仪器化夏比摆锤冲击试验机校准规范

1本规范适用于仪器化金属夏比摆锤冲击试验机(以下简称试验机)的校准。2引用文件本规范引用下列文件：JJG145—2007摆锤式冲击试验机JJG2077—1990摆锤式冲击能计量器具检定系统GB/T229—2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法GB/T3808—2002摆锤式冲击试验机的检验(ISO148-2:1998,Metallicmateri-als—Charpypendulumimpacttest—Part2:Verificationoftestmachines,MOD)GB/T19748—2005钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法(ISO14556:2000,SteASTME2298—09StandardTestMethodsforInstrumentedImpactTesting凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3.1术语和定义3.1.1力的特征值力的特征值包括屈服力、最大力、不稳定裂纹扩展起始力和不稳定裂纹扩展终止力(见图1)。力-位移曲线从直线上升部分向曲线上升部分增加转变点时的力。3.1.1.2最大力(Fm)maximumfo3.1.1.3不稳定裂纹扩展起始力(Fm)initiationforceofunstablecrackpropagation力-位移曲线上力急剧下降开始时的力。3.1.1.4不稳定裂纹扩展终止力(F)arrestforceofunstablecrackpropagation3.1.2位移特征值位移特征值包括屈服位移、最大力时的位移、不稳定裂纹扩展起始位移、不稳定裂2纹扩展终止位移和总位移(见图1)。3.1.2.1屈服位移(S)generalyielddisplacement3.1.2.2最大力时的位移(Sm)displacementatmaximumforce3.1.2.3不稳定裂纹扩展起始位移(Sm)initiationdisplacementofunstablecrack3.1.2.4不稳定裂纹扩展终止位移(S.)arrestdisplacementofunstablecrackpropa-不稳定裂纹扩展停止时的位移。3.1.2.5总位移(S,)totaldisplacement13.1.3冲击能量特征值冲击能量特征值包括最大力时的能量、不稳定裂纹扩展起始能量、不稳定裂纹扩展终止能量和总冲击能量(见图1)。3.1.3.1最大力时的能量(Wm)energyatmaximumforce3.1.3.2不稳定裂纹扩展起始能量(Wm)initiationenergyofunstablecrackpropagation3符号单位屈服力NF最大力NF不稳定裂纹扩展起始力NF不稳定裂纹扩展终止力NS位移m屈服位移m最大力时的位移mS不稳定裂纹扩展起始位移mS不稳定裂纹扩展终止位移mS总位移mt时间S试样开始产生变形的时间S信号上升时间S冲击开始时的冲击速度最大力时的能量JW不稳定裂纹扩展起始能量J不稳定裂纹扩展终止能量J总冲击能量JJ满量程误差%9力值示值相对误差%N标准测力仪指示值N测量范围上限的力值N4力的测量误差(%)力的测量误差(%)本规范规定了在一次冲击力作用下，冲击钢材夏比冲击试样，测定力-时间、力-位移曲线和总冲击能量(力-位移曲线下的面积)的试验机。5计量特性5.1试验机基本性能试验机应首先符合JJG145《摆锤式冲击试验机》相关条款的规定。5.2力的测量系统5.2.1试验机测量系统应能测定力-时间、力-位移曲线，以及计算冲击试样过程中力的特征值、位移特征值及冲击能量特征值。5.2.2由力传感器、放大器及记录仪组成的测量系统，至少应有100kHz频率响应。5.2.3采样频率应为250kHz以上。5.2.4力值进行静态检测，力传感器装在摆锤上形成一个整体检测，力的测量误差见力值范围在10%～50%之间时，最大允许误差一般为满量程的±1%;力值范围在50%～100%之间时，最大允许误差一般为±2%。力值范围(%)5.3试验机能量测定总冲击能量W,与试验机指示的吸收能量KV进行比较，最大允许差值为±5J。6校准条件6.1环境条件5通常校准的温度范围应为23℃±5℃,校准时的温度应稳定，温度变化不应超过6.2校准项目和校准用设备校准项目和校准设备见表2。表2校准项目和校准设备序号使用标准和其他设备的要求1试验机基本性能JJG145规定的标准器具2力的特征值，位移特征值，频率响应，脆性断裂，脆性韧性断裂，韧性断裂夏比V型缺口钢试样3力值0.3级标准测力仪(配用支撑块或框架式)7.1试验机基本性能试验机基本性能按JJG145规定的方法进行。7.2力的测量系统7.2.1试验曲线特征选用符合GB229要求的夏比V型缺口钢试样，应选择三种具有不同断裂特征类型的试样，每种类型至少选用3只试样。(见附录D)通过对试验后的力-时间、力-位移曲线和数据进行分析，获得试验机测量系统的力特征值、位移特征值和冲击能量特征值以及相关数据，应符合5.2.1的规定。