一种用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置及方法与流程

本发明涉及力学性能测试装置及焊接技术领域，尤其涉及一种用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置。

背景技术：

在航空航天、汽车等制造领域，小直径异种材料管类零件连接方法需求日益增大，如火箭发动机系统的液态氢和液态燃料箱管道、航炮弹导带与弹体连接、汽车转向轴、消声排气管、共轨燃油喷射系统等方面。而磁脉冲焊接技术基于这些需求应运而生，其焊接原理与爆炸焊类似，是通过强磁场使待焊金属间产生强大的电磁力，进而使两金属猛烈的碰撞在一起，并实现原子间结合的一种固态连接工艺。这种焊接过程只会产生少许热量，可以在很大程度上减少焊接界面处出现金属间化合物的。因此这种技术可以广泛应用于同种和异种金属甚至是金属与非金属之间的连接，特别在管类连接中具有明显的优势。

然而，磁脉冲焊接过程中实际焊接工作区的轴向磁场强度分布不均匀，导致焊接接头实际连接的区域比变形区域小，焊接接头连接区域的强度分布情况对于管类零件的磁脉冲焊接工艺参数的研究具有重要的影响。在外观不出现明显破损的情况下，难以判断接头连接效果，这对于磁脉冲焊接管类零件的研究有比较大的阻碍，不利于焊接工艺的创新与发展。

目前，对于管类零件的磁脉冲焊接接头力学性能的检测手段为拉伸实验、扭转实验或者剥离实验，但是对于那些材质较软的母材来说使用这些检测手段是不够的，并且这些检测方法只能检测焊接接头的整体强度，对于焊接接头连接区域的强度分布情况无法表征，即便利用现有力学剪切试验装置也不能满足管类零件的磁脉冲焊接连接区域的强度分布测试需求。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置及方法，用以解决现有剪切装置不能满足检测焊接接头的连接区域的强度分布的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置，包括压杆、底座，底座自下而上依次设有受压块和试样定位片；受压块设置具有第一孔径的第一通孔，试样定位片设置具有第二孔径的第二通孔，第一孔径小于第二孔径，第一通孔和第二通孔同心设置；第一孔径大于内管件的外径且小于外管件的外径；压杆的杆径小于内管件的外径且大于内管件的内径；第二孔径大于外管件的外径；受压块内圆周超出试样定位片内圆周的部分为环形剪切部；压杆作用于内管件，剪切部作用于外管件，压杆和剪切部共同完成焊接试样切片的剪切。

进一步地，试样定位片和受压块通过固定螺栓固定在底座上。

进一步地，固定螺栓至少两个，且对称设置于底座上。

进一步地，还包括对压杆进行竖直限位的定位块，定位块设置具有第三孔径的第三通孔，第三孔径与压杆的杆径相等。

进一步地，定位块通过固定螺栓与底座固定连接。

进一步地，定位块的两端对称设置有半圆形限位槽，限位槽与固定螺栓的栓头形状相适配。

进一步地，试样定位片的厚度大于或等于焊接试样切片的厚度。

进一步地，底座设置有漏料孔。

另一方面提供一种用于检测磁脉冲焊接接头性能的方法，具体利用上述用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置进行磁脉冲焊接接头性能检测，包括以下步骤：

步骤一：将受压块和试样定位片固定在底座上；

步骤二：将焊接试样切片置于环形剪切部上，利用固定螺栓将定位块固定，压杆通过定位块的第三通孔抵在焊接试样切片上；

步骤三：将整个剪切装置放在电子万能实验机上，启动电子万能实验机，电子万能试验机的压头将压力直接作用在压杆上，压杆和剪切部的共同作用下将焊接试样切片的内管件和外管件剪切分离，最终获得焊接接头区域的抗剪强度及分布特征。

进一步地，剪切装置的压杆、试样定位片、受压块和定位块之间互为独立部件，根据待检测管件焊接接头的尺寸选择相应的部件。

本发明有益效果如下：

a)本发明提供的用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置，既可以测试管件焊接接头的整体剪切强度，也可以测试管件焊接接头轴向的连接强度分布情况，对于管类零件磁脉冲焊接实验的研究有重要的科学意义，有助于焊接技术的创新与发展。

b)本发明提供的用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置，每个部件均可以根据管件焊接接头具体尺寸变换，能够满足多种类型管类零件的检测，具有广泛的通用性。

c)本发明提供的用于检测磁脉冲焊接接头性能的方法，操作简单，能够高效快捷的测试管件焊接接头轴向的连接强度分布情况。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置的结构示意图；

