CN107505195A - 金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具与方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供的金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，包括有上安装单元，下安装单元、拉杆单元，所述拉杆单元穿过焊接好的卷材及金属垫片后，将卷材安装至所述下安装单元，所拉杆单元再与所述上安装单元连接，从而完成夹具与卷材的安装。本发明创造利用该特定的夹具能快速并准确的测定单个金属垫片与卷材的剥离力，量化金属垫片与卷材的焊接牢固度，为施工提供具体参数作为参考；同时还可以根据获得的单个金属垫片剥离力数值，建立起其与相同材料通过抗风揭试验获得的抗风揭能力之间的关系，计算出施工所需最小垫片密度，有较高的实际参考价值。

Description

金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具与方法

技术领域

本发明创造属于防水材料安装及材料测试领域，尤其是涉及金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试的夹具及方法。

背景技术

传统的防水卷材施工方式为有穿孔型机械固定，近年来新兴一种用带有特殊涂层的金属垫片件以无穿孔的方式实现的机械固定方法。因该方法是将防水材料与金属垫片通过焊接方式结合为一体，所以固定效果受材料本身的影响较大，如果焊接不良将影响整个防水施工安装的牢固度。

但目前对特定的卷材材料与金属垫片的焊接接头强度并没有一个受到广泛认可的测试方法，而现有的国家标准中对于防水卷材机械固定的评价方法，只有抗风揭测试。该测试是模拟实际屋面防水材料安装后，以鼓风加压的方式模拟现实中空气流动带来的负压，测得的数值是空气压力值，并不能测出单个金属垫片与卷材的接头连接强度。另外，抗风揭测试的限制很多，国内很少有机构有能力测试，测试过程对材料和人工都有很大需求，测试成本高，测试周期长。

因此，现阶段针对利用无穿孔焊接方法焊接的金属垫片与卷材，其焊接接头强度的检测都是工人试焊后用钳子以人力撕开金属垫片，通过观察粘接面依靠经验判断焊接效果，但这种方法只能判断焊接面是否饱满，并不能量化焊接效果，当前也没有适当的方法测试单个金属垫片与卷材的焊接接头强度，但单个金属垫片与卷材的焊接接头强度直接影响防水卷材安装的牢固度。

基于此情况，急需设计一种用于金属垫片与卷材无穿孔焊接接头强度测试的方法，可直接测出单个金属垫片与卷材之间的剥离力，并以此计算出金属垫片与卷材的焊接接头强度来量化焊接效果，还可以根据需要，依据测得的单个垫片剥离力计算出施工所需最小垫片密度，提高实用性。

与此同时，剥离力的测定需要用到电子万能试验机、拉力机或者剥离试验机(以下统称试验机)，通常试验机常配备的夹具都是针对现行的国家标准中涉及的试验方法，相对比较简单，因为金属垫片与卷材无穿孔焊接技术属于新技术，试验机上并没有可用于该焊接接头剥离力测试的夹具，因此，还需设计一种金属垫片与卷材无穿孔焊接接头强度测试的夹具，利用该夹具在试验机上进行金属垫片剥离力的测定。

发明内容

本发明创造提供一种金属垫片与卷材无穿孔焊接接头强度测试夹具，解决没有适当夹具测定单个金属垫片与卷材无穿孔焊接接头强度的问题。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：

金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，包括有上安装单元，下安装单元、拉杆单元，所述拉杆单元穿过焊接好的卷材及金属垫片后，将卷材安装至所述下安装单元，所述拉杆单元再与所述上安装单元进行连接。

进一步，所述上安装单元包括有上夹具安装销、带销万向节、拉杆连接体、安全扣环，所述上夹具安装销与试验机的上横梁固定连接，所述带销万向节通过上部销体设于所述上夹具安装销上，所述拉杆连接体通过螺母连接在所述带销万向节底部，所述安全扣环设于所述拉杆连接体下部的***，并可相对拉杆连接体上下滑动。

进一步，所述下安装单元包括有下夹具安装销、固定圆盘、固定圆环，所述下夹具安装销固设于所述试验机的下横梁上，所述固定圆盘与所述下夹具安装销通过螺纹结构固定连接，所述固定圆环通过紧固螺钉固设于所述固定圆盘上部，焊接有金属垫片的卷材设于所述固定圆环与固定圆盘之间。

进一步，所述固定圆环与固定圆盘轴心重合，且外径相同。

进一步，所述固定圆环与所述固定圆盘在相同位置处设有若干均匀分布的通孔，在所述固定圆盘上的通孔内壁上还设有若干螺纹。

进一步，所述固定圆环与固定圆盘上的通孔数目至少为三个。

进一步，所述拉杆单元包括有拉杆、螺母，所述拉杆为一端带钉帽另一端带螺纹的长金属杆，所述拉杆带螺纹一端穿过卷材及金属垫片后与所述螺母连接，所述螺母再与所述上安装单元进行连接，所述拉杆的钉帽一端则位于金属垫片与卷材之间的空隙内。

