斷口綜合測量系統(tǒng)在力學(xué)性能試驗中的應(yīng)用

西安北方華山機電有限公司計量理化中心

            張利民    陳變瑩

摘  要：用斷口綜合測量系統(tǒng)對各種力學(xué)性能試驗中的試樣尺寸、形狀、形貌進行測量，以解決力學(xué)性能試驗中一些尺寸、形狀、形貌用常規(guī)量具無法測量或測量繁瑣的問題。

關(guān)鍵詞：斷口綜合測量系統(tǒng)

1. 前言

　　在力學(xué)性能試驗中對試樣試驗前后的尺寸、形狀進行準(zhǔn)確的測量是試驗的關(guān)鍵一步，而一些尺寸及形貌用常用的卡尺、千分尺、讀數(shù)顯微鏡無法準(zhǔn)確快速的測量，如：斷裂韌性試驗中緊湊拉伸試樣的寬度W；斷裂韌性試驗中試樣斷后的裂紋長度；沖擊試樣、缺口拉伸、缺口疲勞試樣的缺口尺寸等。如果使用影像測量儀這些問題就可方便快速的解決，本文重點介紹斷口綜合測量系統(tǒng)在力學(xué)性能試驗中的一些應(yīng)用。

2.斷口綜合測量系統(tǒng)簡介

斷口綜合測量系統(tǒng)如圖1所示，是利用現(xiàn)代光學(xué)及計算機技術(shù)開發(fā)的經(jīng)濟型準(zhǔn)三維光學(xué)斷口綜合測量系統(tǒng)。其主要由X、Y軸裝有精密光柵尺的底座、高清晰度的CCD光學(xué)系統(tǒng)、計算機及測量軟件組成?？稍?4－200的任意放大倍數(shù)下觀察所測件表面狀況，并實現(xiàn)點、線、圓、角度、面積等測量功能，測量精度可達0.001mm,X、Y軸的測量范圍可達                   圖1  斷口綜合測量系統(tǒng)

100－450mm,被測件的高度可達180mm，測量數(shù)據(jù)可方便的輸入到EXCEL、WORD、TXT中，測量圖形可輸出到DXF文檔。斷口綜合測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)一般用精密玻璃光柵尺由用戶自校，精密玻璃光柵尺可送計量單位進行檢定或校準(zhǔn)。    

3.斷口綜合測量系統(tǒng)在力學(xué)性能試驗中的應(yīng)用

　　斷口綜合測量系統(tǒng)方便的顯示放大及測量功能，可廣范地應(yīng)用于各種力學(xué)性能試驗的試前試樣、斷后試樣及斷口的測量與分析。下面就其在力學(xué)性能試驗中的一些具體應(yīng)用作一介紹。

3.1試樣尺寸的測量

　　在力學(xué)性能試驗中試樣原始尺寸測量的準(zhǔn)確性直接影響試驗結(jié)果，而一些試樣的原始尺寸用卡尺、千分尺、讀數(shù)顯微鏡無法直接測量，如斷裂韌性試驗中緊湊拉伸試樣的寬度W；缺口拉伸、缺口疲勞試樣的缺口半徑及缺口底部圓弧半徑；沖擊試樣的缺口形狀及深度檢查等。而用斷口綜合測量系統(tǒng)這些問題可方便解決。圖2所示就是用斷口綜合測量系統(tǒng)的自動測量及繪圖功能測量的緊湊拉伸試樣的尺寸，日常試驗中也可用其手動功能快速測量緊湊拉伸試樣寬度W及線切割缺口長度。對于各種缺口，用斷口綜合測量系統(tǒng)既可準(zhǔn)確測量其深度，還可方便的測出缺口底部圓弧半徑及缺口角度。圖3所示是一沖擊缺口的測量結(jié)果。

