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【应变电测与传感】焊接式高温应变片注意事项与常见失效原因
2026-01-23 15:01:21
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焊接式高温应变片注意事项与常见失效原因#日本TML东京测器各型号高温应变片
1. 这类“焊接式高温应变片”到底难在哪？
焊接式高温应变片（Weldable Strain Gauge）把应变敏感元件封装在耐腐蚀金属管内（不含 AW-6-350 等少数例外），通过专用点焊机把应变片与金属试件可靠焊接在一起。相比胶粘式，焊接式更适合高温、液体/气体、长期与严苛环境，但对“焊接工艺窗口、走线应力、绝缘与中间检查”更敏感。
TML 指出：AW 系列的应变敏感元件被封装在耐腐蚀金属管内，适用于液体或气体等环境；安装可用专用点焊机 W-50R。
另外，点焊机 W-50RC 为电容储能（capacitive charge）方式，能在 1–10 / 5–50 watt-second 两个能量范围内连续控制，并用稳压电路减小电源波动影响；同时也用于固定引线。
2. 常见型号与温度范围（便于快速选型）
系列/型号 | 桥路形式 | 典型用途 | 工作温度范围（°C） | 要点提示 |
AWM-8 | 四分之一桥（3线） | 静态/动态 | -196 ~ +300 | 背衬可选 Inconel 600 或 SUS304（按试件材料选） |
AWMD-5/8 | 全桥（动态专用） | 动态应变 | -196 ~ +800 | 标配高通滤波器，用于抑制直流与低频（热输出、漂移等） |
AWH-4/8 | 半桥结构 + 配套补偿板实现全桥测量 | 静态/动态 | 静态 -196~+600；动态 -196~+650 | 材料可选 Inconel 600 或 SUS304；应变极限 0.6% 级别 |
AWHU-5/8 | 半桥结构 + 配套补偿板实现全桥测量 | 静态/动态 | -196 ~ +800 | TML 提示：受感部结构原因，建议在 ≥600°C 温区使用；套管/电缆更细，适合狭窄或曲面 |
AW-2/350、AW-6/350 等 | 四分之一桥（3线） | 高温到 300°C、长期/不便粘贴 | -196 ~ +300 | 不锈钢背衬薄（0.08mm），安装需点焊机 |
3. 必做的三件事（决定成败）
· 试焊 + 剥离测试（peeling test）：先把焊接参数对上再上片。
· 焊后立刻做中间检查：阻值、导通、绝缘（尤其是绝缘）。
· 走线应力管理：MI 电缆一定要“留弯”，不要直线拉紧，更不要让 A 套管（Sleeve A）受力。
以下步骤以 W-50R/W-50RC 进行电阻点焊安装为例，适用于 AWH/AWHU、AWC 等系列（不同型号细节以说明书为准）。
3.1 试焊（Trial Welding / Peeling Test）
TML 强调：为确保焊接型应变片能“可靠焊住”，必须先针对试件材料找到合适的电阻点焊条件。
· 安装地线夹（Earth Clip）：先用砂纸打磨试件端部，露出金属本体，再夹上地线夹。
· 空打检查：焊枪垂直抵在露出的金属处，空打 2–3 次，确认焊接指示正常。
· 在配套金属带（metal ribbon）上试焊：若金属带出现裂纹或孔洞，说明能量过大；应降低输出再试。若金属带完全无痕迹或焊不住，说明能量不足；应提高输出再试。
3.2 固定 Sleeve A 与电缆（MI/Vinyl Cable）
· 对准划线定位，把应变片中心与定位线对齐，向下按压使其与试件贴合；用随附金属带固定 Sleeve A。
· 再固定 MI 或乙烯电缆：目的只有一个——避免 Sleeve A 受力。
· 走线要“轻微弯曲”逐段固定到接线端：TML 提醒，MI 电缆如果直线走线，可能因引线扭转/折曲而损伤受感部。
3.3 受感部临时点焊与正式点焊
· 先在受感部两侧各点焊 1 点进行“临时定位”。
· 正式点焊沿应变片管体两侧按顺序焊接。TML 建议焊点间距约 0.8 mm；焊点数（单侧）约为：AWH-8/AWHU-8 为 20 点、AWHU-5 为 13 点。
3.4 焊后中间检查：阻值与绝缘
· 阻值：核对包装标注的“GAUGE RESISTANCE”，用万用表/电阻计在引线端测量，主要用于发现断线、虚焊、焊接损伤等。
· 绝缘：测应变片与试件间绝缘电阻。TML 给出一般应变测量所需绝缘电阻为 500 MΩ 以上。
· 重要：TML 明确提醒不要使用施加 50 V 或更高电压的绝缘表（如兆欧表/megger），以免损坏应变片；绝缘检测应在 ≤50 V 条件下进行。
4. 关键注意事项清单
环节 | 风险/原因 | 建议做法 |