7.2.2测量系统频率响应通过对冲击试验曲线检测，钢试样上力信号上升时间t,应不大于3.5μs,此时，其频率响应满足5.2.2的要求。对于冲击力测量系统动态响应的校准，可以通过力-时间或力-位移曲线上第一个峰值对应的载荷简化进行。对于V型缺口试样，当试样接触点到冲击刀刃上应变片中心距离为11mm～15mm,在冲击速度5m/s～5.5m/s时，通常第一个载荷峰值大于8kN,则认为测量系统的动态响应符合仪器化冲击试验要求(应选择冲击能量较大，且具有脆性断裂、脆性韧性断裂特征的试样进行)。7.2.3信号采样频率选择未经数据处理的原始曲线(力-时间曲线),或者调出文件格式中的数据进行检测。检测采样信号的每个数据点，应无重复点且间隔在4μs或更小，采样频率应满足5.2.3的要求。动态信号的记录用数字存储器完成，信号记录不允许滤波。7.2.4力值校准支撑块式结构：将校准支撑块放置冲击砧座之间，将冲击刀刃置于支撑块R缺口内。力值校准装置放置在试验机基座上，调整校准支撑块R中心、冲击刀刃中心和标准测力仪中心线在同一轴线，以保证加载时受力同轴。任何偏斜都将不利于力值的校6准。力值校准支撑块见附录C.1图。框架式结构：采用专用校准框架，将摆锤置于框架中，摆锤下方由液压千斤顶支撑，摆锤冲击刀刃放置于与其配合良好的力值校准支撑块上，力值校准支撑块与标准测力仪串联，由上横梁螺旋调整配合间隙。调整标准测力仪、力值校准支撑块和冲击刀刃打击点，使三者的中心线重合。根据实际需要可以适当增加校准点数，力的测量误差计算见公式(1)和(2),应符合5.2.4的规定(以标准测力仪为准在试验机指示装置上读数)。a)力值范围在10%～50%之间，满量程误差：b)力值范围在50%～100%之间，示值相对误差：7.3试验机能量根据试验机自动测定力-时间曲线或力-位移曲线，测定总的冲击能量W.,通过读取试验机指示的吸收能量KV,两者之差应符合5.3的规定。8校准结果校准结果应以“校准证书”或“校准报告”的形式给出，其内容见附录A。9复校时间间隔送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔，建议一般不超过1年。但试验机系统更换新的力传感器、系统硬件和软件后应立即进行校准。7校准证书内容格式指针摩擦损失轴承摩擦空气阻力试样砧座与冲击刀尺寸9θ刀刃对中性※刀刃与试样间隙摆轴间隙轴向间隙(推力≈W×4%)径向间隙(推力150N±10N)※打击中心距l※摆锤力矩M※摆锤势能a力值校准F误差%%间接(示值)校准能量级别RRLMH总冲击能量偏差偏差曲线特征点判断频率响应采样频率其他注*R——刀刃曲率半径，mm;r——砧座曲率半径，mm;t——冲击刀厚度d——砧座跨距8仪器化夏比摆锤冲击试验机校准记录使用单位校准地点室温型号规格制造厂编号机座水平回零差砧座两支撑面平行性支座两支撑面平行性能量损失指针摩擦损失轴承摩擦空气阻力试样砧座与冲击刀尺寸砧座r/mm刀刃对中性※刀刃与试样间隙※砧座与支座夹角※摆锤侧面与摆动平面的平行度※摆锤侧面与试样支座垂直度摆轴间隙轴向间隙(推力≈W×4%)径向间隙(推力150N±10N)※打击中心距l※摆锤力矩M※摆锤势能a力值校准F误差%%间接(示值)校准能量级别KRLMH曲线特征点判断频率响应采样频率※标记的项目后续校准可以不进行，但间接(示值)校准必须合 发给号证书/报告校准校对校准日期9附录D三种类型试样的试验曲线图D.1在最大力前不存在屈服，只产生不稳定裂纹扩展类型图D.2在最大力前存在塑性变形，并有稳定和不稳定裂纹扩展类型总冲击能量不确定度的评定根据GB/T19748—2005第5章试验原理：通过摆锤一次打断冲击试样测出力-位移曲线，该曲线下的面积为总冲击能量。通过摆锤一次打断不同钢件或不同温度下测出的力-位移曲线，如果力-位移曲线的形状和特征值有所不同，那么试样变形及断裂性质也不同。并且在“注”中强调：力-位移曲线不能用作强度计算。在GB/T19748—2005的6.1中测定的总冲击能量W.可与试验机指针的总吸收能量(K)进行比较，两者之间的偏差为±5J。为此，仪器化冲击试验机的测量力-位移曲线所计算的总冲击能量W,的准确度，是与试验机指针的总吸收能量(K)进行比较，是建立在两者之间的允许偏差±5J基础上。针对仪器化冲击试验机主要是测出力-位移曲线的特点，根据其测量力-位移曲线所获得的数据进行分析，计算仪器化冲击试验机的总冲击能量的不确定度。E.2概述以图1的力-位移曲线为例：总冲击能量W,是力-位移曲线下从S=0至S=S;的面积。将横坐标的位移分成12等分，每间隔1mm位移读取一个力值，并近似地计算其冲击能量。数据见表E.1。表E.1各点的力值相对标准不确定度位移/mm123456789绝对误差士0.5相对误差%土7.00%%%E.3数学模型能量公式其相对不确定度为：E.4不确定度的评定E.4.1力值的相对标准不确定度分项u(F)已知：校准时力范围在10%～50%之间时，为满量程的±1%;所使用的力传感器为50kN;使用0.3级标准测力仪进行准确度校准；将力范围在10%～50%之间时，满量程的±1%换算成相对误差。传感器力值的相对不确定度分项，按