否有虚焊；第二种方法是采用辅助工具进行检测，这是一种破坏性的检测方式，检测完后即使是合格品也已经被损坏了。

具体来说，螺柱焊的质量检测包括焊接位置和焊接强度的检测，前者可以通过夹具(工装)来保证，后者的检测目前有两种办法：一种是目视检查，主要是通过观察焊缝凸起的形状来判断，但是由于螺柱焊的焊接融合区被焊钉所覆盖，目视化检测方式并不能有效判断虚焊的存在；第二种方法是采用辅助工具进行检测，用一个内径略大于焊钉直径、内表面光滑的圆管3’套于焊钉1’上，然后沿水平方向施力，待到与垂直方向呈一定角度(α＝15~30°)弯曲，焊缝不开裂，焊钉1’工件2’不脱落即可(图1)。这样实际上已经破坏了螺钉或工件。

由上分析可总结出目前的螺柱焊强度检测方式存在如下缺陷：

1.目视化检测方法不可靠；

2.破坏性检测方法弯曲角度不能准确和方便地测量；

3.破坏性检测方法将合格品也破坏了，给公司带来浪费和损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺柱焊强度检测装置，能够可靠方便、非破坏性地检测螺柱焊焊接强度。

本发明的另一目的在于提供一种上述检测装置的螺柱焊强度检测方法，方便有效地检测螺柱焊的焊接强度，严格清晰区分合格品与不合格品；改变以前破坏性的螺柱焊焊接强度检测方式，保护合格品不受损害。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

通过仔细研究螺柱焊的焊接工艺以及检测方式，根据普通螺钉以及T型钉的结构性能，深入分析螺柱焊接受力破坏过程，得出本发明新型的检测装置。本发明通过一个辅助套筒装置和定值扭力扳手组合而成，其可以包括

1、一套定值扭力扳手，其定值大小按照说明书要求调定；

2、一套普通螺钉的辅助套筒；

3、一套T型钉辅助套筒。

把定值扭力扳手和辅助套筒按照要求组装起来，员工参照给定的参数表调定扭力扳手定值的大小，将辅助套筒套在螺钉上，然后扳动定值扭力扳手，就可以方便地检测螺柱焊的焊接强度了：

1.利用定值扭力扳手受力达到设定值后打滑的特点来设定检测的临界点；

2.构造连接螺钉和定值扭力扳手的辅助套筒装置；

3.合理设定定值扭力扳手的扭力值。

具体技术方案如下：

一种螺柱焊强度检测装置，包括一辅助套筒装置和一定值扭力扳手，所述辅助套筒装置用于套装螺钉或类似物，所述定值扭力扳手与辅助套筒装置连接并且设置有一根据工况的扭力定值。

所述螺钉或类似物焊接在工件上，之间形成焊接融合区。

所述用来确定定值扭力扳手的扭力的工况包括螺钉或类似物直径以及工件的板厚。

所述辅助套筒装置为辅助套筒，所述螺钉或类似物为螺钉，其中，辅助套筒设有一孔，定值扭力扳手***该孔并扭动来检测焊接强度。

所述辅助套筒装置为T型套筒，所述螺钉或类似物为T型螺钉，其中，T型套筒设有一孔，定值扭力扳手***该孔并扭动来检测焊接强度。

螺钉与辅助套筒装置之间有一间隙，辅助套筒装置上的孔为方形孔。

所述间隙优选为0.1~0.2mm。

一种使用上述的检测装置的螺柱焊强度检测方法，螺钉或类似物焊接在工件上，两者之间形成焊接融合区，辅助套筒装置套在螺钉或类似物上并且之间有一间隙，将定值扭力扳手***辅助套筒装置的孔中来检测焊接强度，将定值扭力扳手的扭力设为一定值；操作者扭动扳手，如果能够听见扳手“嗒、塔”声响，且出现突然打滑现象，则表明设定的值小于实际的螺柱焊接力，停止用力；取出定值扭力扳手和辅助套筒装置，检查螺钉或类似物是否发生弯曲或者焊接融合区是否发生撕裂，如有则不合格；反之则合格。

所述辅助套筒装置为辅助套筒或T型套筒，所述螺钉或类似物为螺钉或T型螺钉，其中，辅助套筒或T型套筒设有一方形孔，定值扭力扳手***该孔并扭动来检测焊接强度。

辅助套筒装置套与螺钉或类似物之间所述间隙优选为0.1~0.2mm。

所述定值扭力扳手的扭力设为一定值，其设置方法为：

板件厚度H越大，则熔深越大，而薄的板件，则认为焊接熔深即为板厚；

焊接融合区的面积S即为螺钉或类似物截面积；

外加扭矩作用于螺钉或类似物，融合边缘处抗剪切强度为τ，发生剪切破坏时，受力分析如下：

F1和F2为辅助套筒作用在螺钉上的力，其大小相等，方向相反，形成力矩M，该力矩的大小等于作用于定值扭力扳手上的力矩大小，焊接区受到板件的剪切力Ft作用于整个剪切面上，形成一个力矩Mt，且

