专利名称：小冲杆试验新型挠度位移测量机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量机构，尤其涉及一种小冲杆试验中的新型挠度位移测量机构。
背景技术：
电力、核电及石油化工行业中存在着大量服役的压力容器和管道，如何评价和预测这些设备的当前性能和剩余寿命一直是研究的热点课题。传统的无损检测方法和取样试验方法一直是这方面主要试验研究方法，可是因为两者都有各自的局限性——前者简单、无损，但测得的信息不完整，精确度不够；后者准确可靠但有破坏性，且有时无法取样。一方面要尽可能采用无损或半无损检验的方法，另一方面又必须最大限度地得到材料的性能。另外在某些材料性能研究中，有时因为可取试样的体积太小，因而无法满足常规材料性能试验对试样尺寸的要求。比如在中子辐射后的材料损伤研究中，因为核反应堆仅能提供有限的空间，同时粒子加速器产生的损伤区域也很窄，这样试样的尺寸受到了严格的限制。除此之外，如在焊接接头热影响区性能变化规律研究中，因为该区域范围很小，用常规方法来获得材料力学性能显然不可能，因此必须找到新的微型试样试验法(Small Specimen Test简称SST)以适应微型试样进行性能试验，小冲杆试验技术(Small Punch(SP)Test Technique)正是在这一背景下孕育而生，于八十年代初期逐渐发展起来的一种新的既有效又经济的安全检测方法，一种既具有“无损取样”性又具有准确可靠性的新型试验方法。
小冲杆试验法原理小冲杆试验(Small Punch Test，简称SPT)是一种利用冲杆以一定速度冲压试样薄片，记录试片从变形到失效整个过程中的载荷～位移(变形挠度)数据，并借此分析得出材料各种性能参数的试验方法。试验用试样可为圆形或方形，其尺寸很小，一般其直径或方形边长为3～10mm不等，厚度在0.1～0.5mm范围之内。试验得到的典型载荷～位移曲线(简称P～δ曲线)如图4所示从中我们可以确定一些用来表征材料变形和断裂性能的参数，如屈服载荷Py，最大载荷Pmax，失效挠度δf和断裂能Ef等，然后利用理论和试验分析的方法，可以将此图中得到的这些表征参数转化为强度、塑性、断裂韧性等一系列材料性能数据。
目前国外的小冲杆试验中采用的是挠度位移直接测量方法，其挠度位移直接测量机构如附图1所示，存在以下缺陷。
挠度位移直接测量机构及其缺陷由于夹头和试样尺寸的限制，给位移传感器的安装、测量都造成相当的困难。参考一些国外文献资料中的小冲杆试验设备外形图，都采用如附图1所示的位移传感器顶针头直接和试样下部接触测量，表面上看，这样可以准确测量变形位移，其实不然；通过仔细分析，这种方法弊端很多，其原因如下1.一般位移传感器的顶针触头直径约为φ5mm左右，和下夹头孔径一般大小，从这点上来说，顶针触头直接接触试样本身就很困难，另外即使顶针触头的直径可以减小，由于这种直线式的位移传感器总长度一般也都在70mm以上，如果传感器位于下部，那么下夹头势必也要很高，因此结构上也显得很不合理。
2.试验结束后，试样破裂，小钢珠滚落后，小钢珠和试样破裂残片不易清除；使用一段时间后就必须卸下下夹头，清除试样碎片和钢珠，给使用带来很大不便。
3.最关键的是，传感器的绝对零点很难找准；首先这种直线针式传感器，特别是回弹式的，由于内部弹簧原因，顶针触头都有一小段是空行程位移，换句话说，即使有少许位移有可能读数却仍然为零，因此试验前首先必须先校准好传感器的绝对零位，安装时也必须保证该绝对零位正好贴着试样下表面。其次即使安装时找准了该绝对零位，但是在试样装夹过程中也会不可避免地对传感器固定产生有微小位移，从而导致读数不精准。

发明内容
针对上述挠度位移测量机构的缺欠，本实用新型设计了一种新型的挠度位移测量机构，以便采用间接测量方法，克服原有的直接接触式位移测量存在的缺陷，大大方便试验操作。
挠度位移间接测量机构及其优越性鉴于直接接触式测量的诸多弊端，经过综合考虑这里使用挠度位移间接测量机构，这种间接测量最关键的问题是如何确定的变形位移起始点。这里采用的是软件自动确定起始点法。当载荷传感器有信号受载时，立即记下当时位移传感器的位移值，以此时的位移值为相对零点开始测量。
技术方案本次发明新型的具体测量机构实现如附图2所示。载荷传感器7通过上部的螺纹孔和液压缸推杆连接，挡板8和冲砧9也通过载荷传感器7下部螺纹孔和载荷传感器7紧固在一起。下夹头6通过四个螺钉和试验机底座固定，位移传感器4也通过小螺钉固定在下夹头6的侧面。试验操作时，试样放入两夹头之间后，上下夹头用内六角螺钉紧固。位移传感器4顶端的高度(到底座)为H；装好小圆片试样及小钢珠后，小冲杆顶端的高度(到底座)为H1，为了保证挡板先碰到传感器，然后冲砧才碰到小冲杆，小冲杆高度尺寸设计和传感器装配时需注意H＞H1。