本发明创造还在于提供一种利用该测试夹具实现金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试的方法，测试步骤包括：

(1)在金属垫片上铺设相应的防水卷材，将无穿孔焊接装置放置在金属垫片上部的卷材处，按下加热按钮，一定时间后焊接完成，移开焊机，卷材与金属垫片焊接成一体；

(2)将冷却器放置在金属垫片上的卷材上，用冷却棒冷却焊接部位；

(3)将卷材安装到夹具上，并裁去多余部分使卷材与所述固定圆盘尺寸相同；

(4)启动试验机进行剥离测试：测试速度选择通常剥离实验使用的100mm/min；测试终止判定选择力值下降80％以上(可以保障垫片剥开)。

本发明创造具有的优点和积极效果是：

(1)本发明创造能快速并准确地测定单个金属垫片与卷材的剥离力，量化金属垫片与卷材的焊接牢固度，为施工提供具体参数作为参考；

(2)本发明创造可以将测得的剥离力与金属垫片与卷材的实际焊接面积的比值作为焊接接头的强度值，以此评价焊接效果；

(3)本发明创造中，根据获得的单个金属垫片剥离力数值，建立起其与相同材料通过抗风揭试验获得的抗风揭能力之间的关系，计算出施工所需最小垫片密度，有较高的实际参考价值；

(4)本发明创造中，垫片剥离方向要与卷材平面垂直，固定圆环、固定圆盘、拉杆与金属垫片同轴心的设计正好满足了垂直剥离的要求，同时圆环的设计为垫片和剥离过程提供了足够的空间，这是传统的实验夹具无法实现的；

(5)本发明创造卷材的夹持部分采用螺钉锁紧的固定方式，不仅可以有效夹紧卷材，同时也防止了剥离过程中卷材的水平方向滑移；

(6)本发明创造所提供的夹具，结构简单，针对性强，测试过程操作方便，测试结果精确，可在通用的拉力式试验机上进行试验，便于在本领域里广泛推广和应用。

附图说明

图1是实施例中测试夹具的平面示意图；

图2是实施例中测试夹具的立体示意图；

图3-4是实施例中金属垫片的示意图；

图5-6是实施例中夹具位于试验机上的示意图。

图中：1、上安装单元，101、上夹具安装销，102、带销万向节，103、拉杆连接体，104、安全扣环，2、拉杆单元，201、拉杆，202、螺母，3、下安装单元，301、固定圆环，302、固定圆盘，303、紧固螺钉，304、下夹具安装销，4、卷材，5、金属垫片，6、试验机上横梁，7、试验机下横梁。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例1(夹具)

本实施例提供一种金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，可以借助试验机进行单个金属垫片剥离力的测定，再进行相关计算得到焊接接头强度，解决了没有适当夹具测试金属垫片与卷材焊接接头强度的问题。

所述夹具包括有上安装单元1，下安装单元3、拉杆单元2，所述拉杆单元2由下而上穿过焊接好的卷材及金属垫片后，将卷材安装至所述下安装单元3，所述拉杆单元2再与所述上安装单元1连接，从而完成夹具与卷材的安装。安装时要注意：所述上安装单元、拉杆单元以及下安装单元中的主轴心都互相重合，保证拉伸力可以垂直作用于卷材和金属垫片。

所述上安装单元1包括有上夹具安装销101、带销万向节102、拉杆连接体103、安全扣环104，所述上夹具安装销101与试验机上横梁6固定连接，所述带销万向节102通过上部销体设于所述上夹具安装销101上，所述拉杆连接体103通过螺母连接在所述带销万向节102底部，且其下部设有一凹槽，所述安全扣环104设于所述拉杆连接体103下部的***，且可相对拉杆连接体103上下滑动。所述带销万向节102可以保证在剥离过程中，所述拉杆单元2保持竖直状态，从而使金属垫片受力均匀。

所述下安装单元3包括有下夹具安装销304、固定圆盘302、固定圆环301，所述下夹具安装销304固设于试验机下横梁7上，所述固定圆盘302与所述下夹具安装销304通过螺纹结构固定连接，所述固定圆环301对应设于所述固定圆盘302上部并与所述固定圆盘302外径相同，二者轴心重合，所述固定圆环301与固定圆盘302之间夹有待测定的卷材，所述固定圆环301与固定圆盘302相同位置处设有若干均匀分布的通孔，在所述固定圆盘302上的通孔内壁上还设有若干螺纹，所述紧固螺钉303可通过所述固定圆环301上的通孔穿过所述固定圆环301和卷材(卷材上也相应的设有供紧固螺钉303***的孔)，拧入所述固定圆盘302的螺纹孔中，将卷材与所述下安装单元3连接起来。在进行连接时，要保证卷材上的金属垫片与所述固定圆盘302和固定圆环301的轴心都是重合的，从而保证焊接接头的受力均匀。

