儀器化夏比擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范

1本規(guī)范適用于儀器化金屬夏比擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)試驗(yàn)機(jī))的校準(zhǔn)。2引用文件本規(guī)范引用下列文件：JJG145—2007擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)JJG2077—1990擺錘式?jīng)_擊能計(jì)量器具檢定系統(tǒng)GB/T229—2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法GB/T3808—2002擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)(ISO148-2:1998,Metallicmateri-als—Charpypendulumimpacttest—Part2:Verificationoftestmachines,MOD)GB/T19748—2005鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)儀器化試驗(yàn)方法(ISO14556:2000,SteASTME2298—09StandardTestMethodsforInstrumentedImpactTesting凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3.1術(shù)語(yǔ)和定義3.1.1力的特征值力的特征值包括屈服力、最大力、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力和不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力(見(jiàn)圖1)。力-位移曲線(xiàn)從直線(xiàn)上升部分向曲線(xiàn)上升部分增加轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)的力。3.1.1.2最大力(Fm)maximumfo3.1.1.3不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力(Fm)initiationforceofunstablecrackpropagation力-位移曲線(xiàn)上力急劇下降開(kāi)始時(shí)的力。3.1.1.4不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力(F)arrestforceofunstablecrackpropagation3.1.2位移特征值位移特征值包括屈服位移、最大力時(shí)的位移、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始位移、不穩(wěn)定裂2紋擴(kuò)展終止位移和總位移(見(jiàn)圖1)。3.1.2.1屈服位移(S)generalyielddisplacement3.1.2.2最大力時(shí)的位移(Sm)displacementatmaximumforce3.1.2.3不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始位移(Sm)initiationdisplacementofunstablecrack3.1.2.4不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止位移(S.)arrestdisplacementofunstablecrackpropa-不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展停止時(shí)的位移。3.1.2.5總位移(S,)totaldisplacement13.1.3沖擊能量特征值沖擊能量特征值包括最大力時(shí)的能量、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量和總沖擊能量(見(jiàn)圖1)。3.1.3.1最大力時(shí)的能量(Wm)energyatmaximumforce3.1.3.2不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量(Wm)initiationenergyofunstablecrackpropagation3符號(hào)單位屈服力NF最大力NF不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力NF不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力NS位移m屈服位移m最大力時(shí)的位移mS不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始位移mS不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止位移mS總位移mt時(shí)間S試樣開(kāi)始產(chǎn)生變形的時(shí)間S信號(hào)上升時(shí)間S沖擊開(kāi)始時(shí)的沖擊速度最大力時(shí)的能量JW不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量J不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量J總沖擊能量JJ滿(mǎn)量程誤差%9力值示值相對(duì)誤差%N標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀指示值N測(cè)量范圍上限的力值N4力的測(cè)量誤差(%)力的測(cè)量誤差(%)本規(guī)范規(guī)定了在一次沖擊力作用下，沖擊鋼材夏比沖擊試樣，測(cè)定力-時(shí)間、力-位移曲線(xiàn)和總沖擊能量(力-位移曲線(xiàn)下的面積)的試驗(yàn)機(jī)。5計(jì)量特性5.1試驗(yàn)機(jī)基本性能試驗(yàn)機(jī)應(yīng)首先符合JJG145《擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)》相關(guān)條款的規(guī)定。