本發(fā)明涉及力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，確切的說是一種改善焊接密封型電阻應(yīng)變式稱重傳感器長期穩(wěn)定性的制造方法。

背景技術(shù)：

電阻應(yīng)變式稱重傳感器主要由承受外力的彈性元件，粘貼在彈性元件應(yīng)變區(qū)上的電阻應(yīng)變片以及其他連接線和端子等附件組成。另外，針對使用環(huán)境的不同，有時還需要對傳感器加以可靠的密封，以免傳感器受到外界環(huán)境中的潮氣，腐蝕性氣體或介質(zhì)，水，粉塵的侵害。就密封形式而言，稱重傳感器又通常可以分為膠封密封和焊接密封兩大類。在防護等級要求不太高的使用環(huán)境下可以用膠封密封型稱重傳感器，而對于外部使用環(huán)境比較惡劣的場合主要還是使用焊接密封型稱重傳感器。

焊接密封型稱重傳感器是將金屬膜片通過焊接工藝將彈性元件的應(yīng)變區(qū)完全密封，從而達到保護內(nèi)部應(yīng)變片和電路的目的。常見的焊接工藝有等離子束焊接，氬弧焊，激光焊接等。由于是在彈性元件上進行焊接，無論采用何種焊接方式都不可避免的會產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和變形。在后續(xù)使用過程中，殘余應(yīng)力的釋放和結(jié)構(gòu)的微變形將會影響到彈性元件的應(yīng)變區(qū)上，最終導(dǎo)致稱重傳感器的輸出信號隨時間在緩慢變化。并且焊接工藝在焊縫周圍產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力，會降低該區(qū)域的防腐蝕能力，造成應(yīng)力腐蝕，也可能導(dǎo)致稱重傳感器密封失效。所以一般情況下，生產(chǎn)廠家在傳感器完成焊接密封后會進行穩(wěn)定化處理工藝，盡可能釋放殘余應(yīng)力。常見的穩(wěn)定化處理工藝有：超載靜壓法，振動時效法，冷熱循環(huán)法等等。

超載靜壓法是最常見的穩(wěn)定化處理工藝，對稱重傳感器施加125％～200％額定載荷，以達到釋放殘余應(yīng)力的目的。該方法的主要缺點在于只有達到應(yīng)力峰值區(qū)域的殘余應(yīng)力得到了釋放，消除的不徹底。如果繼續(xù)增加超載靜壓的載荷，彈性元件應(yīng)變區(qū)和應(yīng)變片將會發(fā)生塑性變形而導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。

而振動時效和冷熱循環(huán)法需要的處理時間更長，相應(yīng)的生產(chǎn)成本也更高，不能滿足大批量生產(chǎn)的要求；并且對于傳感器這類機電一體化產(chǎn)品來說，由于其他電子零部件的工作溫度和抗沖擊能力有限，其振動幅度不能過高，溫度循環(huán)范圍也不能太寬，這樣也達不到大幅改善傳感器穩(wěn)定性的目的。

實際上，焊接密封型傳感器的數(shù)據(jù)漂移在以往多數(shù)短期稱重的場合并不會對計量精度造成顯著影響，可以通過儀表端清零消除漂移誤差。但是，隨著稱重傳感器的應(yīng)用日益廣泛，如裝載機，收割機等車載稱重應(yīng)用的出現(xiàn)。這類場合由于外部環(huán)境惡劣，只有焊接密封型稱重傳感器適合使用。一般而言，在這種場合下，傳感器可能需要長期(幾天到幾個月)進行實時稱重計量，這樣就無法采用傳統(tǒng)的儀表清零來消除漂移誤差。另外一個不可忽視的情況就是，車輛在使用時總是會產(chǎn)生顛簸振動，從而促進了焊接密封型稱重傳感器中焊接殘余應(yīng)力的釋放，最終導(dǎo)致測量誤差加速累積。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有焊接密封型稱重傳感器在保證其長期穩(wěn)定性的制造工藝技術(shù)上的不足，提出一種基于激光沖擊工藝改善焊接密封型稱重傳感器長期穩(wěn)定性的制造工藝。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明公開了一種基于激光處理工藝改善焊接密封型稱重傳感器長期穩(wěn)定性的制造工藝，其特征在于：包含以下步驟：

步驟1：當稱重傳感器彈性體與金屬膜片完成焊接后，在稱重傳感器的焊縫周邊涂上或粘貼吸收層材料。

步驟2：在吸收層表面涂上、粘貼或覆蓋透明約束層介質(zhì)。

步驟3：將覆蓋好吸收層和約束層的稱重傳感器放入激光沖擊裝置中，并且保持覆蓋有約束層的一面與激光沖擊頭相對，通過計算機編程生成加工路徑，以控制激光頭與約束層表面產(chǎn)生相對運動，進行激光沖擊。

步驟4：在激光沖擊過程時，稱重傳感器與數(shù)據(jù)采集儀相連，數(shù)據(jù)采集儀實時記錄稱重傳感器的輸出變化，開始多次激光沖擊，每完成一次沖擊，觀察傳感器的輸出變化量，當沖擊前后的輸出變化量小于設(shè)定的允許變化量時，停止沖擊。

步驟5：在激光沖擊工藝完成后，去除傳感器表面覆蓋的約束層和吸收層，將傳感器清理干凈。

作為優(yōu)選方案之一，還包括：在進行激光沖擊工藝之前，對稱重傳感器的結(jié)構(gòu)進行有限元分析，或者實測表面殘余應(yīng)力，得到殘余應(yīng)力的分布情況，然后根據(jù)殘余應(yīng)力分布中的峰值所對應(yīng)的位置區(qū)域，制定步驟3中的加工路徑。