在进行剥离时，金属垫片受力点应在垫片中心，而不是边缘某个点，因此所述通孔及螺钉孔的位置均需要均匀分布，并至少三个点以上；对于卷材利用螺纹钉孔的方式固定最好，既可以保证夹持力又能防止剥离过程中卷材滑移。

所述拉杆单元2包括有拉杆201、螺母202，所述拉杆201为一端带钉帽另一端带螺纹的长金属杆，安装时，所述拉杆201由下而上依次穿过卷材和金属垫片，其下部的钉帽卡在金属垫片与卷材之间，其上部通过螺纹结构与所述螺母202连接。

在夹具使用时，所述螺母202位于所述拉杆连接体103的凹槽内，并通过所述凹槽外的安全扣环104以卡扣形式锁死，防止试验时所述螺母202掉落，夹具脱离试验机。由此，通过所述拉杆单元2完成了所述上安装单元1与所述下安装单元3的连接。

在所述拉杆201穿过金属垫片后，将卷材与所述下安装单元3固定，卷材位于所述固定圆盘302上，再将所述下安装单元3固定在试验机下横梁7上，则所述拉杆201只能在金属垫片与所述固定圆盘之间活动，拉杆201的上限可移动空间只有几个毫米，但是所述拉杆201穿过焊接好的金属垫片后与所述上安装单元1的连接是需要活动的、可拆卸的。因此，本实施例里设计的是所述拉杆201与所述上安装单元1之间的连接为螺纹和螺母的连接方式，经实际验证，该连接方式操作简便。在安装时，试验机下横梁7的位移精度有限，控制其移动到适当位置也耗费时间，可以通过该螺纹连接方式在小位移范围内调节所述拉杆201与所述上安装单元1的位置关系，完成二者的安装；而在完成一次实验后，可方便地将拉杆201从所述上安装单元1上拆卸下来，再进行下一次实验。

若想进行金属垫片与防水卷材无穿孔焊接接头的剥离实验，需要以特定的方式将焊接好金属垫片的卷材固定在夹具上，本实施例提供了一种适用于该测试过程的夹具，所述夹具与卷材的具体安装步骤如下：

(1)在已经焊接好的金属垫片下面的卷材上挖孔，孔的直径略大于所述钉帽直径，保证所述拉杆201可以由该孔完全进入金属垫片与卷材之间的空隙；

(2)所述拉杆201通过在卷材上裁剪的孔由下而上穿过卷材与金属垫片(所述金属垫片中间设有可供所述拉杆201穿过的通孔，其孔径略大于所述拉杆201的直径，方便拉杆穿过金属垫片，但要小于所述钉帽的尺寸，即保证钉帽不能穿过所述金属垫片)，所述拉杆201上的钉帽留在卷材与金属垫片之间的空间内；

(3)将焊接好金属垫片的卷材上挖出通孔放在所述固定圆盘302上，再盖上所述固定圆环301，且金属垫片的轴心要与所述固定圆环301和固定圆盘302重合；随后在对应的螺纹孔或者通孔位置用紧固螺钉303紧固，最后将所述固定圆盘302通过螺纹结构固设于所述下夹具安装销304上，所述下安装单元3完成安装；

(4)将所述上安装单元1上的上夹具安装销101与所述试验机上横梁6连接，即完成所述上安装单元1与试验机的连接；

(5)将所述螺母202与所述拉杆201通过拉杆上部的螺纹进行连接；

(6)将所述下夹具安装销304安装到试验机下横梁7上，完成所述下安装单元3与试验机的连接，所述试验机下横梁7为移动横梁，通过控制试验机将所述试验机下横梁7调至适当位置，使得所述螺母202上表面与所述拉杆连接体103下表面对齐，所述螺母202对准所述凹槽，随后将所述安全扣环104拉起，微调试验机下横梁7位移，使所述螺母202随进入凹槽，此时再将所述安全扣环104放下，锁紧所述螺母202，夹具即完成安装。

本实施例中，所试验机下横梁7为移动横梁，试验机上横梁6为固定横梁，因此是通过移动试验机下横梁7完成夹具的安装的，但是本夹具并不仅限于该种试验机，也可为上部为移动横梁，下部为固定横梁的结构，如此，则可在所述下安装单元固定于下横梁后，通过移动上横梁使所述拉杆连接体103与所述拉杆单元2进行连接，完成夹具的安装，这也说明了该夹具的适用性强，适用于不同的试验机。

实施例2(测试方法)