试焊参数 | 不同材料/厚度的电阻点焊窗口差别很大；能量过大将造成金属带开裂/穿孔，能量不足会焊不住。 | 每种试件材料先做试焊剥离测试；以“既能牢固焊住、又不损伤金属带/套管”为准；记录能量档位/焊枪压力作为工艺参数。 |
地线与接触 | 地线夹接触不良会导致焊点能量不稳定、虚焊。 | 按 TML 建议先打磨露出金属素地再夹地线；焊枪保持垂直、压力一致。 |
走线应力 | Sleeve A 或受感部受力、MI 电缆直线拉紧/扭转会损伤受感元件或导致读数跳变。 | 固定 Sleeve A 后，再固定电缆；电缆走线保持轻微弯曲并分段固定；避免直线拉紧；避免在受感部附近形成折点/急弯。 |
绝缘与检查 | 绝缘不足会引入噪声、漂移甚至测量失败；过高测试电压会直接损坏应变片。 | 焊后立刻测阻值与绝缘；绝缘目标 ≥500 MΩ；绝缘检测电压 ≤50 V；不使用 ≥50 V 的兆欧表。 |
机械搬动/拉扯 | TML 提醒：对引线施加过大外力会损伤应变片。 | 夹具/绑扎带给线缆留松弛；移动试件时先解除线缆固定，避免“拽线拖件”。 |
弯曲试验（薄板） | 焊接式应变片受感部距离试件表面更远，拉伸与弯曲工况下的灵敏度可能不同。 | 在薄板弯曲试验中，按 TML 给出的弯曲灵敏度补偿关系进行修正（见第 5 节）。 |
5. 常见失效现象、原因与排查
下面的表格适合直接发给现场同事：先看“现象”，再按优先级排查。
失效现象/症状 | 可能原因（按概率排序） | 快速排查 | 预防措施 |
焊接后应变片松脱/可轻易撬起 | 试焊条件不匹配（能量不足或地线夹接触差）；焊点数量不足或间距过大；应变片未贴合试件。 | 复核地线夹是否露出金属并夹紧；观察焊点是否连续、是否有明显焊痕；轻拉 MI 线看是否带动 Sleeve A。 | 每种材料先做试焊；按 0.8 mm 间距与建议点数完成两侧焊接；焊前压紧确保贴合。 |
金属套管/金属带出现裂纹、孔洞，或受感部疑似烧伤 | 焊接能量过大或焊枪压力不当；连续焊接过密导致局部过热。 | 检查试焊金属带是否也出现裂纹/孔洞；降低能量再试焊；检查焊枪端头是否磨损。 | 用试焊剥离测试找到***小可用能量；焊枪垂直、压力一致；必要时间隔焊接让热量扩散。 |
读数随机跳变/噪声明显，尤其在移动线缆时更严重 | MI 电缆直线走线导致引线扭转或折曲；Sleeve A 或受感部受力；绝缘不足。 | 轻触线缆观察读数是否同步变化；检查是否存在急弯/折点；测绝缘电阻是否 ≥500 MΩ。 | 线缆走线留弯并分段固定；禁止直线拉紧；焊后立即做绝缘检查并整改。 |
低频漂移大，温度变化时基线飘；动态信号被直流/低频淹没 | 热输出与温漂引入直流/低频分量；动态测量未使用高通滤波。 | 确认使用型号是否为动态专用 AWMD；检查是否接入高通滤波器。 | 动态测量优先选 AWMD 并使用标配高通滤波器；对低频关注时评估温漂与热输出。 |
绝缘电阻很低，测量几乎不可用 | 表面污染（油污、潮气、氧化皮）、焊接后残留；使用高压兆欧表导致元件损伤；线缆外皮破损或接线端受潮。 | 用 ≤50 V 方式复测绝缘；检查线缆外皮与端子；必要时清洁干燥后复测。 | 焊前后保持清洁干燥；绝缘测试电压 ≤50 V；端子盒防潮密封。 |
弯曲试验结果偏小/与胶粘片差异大（薄板尤明显） | 焊接式受感部离表面更远导致弯曲灵敏度不同。 | 确认试件厚度 t 与受感部高度 h；按第 5 节补偿关系估算差异。 | 薄板弯曲测试按 TML 公式做灵敏度补偿或选用更合适方案。 |
6. 弯曲灵敏度补偿
与胶粘式应变片不同，高温焊接式应变片的受感部距离试件表面更远，因此在弯曲工况下的灵敏度可能与拉伸不同，尤其是薄板弯曲试验需要补偿。
补偿关系：
Kb = K × ( h + (t / 2) ) / (t / 2)
· h：应变片受感部到试件表面的高度（由焊接式结构决定）
· t：试件厚度
· K：应变片标称灵敏系数（Gauge Factor）
· Kb：弯曲工况等效灵敏系数
工程提示：该补偿用于“弯曲应变沿厚度呈线性梯度”的典型情况；若同时存在温度梯度、塑性或复杂应力，应结合试验方法进一步评估。
7. 一页纸现场检查表
· 试件端部已打磨露出金属素地，地线夹夹紧且接触可靠
· 试焊剥离测试已完成：能量档位已记录；金属带无裂纹/孔洞且能牢固焊住
· Sleeve A 已用金属带固定；线缆不会对 Sleeve A 施加拉力
· MI 电缆走线为轻微弯曲并分段固定；无直线拉紧、无急弯折点
· 已按顺序完成两侧焊接：焊点间距约 0.8 mm；焊点数量满足型号要求
· 焊后已测阻值并与包装标注一致（用于排除断线/损伤）
· 绝缘电阻 ≥500 MΩ；绝缘测试电压 ≤50 V（未使用 ≥50 V 兆欧表）
· 对引线无拉扯外力；搬运试件前已解除线缆固定或留足松弛
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注：以上内容参考操作手册，不同型号略有差异，以交付型号的操作手册为准