Mt＝4∫₀ ^π/2H·τ·(D/2)²·COSθ·dθ＝HτD²

当HτD²＜Mt或HτD²＞Mt分别为焊接强度合格与不合格；

依照公式并通过检测校正确认扭力扳手的定值扭力。

与目前现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)利用现有的条件进行改造，发明了一种非破坏性的螺柱焊强度检测装置；

(2)装置简单，使用方便，能够减少品质检验带来的不必要浪费。

附图说明

图1：现有技术中螺柱焊的检测方法示意图；

图2：螺钉的螺柱焊焊接强度检测示意图；

图3：T型螺钉的螺柱焊焊接强度检测示意图；

图4：螺钉剪应力示意图；

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

整套装置的方案结合附图说明：

螺钉的螺柱焊焊接强度检测装置，如图2所示，螺钉4焊接在工件1上，它们之间形成焊接融合区2，本套装置利用定值扭力扳手***辅助套筒3的方形孔中来检测焊接强度。螺钉与套筒之间的间隙要求控制在0.1~0.2mm。将定值扭力扳手的扭力设为一定值(具体数值见表格)，操作者扭动扳手，如果扳手能够听见“嗒、塔”声响，且出现突然打滑的现象，则表明设定的值已小于实际的螺柱焊接力，可停止用力，取出扭力扳手和辅助套筒，检查螺钉是否发生弯曲或者下面焊接融合区发生撕裂，如有，则不合格；没有则合格。

T型螺钉的螺柱焊焊接强度检测装置如图3所示，T型螺钉5通过螺柱焊焊接在工件1上，它们之间形成焊接融合区2，本套装置利用定值扭力扳手***T型套筒6的方形孔中来检测焊接强度。螺钉与套筒之间的间隙要求控制在0.1~0.2mm。将定值扭力扳手的扭力设为一定值2Nm(3T型螺钉)，操作方式与检验过程与普通螺钉一样。

结合上面的工作原理图对本技术方案作进一步的说明，

本发明其主要有两个装置，辅助套筒和定值扭力扳手：

辅助套筒装置技术方案的创造：这套辅助套筒分为两个大的系列：普通螺钉套筒和T型螺钉套筒。普通螺钉套筒又分为不同直径：M5、M6、M8、M10等系列，可以依据不同的生产要求与场合选用。这套装置巧妙地连接了螺钉与扭力扳手，结构紧凑，制造简单，使用方便，成本低廉，能够很好地用于各种场合的螺柱焊焊接强度检验。

定值扭力扳手的创造性配合使用：这个创意突破以前扭力扳手仅仅用来检测螺栓螺母紧固力矩的使用范围，将它使用于检测焊接融合区的焊接强度。

还涉及一种使用上述的检测装置的螺柱焊强度检测方法，螺钉或类似物焊接在工件1上，两者之间形成焊接融合区2，辅助套筒装置套在螺钉或类似物上并且之间有一间隙，优选为0.1~0.2mm，将定值扭力扳手***辅助套筒装置的孔中来检测焊接强度，将定值扭力扳手的扭力设为一定值；操作者扭动扳手，如果能够听见扳手“嗒、塔”声响，且出现突然打滑现象，则表明设定的值小于实际的螺柱焊接力，停止用力；取出定值扭力扳手和辅助套筒装置，检查螺钉或类似物是否发生弯曲或者焊接融合区2是否发生撕裂，如有则不合格；反之则合格。其中，上述所述辅助套筒装置为辅助套筒3或T型套筒6，所述螺钉或类似物为螺钉4或T型螺钉5，其中，辅助套筒3或T型套筒6设有一方形孔，定值扭力扳手***该孔并扭动来检测焊接强度。