如附图2所示，试验进行时，液压缸推杆带动载荷传感器7、挡板8、冲砧9一起向下运行，在载荷传感器7下方的冲砧9碰到小冲杆1前，挡板8已经先接触到位移传感器4的测量端部，随着加载机构继续往下运动，位移传感器4已经感应到一定的位移值，当载荷传感器7一旦感应到有载荷时(空载时载荷传感器输出为零)，说明下面的冲砧真正接触到小冲杆1了，开始加载了。所以可以在软件中设定此时的位移传感器的位移值为初始位移，以后真正的变形位移实际上是位移传感器测量值减去该初始位移值。这一间接测量的原理是位移测量的关键。
有益效果本实用新型的优越性在于1.下夹头尺寸可以大大减小，减小了机器的尺寸。
2.试验后，无须担心小钢珠滚落，和试样残片无法清除问题。由于没有位移传感器的阻挡，小钢珠和试样残片可以顺利的通过下夹头的中心孔落下，方便试验人员从夹头底部取出。
3.根本无须担心位移传感器的绝对零点标定问题，即使位移传感器安装位置有一定偏差也没有问题，因为测量的零点是相对零点，由计算机程序自动确定。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。


图1是挠度位移直接测量机构；图2是挠度位移间接测量机构；图3是试样装夹步骤顺序图；图4是典型载荷～位移曲线图；图5-1是1.25Cr0.5Mo材料P～δ曲线图；图5-2是1Cr5Mo材料P～δ曲线图；图5-3是16MnR材料P～δ曲线图。
其中在图1、图2中，1为小冲杆、2为小钢珠、3为圆片试样、4为位移传感器、5为上夹头、6为下夹头、7为载荷传感器、8为挡板、9为冲砧、10为下夹头通孔。
具体实施方式
(1)如图3.a，将准备好的圆片试样放入上夹头凹孔内，(在润滑油表面张力作用下，当上夹头翻转时，一般小圆片不会下落)，同时将小钢珠(φ2.5mm)放入；(2)如图3.b，翻转上夹头后轻轻地将其套到下夹头上，使上下夹头配合；最后旋紧四个紧固螺钉，旋紧紧固螺钉时，注意采用对角拧紧方式，防止由于夹头夹持力不平衡而导致不能牢固夹持和位置偏心。
(3)如图3.c，最后放入小冲杆，放入时，注意旋转小冲杆，防止有卡阻。
(4)如图3.d将冲砧和挡板旋转固定到压力传感器上。
(5)液压缸推杆带动载荷传感器7、挡板8、冲砧9一起向下运行，在载荷传感器7下方的冲砧9碰到小冲杆1前，挡板8已经先接触到位移传感器4的测量端部，随着加载机构继续往下运动，位移传感器4已经感应到一定的位移值，当载荷传感器7一旦感应到有载荷时(空载时载荷传感器输出为零)，说明下面的冲砧真正接触到小冲杆1了，开始加载了。所以可以在软件中设定此时的位移传感器的位移值为初始位移，以后真正的变形位移实际上是位移传感器测量值减去该初始位移值。开启试验机和数据采集程序进行试验。
(6)测量生成的P～δ曲线稳定性、重合性好利用该测量机构对多种材料(1.25Cr0.5Mo，1Cr5Mo，16MnR)试样进行试验得出P～δ曲线，如图5所示，其中每种材料做了三个试样的试验，从每种材料三个试样分别得出的P～δ曲线比较中可以看出该测量机构在试验中的使用效果很好，同种材料试样的试验结果非常吻合，达到了试验目的要求。
权利要求1.一种新型小冲杆试验挠度位移测量机构，包括上夹头(5)、下夹头(6)、小冲杆(1)，位移传感器(4)，下夹头(6)通过螺钉和试验机底座固定，园片试样(3)放入下夹头(6)的凹孔，同时放入小钢珠(2)，其后上夹头(5)通过内螺钉与下夹头(6)紧固，小冲杆(1)旋紧装入上夹头(5)中，其特征在于，位移传感器(4)通过小螺钉固定在下夹头(6)的侧面，载荷传感器(7)通过上部的螺纹孔和液压缸推杆连接，挡板(8)和冲砧(9)也通过载荷传感器(7)下部螺纹孔和载荷传感器(7)紧固在一起，位移传感器顶端到底座的高度为H，装好小圆片试样及小钢珠后，小冲杆顶端到底座的高度H1，H＞H。
2.如权利要求1所述的新型小冲杆试验挠度位移测量机构，其特征在于，挡板(8)先碰到位移传感器(4)，然后冲砧(9)才碰到小冲杆(1)。
3.如权利要求1所述的新型小冲杆试验挠度位移测量机构，其特征在于，载荷传感器(7)感应到有载荷时，设定此时的位移传感器(4)的位移值为初始位移。
4.如权利要求1所述的新型小冲杆试验挠度位移测量机构，其特征在于，下夹头(6)有一个下夹头通孔(10)。
专利摘要本实用新型公开了一种新型小冲杆试验(SPT)挠度位移测量机构，包括上夹头(5)、下夹头(6)、小冲杆(1)，位移传感器(4)，下夹头(6)通过螺钉和试验机底座固定，圆片试样(3)放入下夹头(6)的凹孔，同时放入小钢珠(2)，其后上夹头(5)通过内螺钉与下夹头(6)紧固，小冲杆(1)旋紧装入上夹头(5)中，其特征在于，位移传感器(4)通过小螺钉固定在下夹头(6)的侧面，载荷传感器(7)通过上部的螺纹孔和液压缸推杆连接，挡板(8)和冲砧(9)也通过载荷传感器(7)下部螺纹孔和载荷传感器(7)紧固在一起，位移传感器顶端的高度(到底座)为H，装好小圆片试样及小钢珠后，小冲杆顶端的高度(到底座)H1，H＞H。本实用新型解决了位移传感器的零点标定问题，并可以减小下夹头的尺寸，且便于清理试样残片。
文档编号G01L1/00GK2697630SQ20032010827
公开日2005年5月4日 申请日期2003年11月24日 优先权日2003年11月24日
发明者王志文, 韩浩 申请人:华东理工大学