一种金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具的制作方法
【专利摘要】本实用新型请求保护一种金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具，其包括上夹具体和下夹具体，其中上夹具体包括上连接杆、上连接头、上夹头体座和2个非标型压紧螺栓，下夹具体包括下连接杆、下连接头、下夹头体座和2个非标型压紧螺栓，其中上连接杆、下连接杆一端通过螺纹分别与上连接头、下连接头相连；所述上连接头和下连接头均设置有凹槽，每个凹槽的两外侧面上设置有通孔，通孔使使上夹头体座、下夹头体座分别置于所述凹槽中，两根连接螺钉分别穿过上连接头和下连接头，及与之对应的上夹头体座、下夹头体座上对应的定位孔。本实用新型结构简便、拆装快速、对试样加工要求较低、可靠性、稳定性强、易于功能扩展、维护维修便利、制造等优势。
【专利说明】
一种金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具
技术领域
[0001]本实用新型属于一种金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具，适用于测定各类金属板材电阻点焊焊点在不同位向加载条件下的力学性能参数。
【背景技术】
[0002]点焊工艺是目前以汽车为代表的诸多工业制造领域内应用最为广泛的连接技术手段之一，在工业产品实际服役过程中，焊点常常将同时承受沿结合面分布的剪切撕裂力及沿焊点轴向分布的正向拉力，实际体现为这两种载荷力的合力。因此，研究在复杂应力加载条件下焊点的力学性能变化具有重大意义。目前，针对焊点在不同加载模式条件下的力学性能的测试方法及其对应的工装夹具分为两种形式:
[0003]最为常见一种仅针对单一的剪切拉伸试样，通常不采用专用夹具，或仅为确保拉伸过程中试样两端受力共线，在试样两端采用机械或焊接贴片的方式简单处理即可。
[0004]另一种仅针对单一正向拉伸需要，采用参照IS0IS014272Y2000设计的试验夹具。此种夹具基于“十字”型试样结构，测试过程中采用上、下夹头体分别夹持试样上、下两片，彼此间呈“十字”型分布。通过拉伸试验机加载，促使焊点处受力并最终实现断裂失效。
[0005]采用上述两种方式，均只能针对焊点在单一的剪切或轴向加载模式条件下的力学性能进行测试，而无法测得在两种载荷同时存在的条件下焊点力学性能的变化，因此迫切需要研制一种专门的测试夹具。
[0006]对现有相关技术的文献检索结果表明:CN101614637公开了“一种测量焊点拉伸强度的装置和试验方法”，介绍了一种基于盒状试样设计的单一正向拉伸方法，可满足焊点所在拉伸表面变形均匀性要求;CN201569604U公开了“圆柱形岩石试样变角度剪切试验辅助装置”，介绍了一种简易的、可适用于各种直径的圆柱形岩石试样体变角度剪切力学性能测试用的低成本辅助模具装置;CN201477012U公开了 “变角度剪切试验夹具”介绍了一种基于双V形试样结构的变角度力学性能测试夹具，适用于对各类工业化材料性能的批量化测试；CN2669173公开了 “钢筋焊接网焊点剪切试验夹具”，介绍了一种适用于针对建筑钢筋焊接网焊点剪切性能测试的专用夹具;CN203011783U公开了 “剪切力测试装置”，介绍了一种适用于电子产品线路板焊点剪切力测试的夹具装置;CN202649056U公开了“用于测量焊点剪切强度的试验装置”，介绍了一种可实现单纯剪切拉伸，并可通过结构优化，确保焊点在拉伸过程中保持纯剪切状态的夹具;CN201298006公开了“多角度路面结构层剪切试验模具”，介绍了一种能通过变换装配角度，实现对道路结构层试样在不同尺寸和角度耦合条件下的抗剪切性能的测试。