光纖傳感器超聲波焊接嵌入1100鋁箔

李玉龍1，2，李偉3，王非凡1，劉富平1

(1.南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)器人與焊接自動(dòng)化重點(diǎn)試驗(yàn)室，南昌330031;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱1500013.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京100013)

摘要:為了對(duì)光纖進(jìn)行金屬嵌入式封裝，對(duì)T2紫銅與1100(L4)純鋁進(jìn)行了超聲波焊接試驗(yàn)，在焊接過(guò)程中進(jìn)行了光纖傳感器的嵌入試驗(yàn).嵌入的光纖傳感器分別選用裸光纖、化學(xué)鍍層保護(hù)光纖、化學(xué)鍍+電鍍層保護(hù)光纖，對(duì)嵌入效果進(jìn)行了比較.采用拉伸試驗(yàn)的方法對(duì)嵌入強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試;采用光檢測(cè)計(jì)檢測(cè)了嵌入后的光強(qiáng)損失.結(jié)果表明，純鋁箔可以做為光纖傳感器金屬封裝的基體材料;化學(xué)鍍加電鍍的方法可以作為光纖保護(hù)方法;電鍍光纖超聲嵌入鋁箔后光強(qiáng)損失0.22dB;金屬化光纖嵌入鋁箔拉伸力達(dá)到45N.

關(guān)鍵詞:超聲波金屬焊;光纖光柵;電鍍;化學(xué)鍍;光纖智能金屬結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào):TG453+.9;TN253文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0253-360X(2011)03-0009-04

0序言

光纖光柵傳感器(FGB)具有不受電磁干擾、信號(hào)帶寬大、靈敏度高、容易實(shí)現(xiàn)復(fù)用、質(zhì)輕、結(jié)構(gòu)緊密、適合在高溫、腐蝕或危險(xiǎn)性環(huán)境使用等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、戰(zhàn)車、核反應(yīng)堆、大型建筑、礦山以及油井等特殊場(chǎng)合的安全檢測(cè)方面具有廣泛應(yīng)用前景[1-3].

將光纖光柵集成在基體材料中獲得智能結(jié)構(gòu)具有感知外界和內(nèi)部狀態(tài)與特性變化，并能根據(jù)變化的具體特征對(duì)引起變化的原因進(jìn)行辯識(shí)，從而采取相應(yīng)的最優(yōu)或近優(yōu)控制策略以作出合理響應(yīng).具體地說(shuō)該結(jié)構(gòu)具有檢測(cè)、通信、動(dòng)作等功能[4，5].

超聲波焊接是利用超聲波高頻振動(dòng)，在靜壓力作用下將彈性振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg摩擦功、變形能，為焊件進(jìn)行局部清理和加熱焊接的一種焊接方法[6-8].超聲波焊接不存在熱傳導(dǎo)與電阻率問(wèn)題，因此對(duì)于有色金屬箔片、帶材及細(xì)絲都能有效進(jìn)行焊接，在電子、電器、包裝、航空航天及核能等各種工業(yè)領(lǐng)域，超聲波焊有著廣泛的應(yīng)用.在前面工作中發(fā)展了光纖傳感器的金屬化保護(hù)方法、建立了光纖光柵溫度傳感模型[9，10]，并采用釬焊方法將傳感器嵌入了42CrMo鋼中[11].由于超聲波焊的方法具有速度快、熱輸入小等優(yōu)點(diǎn)，文中提出采用超聲波金屬焊的方法，在焊接過(guò)程中將光纖傳感器嵌入金屬中，使金屬材料具有自我監(jiān)測(cè)溫度、應(yīng)變的能力.為此進(jìn)行了金屬銅、鋁的超聲波焊試驗(yàn);在焊接過(guò)程中嵌入了表面裸露、化學(xué)鍍保護(hù)、電鍍保護(hù)的光纖傳感器;測(cè)試了光纖嵌入純鋁的強(qiáng)度，檢測(cè)了嵌入前后的光強(qiáng)變化.