5.2力的測(cè)量系統(tǒng)5.2.1試驗(yàn)機(jī)測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)能測(cè)定力-時(shí)間、力-位移曲線(xiàn)，以及計(jì)算沖擊試樣過(guò)程中力的特征值、位移特征值及沖擊能量特征值。5.2.2由力傳感器、放大器及記錄儀組成的測(cè)量系統(tǒng)，至少應(yīng)有100kHz頻率響應(yīng)。5.2.3采樣頻率應(yīng)為250kHz以上。5.2.4力值進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)，力傳感器裝在擺錘上形成一個(gè)整體檢測(cè)，力的測(cè)量誤差見(jiàn)力值范圍在10%～50%之間時(shí)，最大允許誤差一般為滿(mǎn)量程的±1%;力值范圍在50%～100%之間時(shí)，最大允許誤差一般為±2%。力值范圍(%)5.3試驗(yàn)機(jī)能量測(cè)定總沖擊能量W,與試驗(yàn)機(jī)指示的吸收能量KV進(jìn)行比較，最大允許差值為±5J。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件5通常校準(zhǔn)的溫度范圍應(yīng)為23℃±5℃,校準(zhǔn)時(shí)的溫度應(yīng)穩(wěn)定，溫度變化不應(yīng)超過(guò)6.2校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)用設(shè)備校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)設(shè)備見(jiàn)表2。表2校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)設(shè)備序號(hào)使用標(biāo)準(zhǔn)和其他設(shè)備的要求1試驗(yàn)機(jī)基本性能JJG145規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)器具2力的特征值，位移特征值，頻率響應(yīng)，脆性斷裂，脆性韌性斷裂，韌性斷裂夏比V型缺口鋼試樣3力值0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀(配用支撐塊或框架式)7.1試驗(yàn)機(jī)基本性能試驗(yàn)機(jī)基本性能按JJG145規(guī)定的方法進(jìn)行。7.2力的測(cè)量系統(tǒng)7.2.1試驗(yàn)曲線(xiàn)特征選用符合GB229要求的夏比V型缺口鋼試樣，應(yīng)選擇三種具有不同斷裂特征類(lèi)型的試樣，每種類(lèi)型至少選用3只試樣。(見(jiàn)附錄D)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)后的力-時(shí)間、力-位移曲線(xiàn)和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得試驗(yàn)機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的力特征值、位移特征值和沖擊能量特征值以及相關(guān)數(shù)據(jù)，應(yīng)符合5.2.1的規(guī)定。7.2.2測(cè)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)通過(guò)對(duì)沖擊試驗(yàn)曲線(xiàn)檢測(cè)，鋼試樣上力信號(hào)上升時(shí)間t,應(yīng)不大于3.5μs,此時(shí)，其頻率響應(yīng)滿(mǎn)足5.2.2的要求。對(duì)于沖擊力測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的校準(zhǔn)，可以通過(guò)力-時(shí)間或力-位移曲線(xiàn)上第一個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的載荷簡(jiǎn)化進(jìn)行。對(duì)于V型缺口試樣，當(dāng)試樣接觸點(diǎn)到?jīng)_擊刀刃上應(yīng)變片中心距離為11mm～15mm,在沖擊速度5m/s～5.5m/s時(shí)，通常第一個(gè)載荷峰值大于8kN,則認(rèn)為測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)符合儀器化沖擊試驗(yàn)要求(應(yīng)選擇沖擊能量較大，且具有脆性斷裂、脆性韌性斷裂特征的試樣進(jìn)行)。7.2.3信號(hào)采樣頻率選擇未經(jīng)數(shù)據(jù)處理的原始曲線(xiàn)(力-時(shí)間曲線(xiàn)),或者調(diào)出文件格式中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)采樣信號(hào)的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)無(wú)重復(fù)點(diǎn)且間隔在4μs或更小，采樣頻率應(yīng)滿(mǎn)足5.2.3的要求。動(dòng)態(tài)信號(hào)的記錄用數(shù)字存儲(chǔ)器完成，信號(hào)記錄不允許濾波。7.2.4力值校準(zhǔn)支撐塊式結(jié)構(gòu)：將校準(zhǔn)支撐塊放置沖擊砧座之間，將沖擊刀刃置于支撐塊R缺口內(nèi)。力值校準(zhǔn)裝置放置在試驗(yàn)機(jī)基座上，調(diào)整校準(zhǔn)支撐塊R中心、沖擊刀刃中心和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀中心線(xiàn)在同一軸線(xiàn)，以保證加載時(shí)受力同軸。任何偏斜都將不利于力值的校6準(zhǔn)。力值校準(zhǔn)支撐塊見(jiàn)附錄C.1圖。框架式結(jié)構(gòu)：采用專(zhuān)用校準(zhǔn)框架，將擺錘置于框架中，擺錘下方由液壓千斤頂支撐，擺錘沖擊刀刃放置于與其配合良好的力值校準(zhǔn)支撐塊上，力值校準(zhǔn)支撐塊與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀串聯(lián)，由上橫梁螺旋調(diào)整配合間隙。調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀、力值校準(zhǔn)支撐塊和沖擊刀刃打擊點(diǎn)，使三者的中心線(xiàn)重合。