CN203011766U公开了一种“点焊试样拉伸试验辅助定位夹紧装置”，提出了一种基于“U”型试样设计实现板材焊点变角度力学性能测试的方法，但该方法仅适用于一般普通钢材，针对目前在汽车领域广泛使用的各类先进高强钢、超高强度钢、热成形钢等，难以满足试样加工要求。综上所述，以上方法及其夹具或是仅能实现对焊点在单一剪切、正向拉伸等状态条件下力学性能的测试，或是仅能满足对某些特殊结构、材质的试样变角度力学性能的测试需求，测试夹具的装夹结构与金属薄板点焊试样不相匹配，无法达到测试目的，尤其无法满足各类高强钢板点焊性能测试需求。因此，必须设计出专门的、通用的针对各类金属薄板电阻点焊焊点变角度力学性能测试的试验夹具。
【发明内容】
[0007]针对以上现有的不足，提出了一种金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具。本实用新型的技术方案如下:一种金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具，其包括上夹具体和下夹具体，其中上夹具体包括上连接杆、上连接头、上夹头体座和2个非标型压紧螺栓，下夹具体包括下连接杆、下连接头、下夹头体座和2个非标型压紧螺栓，其中上连接杆、下连接杆一端通过螺纹分别与上连接头、下连接头相连;所述上连接头和下连接头均设置有凹槽，每个凹槽的两外侧面上设置有通孔，通孔使使上夹头体座、下夹头体座分别置于所述凹槽中，两根连接螺钉分别穿过上连接头和下连接头，及与之对应的上夹头体座、下夹头体座上对应的定位孔。
[0008]进一步的，所述定位孔均匀的分布在上夹头体座、下夹头体座上，且设置在上夹头体座上的定位孔个数为6个，设置在下夹头体座上的定位孔个数为6个。
[0009]进一步的，所述上夹头体座为半圆型定位面板，所述上夹头体座与试样固定底座面板通过焊接，其中，半圆型定位面板圆面与其对应的试样固定底座面板长轴方向垂直，下夹头体座的半圆型定位面板圆面与其对应的试样固定底座面板长轴方向平行；上夹头体座、下夹头体座、试样固定底座上长轴方向两侧各设计了 I个通孔，为安装试样所用。
[0010]进一步的，所述试样由呈十字型放置的上下两件试片通过点焊组成，其中上下端片体长轴方向两端同样各设计一个通孔，试样装夹过程中，上夹头体座、下夹头体座、试样固定底座间呈90°以与试样相匹配;测试过程中试样的上下两部分分别连接上夹头体座、下夹头体座。
[0011]进一步的，所述上夹头体座、下夹头体座上的定位孔的尺寸规格、间距、数量、孔心到上夹头体座、下夹头体座半圆型定位面板直径外圆面距离一致。
[0012]进一步的，所述试样在焊前，对样片进行表面清理，去除残留油渍或污垢，焊前将两片样件进行重叠，参照ISO IS014272Y2000标准，焊接样件规格统一为150mmX50mm，在样件长度方向两端指定位置处加工出固定直径大小的通孔。
[0013]进一步的，所述定位孔可形成的加载角度包括30°、60°、90°，当加载角度为30°时，在上、下夹头体座上分别选取30°加载角度所对应的两个定位孔作为装配孔;当加载角度为60°时，在上、下夹头体座上分别选取60°加载角度所对应的两个定位孔11作为装配孔;当加载角度为90°时，在上、下夹头体座上分别选取90°加载角度所对应的两个定位孔作为装配孔。
[0014]本实用新型的优点及有益效果如下:
[0015]本实用新型在现有常见的轴向拉伸夹具基础上进行改进，采用上、下圆状对称分布的夹具整体结构设计。针对上、下夹具，均采用棒状连接杆，满足一般材料性能试验机的装夹特点，并通过螺纹，与连接头相连接;针对连接头，采用凹槽式设计，通过螺钉、螺母，与夹头体座相连，既满足测试对夹具刚性的要求，又兼顾了夹具拆装维护、维修的便利性。
