專利名稱：小沖桿試驗(yàn)新型撓度位移測量機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種小沖桿試驗(yàn)中的新型撓度位移測量機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電力、核電及石油化工行業(yè)中存在著大量服役的壓力容器和管道，如何評價(jià)和預(yù)測這些設(shè)備的當(dāng)前性能和剩余壽命一直是研究的熱點(diǎn)課題。傳統(tǒng)的無損檢測方法和取樣試驗(yàn)方法一直是這方面主要試驗(yàn)研究方法，可是因?yàn)閮烧叨加懈髯缘木窒扌浴罢吆唵?、無損，但測得的信息不完整，精確度不夠；后者準(zhǔn)確可靠但有破壞性，且有時(shí)無法取樣。一方面要盡可能采用無損或半無損檢驗(yàn)的方法，另一方面又必須最大限度地得到材料的性能。另外在某些材料性能研究中，有時(shí)因?yàn)榭扇≡嚇拥捏w積太小，因而無法滿足常規(guī)材料性能試驗(yàn)對試樣尺寸的要求。比如在中子輻射后的材料損傷研究中，因?yàn)楹朔磻?yīng)堆僅能提供有限的空間，同時(shí)粒子加速器產(chǎn)生的損傷區(qū)域也很窄，這樣試樣的尺寸受到了嚴(yán)格的限制。除此之外，如在焊接接頭熱影響區(qū)性能變化規(guī)律研究中，因?yàn)樵搮^(qū)域范圍很小，用常規(guī)方法來獲得材料力學(xué)性能顯然不可能，因此必須找到新的微型試樣試驗(yàn)法(Small Specimen Test簡稱SST)以適應(yīng)微型試樣進(jìn)行性能試驗(yàn)，小沖桿試驗(yàn)技術(shù)(Small Punch(SP)Test Technique)正是在這一背景下孕育而生，于八十年代初期逐漸發(fā)展起來的一種新的既有效又經(jīng)濟(jì)的安全檢測方法，一種既具有“無損取樣”性又具有準(zhǔn)確可靠性的新型試驗(yàn)方法。
小沖桿試驗(yàn)法原理小沖桿試驗(yàn)(Small Punch Test，簡稱SPT)是一種利用沖桿以一定速度沖壓試樣薄片，記錄試片從變形到失效整個(gè)過程中的載荷～位移(變形撓度)數(shù)據(jù)，并借此分析得出材料各種性能參數(shù)的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)用試樣可為圓形或方形，其尺寸很小，一般其直徑或方形邊長為3～10mm不等，厚度在0.1～0.5mm范圍之內(nèi)。試驗(yàn)得到的典型載荷～位移曲線(簡稱P～δ曲線)如圖4所示從中我們可以確定一些用來表征材料變形和斷裂性能的參數(shù)，如屈服載荷Py，最大載荷Pmax，失效撓度δf和斷裂能Ef等，然后利用理論和試驗(yàn)分析的方法，可以將此圖中得到的這些表征參數(shù)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性等一系列材料性能數(shù)據(jù)。
目前國外的小沖桿試驗(yàn)中采用的是撓度位移直接測量方法，其撓度位移直接測量機(jī)構(gòu)如附圖1所示，存在以下缺陷。
撓度位移直接測量機(jī)構(gòu)及其缺陷由于夾頭和試樣尺寸的限制，給位移傳感器的安裝、測量都造成相當(dāng)?shù)睦щy。參考一些國外文獻(xiàn)資料中的小沖桿試驗(yàn)設(shè)備外形圖，都采用如附圖1所示的位移傳感器頂針頭直接和試樣下部接觸測量，表面上看，這樣可以準(zhǔn)確測量變形位移，其實(shí)不然；通過仔細(xì)分析，這種方法弊端很多，其原因如下1.一般位移傳感器的頂針觸頭直徑約為φ5mm左右，和下夾頭孔徑一般大小，從這點(diǎn)上來說，頂針觸頭直接接觸試樣本身就很困難，另外即使頂針觸頭的直徑可以減小，由于這種直線式的位移傳感器總長度一般也都在70mm以上，如果傳感器位于下部，那么下夾頭勢必也要很高，因此結(jié)構(gòu)上也顯得很不合理。
2.試驗(yàn)結(jié)束后，試樣破裂，小鋼珠滾落后，小鋼珠和試樣破裂殘片不易清除；使用一段時(shí)間后就必須卸下下夾頭，清除試樣碎片和鋼珠，給使用帶來很大不便。