根据实施例1提供的一种用于金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，本实施例利用该夹具进行相应的剥离试验，获得金属垫片的剥离力，再进行接头强度的计算，图5-6为剥离试验的示意图。

具体试验步骤如下：

(1)在金属垫片上铺设相应的防水卷材，将无穿孔焊接装置放置在金属垫片上部的卷材处，按下加热按钮，一定时间后焊接完成，移开焊机，卷材与金属垫片焊接成一体；

(2)将冷却器放置在金属垫片上的卷材上，用冷却棒冷却焊接部位；

(3)将卷材按实施例1中的步骤安装到夹具上，并裁去多余部分使卷材与所述固定圆盘302尺寸相同；

(4)启动试验机进行剥离测试：测试速度选择通常剥离实验使用的100mm/min；测试终止判定选择力值下降80％以上(可以保障垫片剥开)。

实施例3(接头焊接强度及最小垫片密度的计算)

利用实施例1中的夹具，通过实施例2中的测试方法，可以得到金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头剥离测试结果，即单个垫片的剥离力。剥离测试在国标中通常由最大力和平均力两种参数作为测试结果，本测试方法适用以最大剥离力作为测试结果。

无穿孔焊接的接头强度，可以根据最大剥离力与金属垫片和卷材焊接面积的比值直接得到，以此量化金属垫片与卷材无穿孔焊接的焊接效果。

如果对卷材的抗风揭能力做要求，需要计算垫片密度，则单个垫片的剥离力就可以直接作为有效参数使用，依据测试得到的单个垫片剥离力计算出施工所需最小垫片密度，计算过程如下：

(1)根据实施例2的试验测得单个垫片剥离力A(N)；

(2)根据抗风揭试验测得所需抗风揭能力B(pa)

(3)计算单个垫片的抗风揭面积：S＝A/B(㎡)；

(4)由(3)得S平方米内至少要有一个垫片固定卷材，则相应的铺设区域面积与S的比值即为所需最小垫片密度。

由此，可以建立起剥离力大小与抗风揭能力的关系，根据最小垫片密度值得到了相应面积的卷材铺设需要进行无穿孔焊接的金属垫片的最小数量，对本领域的防水卷材安装有较高的实用参考价值。

以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，其特征在于，包括有上安装单元，下安装单元、拉杆单元，所述拉杆单元穿过焊接好的卷材及金属垫片后，将卷材安装至所述下安装单元，所述拉杆单元再与所述上安装单元进行连接。

2.如权利要求1所述的金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，其特征在于，所述上安装单元包括有上夹具安装销、带销万向节、拉杆连接体、安全扣环，所述上夹具安装销与试验机的上横梁固定连接，所述带销万向节通过上部销体设于所述上夹具安装销上，所述拉杆连接体通过螺母连接在所述带销万向节底部，所述安全扣环设于所述拉杆连接体下部的***，并可相对拉杆连接体上下滑动。

3.如权利要求1所述的金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，其特征在于，所述下安装单元包括有下夹具安装销、固定圆盘、固定圆环，所述下夹具安装销固设于所述试验机的下横梁上，所述固定圆盘与所述下夹具安装销通过螺纹结构固定连接，所述固定圆环通过紧固螺钉固设于所述固定圆盘上部，焊接有金属垫片的卷材设于所述固定圆环与固定圆盘之间。

4.如权利要求3所述的金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，其特征在于，所述固定圆环与固定圆盘轴心重合，且外径相同。

5.如权利要求3所述的金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，其特征在于，所述固定圆环与所述固定圆盘在相同位置处设有若干均匀分布的通孔，在所述固定圆盘上的通孔内壁上还设有若干螺纹。

6.如权利要求5所述的金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，其特征在于，所述固定圆环与固定圆盘上的通孔数目至少为三个。

7.如权利要求1所述的金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具，其特征在于，所述拉杆单元包括有拉杆、螺母，所述拉杆为一端带钉帽另一端带螺纹的长金属杆，所述拉杆带螺纹一端穿过卷材及金属垫片后与所述螺母连接，所述螺母再与所述上安装单元进行连接，所述拉杆的钉帽一端则位于金属垫片与卷材之间的空隙内。

8.金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述金属垫片与卷材无穿孔焊接的接头强度测试夹具实现，测试步骤包括：

(1)在金属垫片上铺设相应的防水卷材，将无穿孔焊接装置放置在金属垫片上部的卷材处，按下加热按钮，一定时间后焊接完成，移开焊机，卷材与金属垫片焊接成一体；

(2)将冷却器放置在金属垫片上的卷材上，用冷却棒冷却焊接部位；

(3)将卷材安装到夹具上，并裁去多余部分使卷材与所述固定圆盘尺寸相同；

(4)启动试验机进行剥离测试：测试速度选择100mm/min。