[0016]为满足测试及可加工性要求，设计上、下夹头体座均由圆型定位面板与试样固定面板两部分通过焊接组成;基于“十字”型试样结构特征，采用与之相匹配的装夹结构设计，设计上、下夹头体座试样固定面板的长度方向与圆型定位面板分别呈90°、0°位向布局。测试过程中焊接样片上、下部分通过螺钉/非标型压紧螺栓、螺母，分别与上、下夹头体试样固定面板实现相连。为不影响装配及避免角度测试过程中上、下夹具体间出现干涉，在试样装配部位处附近设计一定的凹槽及过渡结构，确保试样装夹及测试顺利进行。
[0017]为满足变角度加载测试需求，在上、下夹头体座半圆型定位面板上设计了一系列的沿圆心对称分布的定位孔，测试过程中仅通过变换连接头与夹头体座间的定位孔，即可实现对焊点在变角度加载条件下力学性能的测试。
[0018]本实用新型通过采用改进的点焊力学性能测试夹具，可实现针对不同角度加载模式条件下焊点的力学性能的测试。本试验夹具具有结构简便、拆装快速、对试样加工要求较低、可靠性、稳定性强、易于功能扩展、维护维修便利、制造等优势。
【附图说明】
[0019]图1金属板材电阻点焊焊点变角度加载(30°)力学性能试验夹具装配图；
[0020]图2焊点60°加载角度定位孔关系示意图；
[0021 ]图3焊点90°加载角度定位孔关系示意图；
[0022]图4连接杆、连接头装配结构示意图；
[0023]图5上夹头体座结构图；
[0024]图6下夹头体座结构图；
[0025]图7非标型压紧非标型压紧螺栓结构图；
[0026]图8点焊测试试样结构图。
[0027]图中:1.上连接杆，2.下连接杆，3.上连接头，4.下连接头，5.上夹头体座，
[0028]6.下夹头体座，7.螺钉，8.螺母，9.非标型压紧螺栓，10.试样，11.定位孔。
【具体实施方式】
:
[0029]本实用新型通过对试样进行简单的装配，与常规材料性能试验机相结合，即可实现对变角度加载条件下焊点力学性能的测试。下面结合图1?图8，焊接方法实施例和焊接装置进一步说明。
[0030]如图1，本夹具包括:上连接杆1、下连接杆2、上连接头3、下连接头4、上夹头体座5、下夹头体座6、螺钉7(M16)、螺母8(M16)、非标型压紧螺栓9(M16)。该夹具可分为上、下夹具体两部分，其中上连接杆1、上连接头3、上夹头体座5、2个螺钉7、4个螺母8、2个非标型压紧螺栓9共同构成上夹具体;下连接杆2、下连接头4、下夹头体座6、2个螺钉7、4个螺母8、2个非标型压紧螺栓9构成下夹具体。
[0031 ] 具体特征如下:
[0032]I)针对夹具的组装，其特征为:首先，将上1、下2连接杆一端通过螺纹分别与上3、下4连接头相连;采用呈凹形的上3、下4连接头结构设计，凹槽两外侧面上各有2通孔，使上
5、下6夹头体座分别置于上3、下4连接头凹槽中，再将两根连接螺钉7分别穿过上3、下4连接头及与之对应的上5、下6夹头体座上对应的定位孔11，在另一侧再通过采用螺母8拧紧螺钉7，即可完成对整个夹具的组装。
[0033]2)针对加载角度调节，通过变换上3、下4连接头与上5、下6夹头体座间的定位关系予以实现。其特征是:在上夹头体座5、下夹头体座6上各有6个均匀分布的定位孔11，相邻两孔对应一个加载角度，基于不同加载角度要求，借助螺钉7、螺母8，使上3及下4连接头分别与上5、下6夹头体座经指定角度对应定位孔11实现装配，改变加载角度。
[0034]3)针对试样10安装，其特征为:采用由半圆型定位面板与试样10固定底座面板两部分通过焊接相结合的上5、下6夹头体座结构设计。其中，上夹头体座5半圆型定位面板圆面与其对应的试样10固定底座面板长轴方向垂直，下夹头体座6半圆型定位面板圆面与其对应的试样10固定底座面板长轴方向平行。上夹头体座5、下夹头体座6试样10安装面板上长轴方向两侧各设计一个通孔，为安装所用。试样10装夹过程中，应确保上5、下6夹头体座试样10固定底座面板间呈90°以与试样10相匹配。测试试样10由呈“十字”型布局的上下两件试片通过点焊组成，其中上下端样片长轴方向两端同样各设计一个通孔。测试过程中试样10的上下两部分分别连接上5、下6夹头体座，通过4个非标型压紧非标型压紧螺栓9，固定并压紧试样10。此外，在上5、下6夹头体座试样10固定底座面板两侧分别设计了 2个凹槽，以便紧固试样10。