3.最關(guān)鍵的是，傳感器的絕對零點(diǎn)很難找準(zhǔn)；首先這種直線針式傳感器，特別是回彈式的，由于內(nèi)部彈簧原因，頂針觸頭都有一小段是空行程位移，換句話說，即使有少許位移有可能讀數(shù)卻仍然為零，因此試驗(yàn)前首先必須先校準(zhǔn)好傳感器的絕對零位，安裝時(shí)也必須保證該絕對零位正好貼著試樣下表面。其次即使安裝時(shí)找準(zhǔn)了該絕對零位，但是在試樣裝夾過程中也會不可避免地對傳感器固定產(chǎn)生有微小位移，從而導(dǎo)致讀數(shù)不精準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述撓度位移測量機(jī)構(gòu)的缺欠，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種新型的撓度位移測量機(jī)構(gòu)，以便采用間接測量方法，克服原有的直接接觸式位移測量存在的缺陷，大大方便試驗(yàn)操作。
撓度位移間接測量機(jī)構(gòu)及其優(yōu)越性鑒于直接接觸式測量的諸多弊端，經(jīng)過綜合考慮這里使用撓度位移間接測量機(jī)構(gòu)，這種間接測量最關(guān)鍵的問題是如何確定的變形位移起始點(diǎn)。這里采用的是軟件自動確定起始點(diǎn)法。當(dāng)載荷傳感器有信號受載時(shí)，立即記下當(dāng)時(shí)位移傳感器的位移值，以此時(shí)的位移值為相對零點(diǎn)開始測量。
技術(shù)方案本次發(fā)明新型的具體測量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)如附圖2所示。載荷傳感器7通過上部的螺紋孔和液壓缸推桿連接，擋板8和沖砧9也通過載荷傳感器7下部螺紋孔和載荷傳感器7緊固在一起。下夾頭6通過四個(gè)螺釘和試驗(yàn)機(jī)底座固定，位移傳感器4也通過小螺釘固定在下夾頭6的側(cè)面。試驗(yàn)操作時(shí)，試樣放入兩夾頭之間后，上下夾頭用內(nèi)六角螺釘緊固。位移傳感器4頂端的高度(到底座)為H；裝好小圓片試樣及小鋼珠后，小沖桿頂端的高度(到底座)為H1，為了保證擋板先碰到傳感器，然后沖砧才碰到小沖桿，小沖桿高度尺寸設(shè)計(jì)和傳感器裝配時(shí)需注意H＞H1。
如附圖2所示，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，液壓缸推桿帶動載荷傳感器7、擋板8、沖砧9一起向下運(yùn)行，在載荷傳感器7下方的沖砧9碰到小沖桿1前，擋板8已經(jīng)先接觸到位移傳感器4的測量端部，隨著加載機(jī)構(gòu)繼續(xù)往下運(yùn)動，位移傳感器4已經(jīng)感應(yīng)到一定的位移值，當(dāng)載荷傳感器7一旦感應(yīng)到有載荷時(shí)(空載時(shí)載荷傳感器輸出為零)，說明下面的沖砧真正接觸到小沖桿1了，開始加載了。所以可以在軟件中設(shè)定此時(shí)的位移傳感器的位移值為初始位移，以后真正的變形位移實(shí)際上是位移傳感器測量值減去該初始位移值。這一間接測量的原理是位移測量的關(guān)鍵。
有益效果本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于1.下夾頭尺寸可以大大減小，減小了機(jī)器的尺寸。
2.試驗(yàn)后，無須擔(dān)心小鋼珠滾落，和試樣殘片無法清除問題。由于沒有位移傳感器的阻擋，小鋼珠和試樣殘片可以順利的通過下夾頭的中心孔落下，方便試驗(yàn)人員從夾頭底部取出。
3.根本無須擔(dān)心位移傳感器的絕對零點(diǎn)標(biāo)定問題，即使位移傳感器安裝位置有一定偏差也沒有問題，因?yàn)闇y量的零點(diǎn)是相對零點(diǎn)，由計(jì)算機(jī)程序自動確定。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1是撓度位移直接測量機(jī)構(gòu)；圖2是撓度位移間接測量機(jī)構(gòu)；圖3是試樣裝夾步驟順序圖；圖4是典型載荷～位移曲線圖；圖5-1是1.25Cr0.5Mo材料P～δ曲線圖；圖5-2是1Cr5Mo材料P～δ曲線圖；圖5-3是16MnR材料P～δ曲線圖。
其中在圖1、圖2中，1為小沖桿、2為小鋼珠、3為圓片試樣、4為位移傳感器、5為上夾頭、6為下夾頭、7為載荷傳感器、8為擋板、9為沖砧、10為下夾頭通孔。
具體實(shí)施方式
(1)如圖3.a，將準(zhǔn)備好的圓片試樣放入上夾頭凹孔內(nèi)，(在潤滑油表面張力作用下，當(dāng)上夾頭翻轉(zhuǎn)時(shí)，一般小圓片不會下落)，同時(shí)將小鋼珠(φ2.5mm)放入；(2)如圖3.b，翻轉(zhuǎn)上夾頭后輕輕地將其套到下夾頭上，使上下夾頭配合；最后旋緊四個(gè)緊固螺釘，旋緊緊固螺釘時(shí)，注意采用對角擰緊方式，防止由于夾頭夾持力不平衡而導(dǎo)致不能牢固夾持和位置偏心。
