断口综合测量系统在力学性能试验中的应用
西安北方华山机电有限公司计量理化中心
张利民 陈变莹
摘 要：用断口综合测量系统对各种力学性能试验中的试样尺寸、形状、形貌进行测量，以解决力学性能试验中一些尺寸、形状、形貌用常规量具无法测量或测量繁琐的问题。
关键词：断口综合测量系统
- 前言
在力学性能试验中对试样试验前后的尺寸、形状进行准确的测量是试验的关键一步，而一些尺寸及形貌用常用的卡尺、千分尺、读数显微镜无法准确快速的测量，如：断裂韧性试验中紧凑拉伸试样的宽度W；断裂韧性试验中试样断后的裂纹长度；冲击试样、缺口拉伸、缺口疲劳试样的缺口尺寸等。如果使用影像测量仪这些问题就可方便快速的解决，本文重点介绍断口综合测量系统在力学性能试验中的一些应用。
2.断口综合测量系统简介
断口综合测量系统如图1所示，是利用现代光学及计算机技术开发的经济型准三维光学断口综合测量系统。其主要由X、Y轴装有精密光栅尺的底座、高清晰度的CCD光学系统、计算机及测量软件组成。可在14－200的任意放大倍数下观察所测件表面状况，并实现点、线、圆、角度、面积等测量功能，测量精度可达0.001mm,X、Y轴的测量范围可达 图1 断口综合测量系统
100－450mm,被测件的高度可达180mm，测量数据可方便的输入到EXCEL、WORD、TXT中，测量图形可输出到DXF文档。断口综合测量系统的校准一般用精密玻璃光栅尺由用户自校，精密玻璃光栅尺可送计量单位进行检定或校准。
3.断口综合测量系统在力学性能试验中的应用
断口综合测量系统方便的显示放大及测量功能，可广范地应用于各种力学性能试验的试前试样、断后试样及断口的测量与分析。下面就其在力学性能试验中的一些具体应用作一介绍。
3.1试样尺寸的测量
在力学性能试验中试样原始尺寸测量的准确性直接影响试验结果，而一些试样的原始尺寸用卡尺、千分尺、读数显微镜无法直接测量，如断裂韧性试验中紧凑拉伸试样的宽度W；缺口拉伸、缺口疲劳试样的缺口半径及缺口底部圆弧半径；冲击试样的缺口形状及深度检查等。而用断口综合测量系统这些问题可方便解决。图2所示就是用断口综合测量系统的自动测量及绘图功能测量的紧凑拉伸试样的尺寸，日常试验中也可用其手动功能快速测量紧凑拉伸试样宽度W及线切割缺口长度。对于各种缺口，用断口综合测量系统既可准确测量其深度，还可方便的测出缺口底部圆弧半径及缺口角度。图3所示是一冲击缺口的测量结果。
图2 紧凑拉伸试样 图3 冲击缺口
3.2布氏硬度压痕直径的测量
随着新版布氏硬度试验标准的广范使用，φ2.5mm小硬质合金钢球进行布氏硬度的试验日益增多，其试验后压痕直径用传统的读数显微镜测量因放大倍数小、测量精度低造成试验结果误差较大，且测量效率低。使用断口综合测量系统无论用手动还是自动都可在100－200的放大倍数下准确、快速的测量压痕直径，并可测出压痕直径的圆度。如果用φ2.5mm直径小硬质合金钢球测焊缝布氏硬度分布用断口综合测量系统测压痕直径，其*性更加明显。
3.3试样断口测量分析
3.3.1冲击试验断口形貌测量分析
在冲击试验特别是金属材料冷脆转变温度试验中，经常需要对冲击试样断口进行断口形 
貌测量分析，主要是观察并测量断口的侧膨账值、剪切面积、解理面积。使用断口综合测量系统在一定的放大倍数下可直接测出侧膨账值。对于剪切、解理面积既可使用网格功能进行近似测量，如图4所示；也可将解理面积在显示屏上用点划线划出，然后用断口综合测量系统面积自动测量功能进行测量。如图5所示。
图4 图5
3.3.2断裂韧性试验中裂纹长度测量
在断裂韧性试验中需对每个试样断口进行裂纹长度测试，特别是J积分和CTOD试验，不但要测原始裂纹长度而且要测稳定扩展裂纹长度，并且每个断口上需等分测9点，以往用读数显微镜测量非 
常繁琐，如果试样较大，一般读数显微镜的测量范围不够无法直接测量。使用断口综合测量系统这一问题变的非常简单，如图6所示，将断口在显示屏上显示清楚， 图6
再套上相应的网格线，移动光标线，就可直接测出各点的原始裂纹长度和稳定扩展裂纹长度。
3.4对拉伸试样进行标距刻划及测量
通常拉伸试验的试样标距是用标距仪进行刻划或打点，断后用卡尺测量。对于延伸率大于5％的试样其精度*可以满足国标要求，但对延伸率小于5％的脆性试样，标距仪的原始误差和断后卡尺测量的误差就可造成延伸率结果严重偏差，所以国标对小于5％的延伸率测试有特殊规定，即原始标距必需准确，断后伸长需将断口对接加一定的力固定后在读数显微镜下测量。这一规定在一般条件下是无法实现的，因用一般方法是无法划出精度大于0.01mm的原始标距。将断口综合测量系统稍加改进，在镜头旁的壳体上装一刻划器，将试样固定在试样台上，移动X轴就可划出任意间隔的标距，其精度可达0.001 mm。当试样拉断后，再将断口对接加一定的力固定后放在断口综合测量系统上测其断后伸长量，这样就可按国标的要求准确测出小于5％的脆性材料的延伸率。
4.结论
由于断口综合测量系统*的显示测量功能，且操作方便，*可以作为大型测量设备的经济代用品，在力学性能试验中得到广范应用。
张利民，男，1962年4月出生，工程师，
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