[0035]4)本发明，上3、下4连接头凹槽两侧上各自的2个通孔在上3、下4连接头上的相对位置，尺寸规格、孔间距一致，且与上5、下6夹头体座上任意两相邻通孔的尺寸规格、孔间距一致。此外，上3、下4连接头凹槽两侧上的通孔圆心到凹槽底部距离大于上5、下6夹头体座半圆型定位面板上的安装孔圆心到直径外圆面距离，避免干涉。
[0036]5)本发明，上5、下6夹头体座半圆面上各通孔的尺寸规格、孔间距、孔数量、孔心到上5、下6夹头体座半圆型定位面板直径外圆面的距离均一致。
[0037]6)本发明，上5、下6夹头体座半圆型定位面板部分的直径一致，且各自对应的圆心点均位于试样10固定底座面板安装面上。
[0038]7)本发明，上夹头体座5试样10固定面板与两侧凹槽间呈30°过渡，以防止角度拉伸过程中上5、下6夹头体座间发生干涉。
[0039]8)本发明，试样10上、下端片体长轴方向两侧的通孔尺寸规格、孔间距与上夹头体座5、下夹头体座6试样10安装面板长轴方向两侧对应的通孔相一致。
[0040]9)本发明，所配备的螺钉7、螺母8、非标型压紧非标型压紧螺栓9的螺纹规格均为M16，其中非标型压紧非标型压紧螺栓9设计为宽头+螺纹结构，以便在试验中实现大面积压紧试样上、下端片体，起到降低试样弯曲变形的作用。
[0041 ]实施例一:30°加载测试。
[0042]I)如图8，参照ISO IS014272Y2000标准，焊接样件规格为150mmX50mm，并按照标准要求，在样件长度方向两端指定位置处加工出一定直径大小的通孔。焊前对样片进行表面清理，去除残留油渍或污垢，焊前将两片样件进行重叠，呈“十字型”对称分布，在指定焊接设备上按规定参数条件完成点焊，制备出试样10，焊接过程中确保焊点位置处于上下两片样件重叠区正中心；
[0043]2)夹具装配:
[0044]a、如图4，利用上1、下2连接杆端头上的螺纹，使其分别与上3、下4连接头上的螺纹孔相连；
[0045]b、如图1，将上5、下6夹头体座分别置于上3、下4连接头凹槽内。如图1，按加载角度要求，使上5、下6夹头体座上30°加载角对应的两个定位孔11分别与上3、下4连接头凹槽两侧各自的两个连接孔的圆心相对齐。将两根螺钉7同时穿过上3、下4连接头凹槽两侧及其对应上5、下6夹头体座上对应的定位孔11，并在另一侧通过两颗螺母8拧紧螺钉7，从而使上3、下4连接头分别与上5、下6夹头体座实现相连。
[0046]C、将装配好的下夹具体置于安装台上，将试样10置于下夹头体座6试样10固定面板上，使试样10下端片体部分长轴方向两端的装配孔分别与固定面板长轴方向两侧的通孔圆心相对齐。将两颗非标型压紧非标型压紧螺栓9同时穿过试样10及固定面板对应的通孔，在另一端通过两颗螺母8拧紧非标型压紧螺栓9，实现对试样10下端片体部分的紧固。
[0047]d、同上，使试样10上端片体部分与上夹头体座5固定面板相连。
[0048]3)将装配好的夹具置于拉伸试验机上，通过试验机固定端、移动端夹头的夹持作用分别夹紧上1、下2连接杆。而后启动试验机，即可开始加载，测试焊点在指定角度模式条件下的力学性能。
[0049]4)测试结束后，待焊点上下样片完全分离，松开上1、下2连接杆，将夹具上下部分分别取下，松开相关紧固螺钉7、螺母8、非标型压紧非标型压紧螺栓9等。按照上述步骤，重复进行下一件试样的装配、测试。
[0050]实施例二:60。加载测试。
[0051]在本实例中，采用的点焊试样10的尺寸规格、结构、制备方法及测试操作步骤与实施实例一完全相同。参见图2，在上5、下6夹头体座上分别选取60°加载角度所对应的两个定位孔11作为装配孔，与上3、下4连接头相连接。本实施实例可实现对在加载方向与焊接平面呈60°夹角条件下焊点力学性能的测试。