图2为本发明的用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置的结构俯视图；

图3为本发明的用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置的结构剖视图；

图4为本发明的内管件为管状结构的焊接接头的结构剖视图；

图5为本发明的内管件为棒状结构的接接头结构剖视图。

附图标记：

1、压杆；2、压杆定位块；3、固定螺栓；4、试样定位片；5、受压块；6、底座；7、焊接试样切片；8、内管件；9、外管件。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本发明的一个具体实施例，如图1至图3所示，公开了一种用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置，包括压杆1、试样定位片4、受压块5和底座6；底座6用来固定整个剪切装置，底座6自下而上依次设有受压块5和试样定位片4，即受压块5位于底座6以上，试样定位片4位于受压块5以上；受压块5设置具有第一孔径的第一通孔，试样定位片4设置具有第二孔径的第二通孔，第一孔径小于第二孔径，第一通孔和第二通孔同心设置；第一孔径大于内管件8的外径且小于外管件9的外径；压杆1的杆径小于内管件8的外径且大于内管件8的内径；第二孔径大于外管件9的外径；受压块5内圆周超出试样定位片4内圆周的部分为环形剪切部；压杆1作用于内管件8，剪切部作用于外管件9，压杆1和剪切部共同完成焊接试样切片7的剪切。其中，剪切部的作用体现在两方面，一方面与压杆1配合对焊接试样切片7进行剪切分离，另一方面用于支撑焊接试样切片7；焊接试样切片7整体为圆柱状，包括内管件8和外管件9，内管件8通过磁脉冲焊的方式固定在外管件9的内壁，其中内管件8可以为管状结构也可以为棒状结构，如图4至图5所示，当内管件为棒状结构时，内管件的内径为零。

实施时，在剪切实验之前，将受压块5和试样定位片4固定在底座6上；将焊接试样切片7置于试样定位片4的第二通孔内，焊接试样切片7的外管件9置于环形剪切部上，利用固定螺栓3或卡扣等其他方式将定位块2固定，压杆1通过定位块2的第三通孔抵在焊接试样切片7的内管件8上；将整个剪切装置放在电子万能实验机上，启动电子万能机，电子万能试验机压头将压力直接作用在压杆1上，当压杆1和剪切部的共同作用下将焊接试样切片7的内管件8和外管件9断裂分离时，电子万能机停止加载，最终获得焊接接头区域的抗剪强度及分布特征。

与现有技术相比，本实施例提供的用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置，结构简单，安装拆卸方便，利用本实施例提供的用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置既可以测试管件焊接接头的整体剪切强度，也可以测试管件焊接接头轴向的连接强度分布情况，对于管类零件磁脉冲焊接实验的研究有重要的科学意义，有助于焊接技术的创新与发展。另外，剪切装置的每个部分均可以根据管件焊接接头具体尺寸变换，能够满足多种类型管类零件的检测，具有广泛的通用性。

本实施例中，试样定位片4和受压块5固定在底座上，优选地，试样定位片4和受压块5通过固定螺栓3固定在底座上，固定螺栓3至少两个，且对称设置于底座6上，以此来保证4试样定位片和5受压块的中心孔同心。还可以通过卡扣连接的方式进行固定，具体的，受压块5设置卡制部，底座6上设置限制部，受压块5上设置的卡制部与底座6上设置的限制部配合以实现受压块5与底座6的固定，同样的，试样定位片4卡设在受压块5上，从而实现试样定位片4和受压块5固定在底座上，上述两种固定连接方式均为可拆卸的连接方式，可拆卸结构的剪切装置的每个部件均为独立部件，即剪切装置的压杆1、试样定位片4、受压块5和定位块3之间互为独立部件，能够根据待检测管件焊接接头的具体尺寸选择相应的部件，能够满足多种类型管类零件的检测，具有广泛的通用性。

为了避免零件的掉落遗失，试样定位片4、受压块5的一端通过竖直转轴设置在底座6上，试样定位片4、受压块5的另一端通过固定螺栓3与底座6固定，因而在连续实验过程中，不必将所有零部件拆卸下来，只需要将固定螺栓3旋拧下来，沿竖直转轴拨动试样定位片4和受压块5，即可实现剪切装置的快速拆卸，更换焊接接头后，只需沿竖直转轴拨动试样定位片4和受压块5，将试样定位片4、受压块5的另一端通过固定螺栓3与底座6固定，方便快捷，避免了零件掉落遗失，缩短实验时间的同时还能节约实验成本。进一步地，为了在实验过程中试样定位片4、受压块5与底座6直接紧密接触，设置在底座6上的竖直转轴可以在竖直方向上移动一定的距离，如采用螺纹旋紧的方式进行进一步紧固，保证了剪切装置的工作可靠性。