(3)如圖3.c，最后放入小沖桿，放入時(shí)，注意旋轉(zhuǎn)小沖桿，防止有卡阻。
(4)如圖3.d將沖砧和擋板旋轉(zhuǎn)固定到壓力傳感器上。
(5)液壓缸推桿帶動載荷傳感器7、擋板8、沖砧9一起向下運(yùn)行，在載荷傳感器7下方的沖砧9碰到小沖桿1前，擋板8已經(jīng)先接觸到位移傳感器4的測量端部，隨著加載機(jī)構(gòu)繼續(xù)往下運(yùn)動，位移傳感器4已經(jīng)感應(yīng)到一定的位移值，當(dāng)載荷傳感器7一旦感應(yīng)到有載荷時(shí)(空載時(shí)載荷傳感器輸出為零)，說明下面的沖砧真正接觸到小沖桿1了，開始加載了。所以可以在軟件中設(shè)定此時(shí)的位移傳感器的位移值為初始位移，以后真正的變形位移實(shí)際上是位移傳感器測量值減去該初始位移值。開啟試驗(yàn)機(jī)和數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行試驗(yàn)。
(6)測量生成的P～δ曲線穩(wěn)定性、重合性好利用該測量機(jī)構(gòu)對多種材料(1.25Cr0.5Mo，1Cr5Mo，16MnR)試樣進(jìn)行試驗(yàn)得出P～δ曲線，如圖5所示，其中每種材料做了三個(gè)試樣的試驗(yàn)，從每種材料三個(gè)試樣分別得出的P～δ曲線比較中可以看出該測量機(jī)構(gòu)在試驗(yàn)中的使用效果很好，同種材料試樣的試驗(yàn)結(jié)果非常吻合，達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康囊蟆?br> 權(quán)利要求1.一種新型小沖桿試驗(yàn)撓度位移測量機(jī)構(gòu)，包括上夾頭(5)、下夾頭(6)、小沖桿(1)，位移傳感器(4)，下夾頭(6)通過螺釘和試驗(yàn)機(jī)底座固定，園片試樣(3)放入下夾頭(6)的凹孔，同時(shí)放入小鋼珠(2)，其后上夾頭(5)通過內(nèi)螺釘與下夾頭(6)緊固，小沖桿(1)旋緊裝入上夾頭(5)中，其特征在于，位移傳感器(4)通過小螺釘固定在下夾頭(6)的側(cè)面，載荷傳感器(7)通過上部的螺紋孔和液壓缸推桿連接，擋板(8)和沖砧(9)也通過載荷傳感器(7)下部螺紋孔和載荷傳感器(7)緊固在一起，位移傳感器頂端到底座的高度為H，裝好小圓片試樣及小鋼珠后，小沖桿頂端到底座的高度H1，H＞H。
2.如權(quán)利要求1所述的新型小沖桿試驗(yàn)撓度位移測量機(jī)構(gòu)，其特征在于，擋板(8)先碰到位移傳感器(4)，然后沖砧(9)才碰到小沖桿(1)。
3.如權(quán)利要求1所述的新型小沖桿試驗(yàn)撓度位移測量機(jī)構(gòu)，其特征在于，載荷傳感器(7)感應(yīng)到有載荷時(shí)，設(shè)定此時(shí)的位移傳感器(4)的位移值為初始位移。
4.如權(quán)利要求1所述的新型小沖桿試驗(yàn)撓度位移測量機(jī)構(gòu)，其特征在于，下夾頭(6)有一個(gè)下夾頭通孔(10)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種新型小沖桿試驗(yàn)(SPT)撓度位移測量機(jī)構(gòu)，包括上夾頭(5)、下夾頭(6)、小沖桿(1)，位移傳感器(4)，下夾頭(6)通過螺釘和試驗(yàn)機(jī)底座固定，圓片試樣(3)放入下夾頭(6)的凹孔，同時(shí)放入小鋼珠(2)，其后上夾頭(5)通過內(nèi)螺釘與下夾頭(6)緊固，小沖桿(1)旋緊裝入上夾頭(5)中，其特征在于，位移傳感器(4)通過小螺釘固定在下夾頭(6)的側(cè)面，載荷傳感器(7)通過上部的螺紋孔和液壓缸推桿連接，擋板(8)和沖砧(9)也通過載荷傳感器(7)下部螺紋孔和載荷傳感器(7)緊固在一起，位移傳感器頂端的高度(到底座)為H，裝好小圓片試樣及小鋼珠后，小沖桿頂端的高度(到底座)H1，H＞H。本實(shí)用新型解決了位移傳感器的零點(diǎn)標(biāo)定問題，并可以減小下夾頭的尺寸，且便于清理試樣殘片。
文檔編號G01L1/00GK2697630SQ20032010827
公開日2005年5月4日 申請日期2003年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月24日
發(fā)明者王志文, 韓浩 申請人:華東理工大學(xué)