[0052]实施例三:90°加载测试。
[0053]在本实例中，采用的点焊试样10的尺寸规格、结构、制备方法及测试操作步骤与实施实例一完全相同。参见图3，在上5、下6夹头体座上分别选取90°加载角度所对应的两个定位孔11作为装配孔，与上3、下4连接头相连接。本实施实例可实现对在加载方向与焊接平面呈90°夹角条件下焊点力学性能的测试。
[0054]以上这些实施例应理解为仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型的记载的内容之后，技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本实用新型权利要求所限定的范围。
【主权项】
1.一种金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具，其特征在于，包括上夹具体和下夹具体，其中上夹具体包括上连接杆(I)、上连接头(3)、上夹头体座(5)和2个非标型压紧螺栓(9);下夹具体包括下连接杆(2)、下连接头(4)、下夹头体座(6)和2个非标型压紧螺栓(9)，其中上连接杆(I)、下连接杆(2)—端通过螺纹分别与上连接头(3)、下连接头(4)相连;所述上连接头(3)和下连接头(4)均设置有凹槽，每个凹槽的两外侧面上设置有通孔，通孔使上夹头体座(5)、下夹头体座(6)分别置于所述凹槽中，两根连接螺钉分别穿过上连接头(3)和下连接头(4)，及与之对应的上夹头体座(5)、下夹头体座(6)上对应的定位孔(H)。2.根据权利要求1所述的金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具，其特征在于，所述定位孔(11)均匀的分布在上夹头体座(5)、下夹头体座(6)上，且设置在上夹头体座(5)上的定位孔(11)个数为6个，设置在下夹头体座(6)上的定位孔(11)个数为6个。3.根据权利要求1所述的金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具，其特征在于，所述上夹头体座(5)为半圆型定位面板，所述上夹头体座(5)与试样固定底座面板通过焊接，其中，半圆型定位面板圆面与其对应的试样固定底座面板长轴方向垂直，下夹头体座(6)的半圆型定位面板圆面与其对应的试样固定底座面板长轴方向平行;上夹头体座(5)、下夹头体座(6)、试样固定底座上长轴方向两侧各设计了I个通孔，为安装试样所用。4.根据权利要求2所述的金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具，其特征在于，所述上夹头体座(5)、下夹头体座(6)上的定位孔的尺寸规格、间距、数量、孔心到上夹头体座(5)、下夹头体座(6)半圆型定位面板直径外圆面距离一致。5.根据权利要求1或2所述的金属板材电阻点焊焊点变角度加载力学性能试验夹具，其特征在于，所述定位孔可形成的加载角度包括30°、60°、90°，当加载角度为30°时，在上、下夹头体座上分别选取30°加载角度所对应的两个定位孔作为装配孔；当加载角度为60°时，在上、下夹头体座上分别选取60°加载角度所对应的两个定位孔11作为装配孔；当加载角度为90°时，在上、下夹头体座上分别选取90°加载角度所对应的两个定位孔作为装配孔。
【文档编号】G01N3/04GK205483800SQ201620173803
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月4日
【发明人】冯毅, 周佳, 万鑫铭, 李阳, 赵清江, 金庆生, 白乐, 王小宁, 高丽, 王光耀
【申请人】中国汽车工程研究院股份有限公司