    圖2  緊湊拉伸試樣                            圖3  沖擊缺口

3.2布氏硬度壓痕直徑的測量

隨著新版布氏硬度試驗標(biāo)準(zhǔn)的廣范使用，φ2.5mm小硬質(zhì)合金鋼球進行布氏硬度的試驗日益增多，其試驗后壓痕直徑用傳統(tǒng)的讀數(shù)顯微鏡測量因放大倍數(shù)小、測量精度低造成試驗結(jié)果誤差較大，且測量效率低。使用斷口綜合測量系統(tǒng)無論用手動還是自動都可在100－200的放大倍數(shù)下準(zhǔn)確、快速的測量壓痕直徑，并可測出壓痕直徑的圓度。如果用φ2.5mm直徑小硬質(zhì)合金鋼球測焊縫布氏硬度分布用斷口綜合測量系統(tǒng)測壓痕直徑，其*性更加明顯。

3.3試樣斷口測量分析

3.3.1沖擊試驗斷口形貌測量分析

　　在沖擊試驗特別是金屬材料冷脆轉(zhuǎn)變溫度試驗中，經(jīng)常需要對沖擊試樣斷口進行斷口形 貌測量分析，主要是觀察并測量斷口的側(cè)膨賬值、剪切面積、解理面積。使用斷口綜合測量系統(tǒng)在一定的放大倍數(shù)下可直接測出側(cè)膨賬值。對于剪切、解理面積既可使用網(wǎng)格功能進行近似測量，如圖4所示；也可將解理面積在顯示屏上用點劃線劃出，然后用斷口綜合測量系統(tǒng)面積自動測量功能進行測量。如圖5所示。

           圖4                                        圖5

3.3.2斷裂韌性試驗中裂紋長度測量

在斷裂韌性試驗中需對每個試樣斷口進行裂紋長度測試，特別是J積分和CTOD試驗，不但要測原始裂紋長度而且要測穩(wěn)定擴展裂紋長度，并且每個斷口上需等分測9點，以往用讀數(shù)顯微鏡測量非 常繁瑣，如果試樣較大，一般讀數(shù)顯微鏡的測量范圍不夠無法直接測量。使用斷口綜合測量系統(tǒng)這一問題變的非常簡單，如圖6所示，將斷口在顯示屏上顯示清楚，                     圖6

再套上相應(yīng)的網(wǎng)格線，移動光標(biāo)線，就可直接測出各點的原始裂紋長度和穩(wěn)定擴展裂紋長度。

3.4對拉伸試樣進行標(biāo)距刻劃及測量

    通常拉伸試驗的試樣標(biāo)距是用標(biāo)距儀進行刻劃或打點，斷后用卡尺測量。對于延伸率大于5％的試樣其精度*可以滿足國標(biāo)要求，但對延伸率小于5％的脆性試樣，標(biāo)距儀的原始誤差和斷后卡尺測量的誤差就可造成延伸率結(jié)果嚴(yán)重偏差，所以國標(biāo)對小于5％的延伸率測試有特殊規(guī)定，即原始標(biāo)距必需準(zhǔn)確，斷后伸長需將斷口對接加一定的力固定后在讀數(shù)顯微鏡下測量。這一規(guī)定在一般條件下是無法實現(xiàn)的，因用一般方法是無法劃出精度大于0.01mm的原始標(biāo)距。將斷口綜合測量系統(tǒng)稍加改進，在鏡頭旁的殼體上裝一刻劃器，將試樣固定在試樣臺上，移動X軸就可劃出任意間隔的標(biāo)距，其精度可達0.001 mm。當(dāng)試樣拉斷后，再將斷口對接加一定的力固定后放在斷口綜合測量系統(tǒng)上測其斷后伸長量，這樣就可按國標(biāo)的要求準(zhǔn)確測出小于5％的脆性材料的延伸率。

4.結(jié)論

    由于斷口綜合測量系統(tǒng)*的顯示測量功能，且操作方便，*可以作為大型測量設(shè)備的經(jīng)濟代用品，在力學(xué)性能試驗中得到廣范應(yīng)用。

張利民，男，1962年4月出生，工程師，

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