根據(jù)實(shí)際需要可以適當(dāng)增加校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)，力的測(cè)量誤差計(jì)算見(jiàn)公式(1)和(2),應(yīng)符合5.2.4的規(guī)定(以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀為準(zhǔn)在試驗(yàn)機(jī)指示裝置上讀數(shù))。a)力值范圍在10%～50%之間，滿(mǎn)量程誤差：b)力值范圍在50%～100%之間，示值相對(duì)誤差：7.3試驗(yàn)機(jī)能量根據(jù)試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)測(cè)定力-時(shí)間曲線(xiàn)或力-位移曲線(xiàn)，測(cè)定總的沖擊能量W.,通過(guò)讀取試驗(yàn)機(jī)指示的吸收能量KV,兩者之差應(yīng)符合5.3的規(guī)定。8校準(zhǔn)結(jié)果校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)以“校準(zhǔn)證書(shū)”或“校準(zhǔn)報(bào)告”的形式給出，其內(nèi)容見(jiàn)附錄A。9復(fù)校時(shí)間間隔送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔，建議一般不超過(guò)1年。但試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)更換新的力傳感器、系統(tǒng)硬件和軟件后應(yīng)立即進(jìn)行校準(zhǔn)。7校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)容格式指針摩擦損失軸承摩擦空氣阻力試樣砧座與沖擊刀尺寸9θ刀刃對(duì)中性※刀刃與試樣間隙擺軸間隙軸向間隙(推力≈W×4%)徑向間隙(推力150N±10N)※打擊中心距l(xiāng)※擺錘力矩M※擺錘勢(shì)能a力值校準(zhǔn)F誤差%%間接(示值)校準(zhǔn)能量級(jí)別RRLMH總沖擊能量偏差偏差曲線(xiàn)特征點(diǎn)判斷頻率響應(yīng)采樣頻率其他注*R——刀刃曲率半徑，mm;r——砧座曲率半徑，mm;t——沖擊刀厚度d——砧座跨距8儀器化夏比擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)記錄使用單位校準(zhǔn)地點(diǎn)室溫型號(hào)規(guī)格制造廠(chǎng)編號(hào)機(jī)座水平回零差砧座兩支撐面平行性支座兩支撐面平行性能量損失指針摩擦損失軸承摩擦空氣阻力試樣砧座與沖擊刀尺寸砧座r/mm刀刃對(duì)中性※刀刃與試樣間隙※砧座與支座夾角※擺錘側(cè)面與擺動(dòng)平面的平行度※擺錘側(cè)面與試樣支座垂直度擺軸間隙軸向間隙(推力≈W×4%)徑向間隙(推力150N±10N)※打擊中心距l(xiāng)※擺錘力矩M※擺錘勢(shì)能a力值校準(zhǔn)F誤差%%間接(示值)校準(zhǔn)能量級(jí)別KRLMH曲線(xiàn)特征點(diǎn)判斷頻率響應(yīng)采樣頻率※標(biāo)記的項(xiàng)目后續(xù)校準(zhǔn)可以不進(jìn)行，但間接(示值)校準(zhǔn)必須合 發(fā)給號(hào)證書(shū)/報(bào)告校準(zhǔn)校對(duì)校準(zhǔn)日期9附錄D三種類(lèi)型試樣的試驗(yàn)曲線(xiàn)圖D.1在最大力前不存在屈服，只產(chǎn)生不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展類(lèi)型圖D.2在最大力前存在塑性變形，并有穩(wěn)定和不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展類(lèi)型總沖擊能量不確定度的評(píng)定根據(jù)GB/T19748—2005第5章試驗(yàn)原理：通過(guò)擺錘一次打斷沖擊試樣測(cè)出力-位移曲線(xiàn)，該曲線(xiàn)下的面積為總沖擊能量。通過(guò)擺錘一次打斷不同鋼件或不同溫度下測(cè)出的力-位移曲線(xiàn)，如果力-位移曲線(xiàn)的形狀和特征值有所不同，那么試樣變形及斷裂性質(zhì)也不同。并且在“注”中強(qiáng)調(diào)：力-位移曲線(xiàn)不能用作強(qiáng)度計(jì)算。在GB/T19748—2005的6.1中測(cè)定的總沖擊能量W.可與試驗(yàn)機(jī)指針的總吸收能量(K)進(jìn)行比較，兩者之間的偏差為±5J。為此，儀器化沖擊試驗(yàn)機(jī)的測(cè)量力-位移曲線(xiàn)所計(jì)算的總沖擊能量W,的準(zhǔn)確度，是與試驗(yàn)機(jī)指針的總吸收能量(K)進(jìn)行比較，是建立在兩者之間的允許偏差±5J基礎(chǔ)上。針對(duì)儀器化沖擊試驗(yàn)機(jī)主要是測(cè)出力-位移曲線(xiàn)的特點(diǎn)，根據(jù)其測(cè)量力-位移曲線(xiàn)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算儀器化沖擊試驗(yàn)機(jī)的總沖擊能量的不確定度。E.2概述以圖1的力-位移曲線(xiàn)為例：總沖擊能量W,是力-位移曲線(xiàn)下從S=0至S=S;的面積。將橫坐標(biāo)的位移分成12等分，每間隔1mm位移讀取一個(gè)力值，并近似地計(jì)算其沖擊能量。數(shù)據(jù)見(jiàn)表E.1。表E.1各點(diǎn)的力值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度位移/mm123456789絕對(duì)誤差士0.5相對(duì)誤差%土7.00%%%E.3數(shù)學(xué)模型能量公式其相對(duì)不確定度為：E.4不確定度的評(píng)定E.4.1力值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u(F)已知：校準(zhǔn)時(shí)力范圍在10%～50%之間時(shí)，為滿(mǎn)量程的±1%;所使用的力傳感器為50kN;使用0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀進(jìn)行準(zhǔn)確度校準(zhǔn)；將力范圍在10%～50%之間時(shí)，滿(mǎn)量程的±1%換算成相對(duì)誤差。傳感器力值的相對(duì)不確定度分項(xiàng)，按