其中，所述定值扭力扳手的扭力设为一定值，其设置方法为：板件厚度H越大，则熔深越大，而薄的板件，则认为焊接熔深即为板厚；焊接融合区(2)的面积S即为螺钉或类似物截面积；外加扭矩作用于螺钉或类似物，融合边缘处抗剪切强度为τ，发生剪切破坏时，受力分析如下：F1和F2为辅助套筒作用在螺钉上的力，其大小相等，方向相反，形成力矩M，该力矩的大小等于作用于定值扭力扳手上的力矩大小，焊接区受到板件的剪切力Ft作用于整个剪切面上，形成一个力矩Mt，且Mt＝4∫₀ ^π/2H·τ·(D/2)²·COSθ·dθ＝HτD²当HτD²＜Mt或HτD²＞Mt分别为焊接强度合格与不合格；依照公式并通过检测校正确认扭力扳手的定值扭力。

下面详细推导焊接区域的受力过程：

先做如下假设，板件厚度H越大，则熔深越大，对于较薄的板件，认为焊接熔深即为板厚，而融合区的面积S即为螺钉截面积，假设板件与螺钉充分融合后，如果用一个外加扭矩作用于螺钉，剪切破坏将沿焊接融合的边缘(圆柱面)发生。设融合边缘处抗剪切强度为τ，则发生剪切破坏时，受力分析如下：

如图4所示：F1和F2为辅助套筒作用在螺钉上的力，其大小相等，方向相反，形成力矩M，显然力矩的大小等于作用于定值扭力扳手上的力矩大小。Ft表示焊接区受到板件的剪切力，剪切力作用于整个剪切面(圆柱面)上，也形成一个力矩，其大小按下式计算：

Mt＝4∫₀ ^π/2H·τ·(D/2)²·COSθ·dθ

＝HτD²

由此可见，力矩大小的设定与板厚呈正比，与直径的平方呈正比。不合格的焊接区域其剪切强度达不到要求，从而有：

HτD²＜Mt

此时，在Mt的作用下螺钉开始发生运动，一方面螺钉开始弯曲或倾斜，另一方面螺钉与板件之间开始产生撕裂，从而发生破坏。如果

HτD²＞Mt

此时，定值扭力扳手开始脱齿，发出“嗒塔”的声音，由此可以方便判定此螺柱焊接强度足够，是合格的。

对于不同的螺钉系列，扭力扳手扭力大小的选用或调定依照上面的公式，再通过实际检测与校正，得到如下参考值：

表1普通螺钉扭力选定参照表

表2T型螺钉扭力选定参照表

对于特殊直径或者板厚，可以按照如下理论公式总结的规律进行插值调定，再通过实际检测来修正。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种使用螺柱焊强度检测装置的螺柱焊强度检测方法，其特征在于，所述螺柱焊强度检测装置包括一辅助套筒装置和一定值扭力扳手，所述辅助套筒装置用于套装螺钉，所述定值扭力扳手与辅助套筒装置连接并且设置有一根据工况的扭力定值；所述螺钉焊接在工件(1)上，之间形成焊接融合区(2)；所述用来确定定值扭力扳手的扭力的工况包括螺钉直径以及工件(1)的板厚；所述辅助套筒装置为T型套筒(6)，所述螺钉为T型螺钉(5)，其中，T型套筒(6)设有一孔，定值扭力扳手***该孔并扭动来检测焊接强度；螺钉与辅助套筒装置之间有一0.1～0.2mm的间隙，辅助套筒装置上的孔为方形孔；

螺钉焊接在工件(1)上，两者之间形成焊接融合区(2)，辅助套筒装置套在螺钉上并且之间有一间隙，将定值扭力扳手***辅助套筒装置的孔中来检测焊接强度，将定值扭力扳手的扭力设为一定值；操作者扭动扳手，如果能够听见扳手“嗒、塔”声响，且出现突然打滑现象，则表明设定的值小于实际的螺柱焊接力，停止用力；

取出定值扭力扳手和辅助套筒装置，检查螺钉是否发生弯曲或者焊接融合区(2)是否发生撕裂，如有则不合格；反之则合格；

所述定值扭力扳手的扭力设为一定值，其设置方法为：板件厚度H越大，则熔深越大，而薄的板件，则认为焊接熔深即为板厚；焊接融合区(2)的面积S即为螺钉截面积；

外加扭矩作用于螺钉，融合边缘处抗剪切强度为τ，发生剪切破坏时，受力分析如下：

F1和F2为辅助套筒作用在螺钉上的力，其大小相等，方向相反，形成力矩M，该力矩的大小等于作用于定值扭力扳手上的力矩大小，焊接区受到板件的剪切力Ft作用于整个剪切面上，形成一个力矩Mt，且

Mt＝4∫₀ ^π/2H·τ·(D/2)²·COSθ·dθ＝HτD²

当HτD²＜Mt或HτD²＞Mt分别为焊接强度合格与不合格；

依照公式并通过检测校正确认扭力扳手的定值扭力。

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