为了提高测试精度和试验装置可靠性，剪切装置还包括对压杆1进行竖直限位的定位块2，定位块2设置具有第三孔径的第三通孔，第三通孔沿定位块的中心设置，第三孔径与压杆1的杆径相等，压杆1能够通过定位块2的第三通孔抵在焊接试样切片7上，并能够在第三通孔内垂直上下移动，保证了压杆1作用在焊接试样切片7上的力是均匀的，从而保证了测试精度，实验结果更加可靠。

考虑到定位块2的作用为垂直限定压杆1，因此只需要保证限位块在平面上保持相对固定即可，因此定位块2的安装方式有以下两种，第一种安装方式，定位块2的尺寸与试样定位片4的尺寸相同，则在定位块2上设置与固定螺栓3相匹配的螺孔，定位块2通过固定螺栓3与试样定位片4或底座6固定连接，第一种安装方式中，固定螺栓3的栓头压紧定位块2的上表面，且试验过程中定位块2不能垂向移动；第二种安装方式，定位块2的尺寸小于试样定位片4的尺寸，定位块2的两端对称设置有半圆形限位槽，限位槽与固定螺栓3的栓头形状相适配，第二种安装方式中，固定螺栓3的栓头一部分位于定位块2的半圆形限位槽内，定位块2安装在两个固定螺栓3的栓头之间，对压杆1起到定位作用，限定定位块2的水平移动，在更换焊接试样片时，可以沿压杆1从上面直接取下，第二种安装方式，安装拆卸更加方便，同时还能够减少材料使用量，降低生产成本。

为了提升剪切装置的应用广泛性，试样定位片4的厚度大于或等于焊接试样切片7的厚度，保证焊接试样切片7位于试样定位片4的中心通孔内，即焊接试样切片7的厚度小于试样定位片4的第二通孔的纵向高度。优选地，试样定位片4的厚度能够根据焊接试样切片7的厚度进行调整，具体的，焊接试样切片7由多片结构相同的薄切片组合而成，因而能够满足不同高度的焊接试样切片7的测试要求，应用更为广泛。

为了缩短测试时间，底座6整体为空心柱体，底座6中间设置有一个用来漏掉被剪切材料的漏料孔，漏料孔的孔径大于受压块5的第一通孔的第一孔径，受压块5能够置于底座6上，此结构的剪切装置能够连续进行多次剪切实验而不需要反复移动底座，进而节省了实验测试时间，提高了测试效率。

实施例二

本发明的另一个具体实施例，公开了一种用于检测磁脉冲焊接接头性能的方法，具体利用实施例一中的用于检测磁脉冲焊接接头性能的剪切装置进行磁脉冲焊接接头性能检测，包括以下步骤：

步骤一：在剪切实验之前，将受压块5和试样定位片4固定在底座6上，试样定位片4位于底座6结合受压块5之间；

步骤二：将焊接试样切片7置于试样定位片4的第二通孔内，焊接试样切片7的外管件9置于环形剪切部上，利用固定螺栓3或卡扣等其他方式将定位块2固定，固定螺栓3的数量至少有两个，且对称设置；压杆1通过定位块2的第三通孔抵在焊接试样切片7的内管件8上，压杆1能够在定位块2的第三通孔内垂直移动；

步骤三：将整个剪切装置放在电子万能实验机上，启动电子万能机，电子万能试验机压头将压力直接作用在压杆1上，压杆1会将压力传递到焊接试样切片7的内管件8表面，压杆1推动内管件8向下移动，而剪切部会阻碍外管件9向下移动，外管件9相对于受压块5始终保持相对静止，随着压杆1作用在内管件8上的压力逐渐增大，当压杆1和剪切部的共同作用下将焊接试样切片7的内管件8和外管件9断裂分离时，电子万能机停止加载，最终获得焊接接头区域的抗剪强度及分布特征。

本实施例中，所利用的剪切装置的零部件相互独立，即压杆1、试样定位片4、受压块5和定位块3之间互为独立部件，可以根据待检测管件焊接接头的具体尺寸选择相应的部件。

与现有技术相比，本发明提供的用于检测磁脉冲焊接接头性能的方法，操作简单，高效可靠，能够保证实验精度的同时还能够缩短实验时间，本发明提供的方法，既可以测试管件焊接接头的整体剪切强度，也可以测试管件焊接接头轴向的连接强度分布情况，对于管类零件磁脉冲焊接实验的研究有重要的科学意义，有助于焊接技术的创新与发展。另外，本发明提供的方法，通过选择不同尺寸的剪切装置零部件进行组合，能够检测不同类型、不同尺寸管类零件的焊接接头性能，具有广泛的通用性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。