所述吸收層是黑漆、黑色膠帶或鋁箔的其中之一，厚度為0.012～0.3mm。

所述透明約束層介質(zhì)為透明玻璃、透明硅凝膠或水，厚度為0.3～1.5mm。

所述激光沖擊的激光光斑尺寸為1mm～4mm，波長1064nm，脈沖寬度10-30ns，脈沖能量為0.3j～20j。

設(shè)定的允許變化量依據(jù)不同容量的傳感器，其范圍在傳感器滿量程輸出的0.5％～5％之間。

所述的一種改善焊接密封型稱重傳感器長期穩(wěn)定性的制造工藝的裝置，設(shè)有監(jiān)視稱重傳感器輸出信號的數(shù)據(jù)采集儀，從而形成激光沖擊檢測反饋系統(tǒng)。

進一步地，重復(fù)以上步驟，處理另一面的金屬膜片和稱重傳感器彈性體的焊接區(qū)域。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明顯而易見地具有以下技術(shù)效果：

1、只對彈性元件和密封金屬膜片的局部區(qū)域進行定向殘余應(yīng)力釋放，無盲區(qū)，準確度高，實施效果好。

2、處理時間短，生產(chǎn)效率高。

3、同時消除了焊縫及周邊區(qū)域的殘余拉應(yīng)力，較傳統(tǒng)方式更能提高傳感器的抗應(yīng)力腐蝕能力。

4、在激光沖擊處理過程中，可以實時監(jiān)測傳感器的輸出，根據(jù)傳感器輸出變化，可以判斷沖擊效果，達到閉環(huán)控制的效果。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1：焊接密封型稱重傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：圖1的剖面俯視圖。

圖3：激光沖擊工藝示意圖。

圖4：激光沖擊區(qū)域。

圖5：激光沖擊前后焊接密封型傳感器應(yīng)變區(qū)應(yīng)變分布的對比結(jié)果。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1：

如圖1和2所示，焊接密封型稱重傳感器一般包含以下關(guān)鍵零部件：彈性體1，金屬膜片2-1和2-2，應(yīng)變片3。

將金屬膜片2-1和2-2用氬弧焊工藝焊接到彈性體1上后，按如下步驟操作：

1.在金屬膜片2-1和彈性體1的焊縫及其周邊區(qū)域涂上中性的黑漆，厚度為50-100微米，作為吸收層4。

2.在吸收層4上方覆蓋透明硅凝膠作為約束層5，厚度1mm。

3.完成吸收層4和約束層5的覆蓋后，如圖3所示，將稱重傳感器固定在激光沖擊裝置中，保持約束層5與激光沖擊頭6相對。并將稱重傳感器的電纜線與測試儀表相連接，用以記錄稱重傳感器的輸出值。

4.通過marc等有限元分析軟件仿真出稱重傳感器焊接后的應(yīng)力分布情況；根據(jù)殘余應(yīng)力分布情況，在計算機上編制激光沖擊處理的工藝路徑，并設(shè)定激光的工藝參數(shù)，包括激光光斑的輻照區(qū)域、不同區(qū)域的能量大小、光斑直徑、脈沖寬度、搭接率等等。選擇的激光波長為1064nm，圓形光斑，光斑直徑設(shè)定1mm，搭接率50％，脈沖寬度23ns，脈沖能量6j，沖擊區(qū)域如圖4所示的a區(qū)域和b區(qū)域。

5.激光沖擊處理過程中，測試儀表時刻監(jiān)視傳感器的輸出變化。開始多次激光沖擊，每完成一次沖擊，觀察傳感器的輸出變化量，當沖擊前后的輸出變化量小于傳感器滿量程輸出的1％時，說明達到去應(yīng)力效果，停止沖擊。

6.重復(fù)以上操作，將另一面的焊接區(qū)域也進行激光沖擊處理。

7.傳感器完成上述激光沖擊處理后，用丙酮溶劑清洗傳感器表面上的黑漆和硅凝膠。

激光沖擊處理是利用強脈沖激光透過對激光透明的約束層5在待處理表面被吸收層4吸收后，使其氣化、電離產(chǎn)生等離子體，繼而等離子繼續(xù)吸收能量發(fā)生爆炸誘發(fā)沖擊波，在約束層5的作用下產(chǎn)生向材料內(nèi)部傳播的強沖擊波，在沖擊波的作用下，材料的原有的應(yīng)力分布得以重新分布。通過調(diào)整激光沖擊的工藝參數(shù)，可以實現(xiàn)傳感器內(nèi)部應(yīng)力分布的均勻化，釋放了殘余應(yīng)力，從而達到提高稱重傳感器穩(wěn)定性的作用。

本發(fā)明通過采用上述的激光沖擊處理方法提高了焊接密封型傳感器的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，如圖5所示，焊接密封型傳感器應(yīng)變區(qū)由于焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變峰值在沖擊后明顯減小(在理想狀態(tài)下，傳感器空載時其應(yīng)變區(qū)應(yīng)變分布應(yīng)為0)。通過對激光沖擊后的傳感器空載時輸出數(shù)據(jù)的監(jiān)測，其月漂移量相對未經(jīng)激光沖擊處理的傳感器至少可減小80％。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。