國標和美標同軸度檢測方法的對比分析

薛文瑞，艾兆春，劉玉波

(黑龍江華安精益計量技術研究院有限公司，黑龍江哈爾濱150046)

0 引言

試驗機的力學性能檢定/校準過程中，同軸度檢測項目一直占據著重要地位，對于使用者而言，力值和同軸度的準確性是影響實驗結果的重要因素。所謂同軸度，是指試驗機的試樣夾持裝置的上下夾具中心線與試驗力軸線的重合程度，若同軸度指標不符合標準，將會導致彈性模量、塑性延伸長度及脆性材料等相關試驗參數產生嚴重偏差。

1 檢定/校準要求的對比分析

1.1 國標同軸度檢定要求對比分析

國標中對于同軸度檢定項目沒有作統一安排，而是按試驗機的用途和種類區別對待。表1列舉了各型試驗機的同軸度檢定要求。

表1 國標同軸度檢定項目區分

同軸度檢定的終極目標是實現在不同的校準環境下，試驗機的同軸度均能體現良好的復現性。對于靜態試驗設備，如拉伸試驗機、應力斷裂試驗機和蠕變試驗機等，在日常實驗中，可以移動或改變一些設置，因此國標對于此型設備給予的同軸度誤差范圍較大;對于動態試驗設備，如疲勞試驗機等，在試驗期間，一般不能改變或調整相關設置，因此其誤差范圍相對較小。

1.2 美標的同軸度校準分級

美標ASTM E1012-14《Standard Practice for Verification of Testing Frame and Specimen Alignment Under Tensile and Compressive Axial Force Application》(以下簡稱E1012-14)中對于試驗機的同軸度參數進行了統一要求，規定了級別和最大允許誤差，表2列舉了E1012-14的校準分級。對于應變片式同軸度傳感器，利用每一個平面的應變測量值，對試驗機同軸度進行評級，如果各平面的分級結果不一致，則取最大值為最終分級結果。此外，E1012-14還對額定極限和相對極限的交叉點(微應變)作出了明確要求，5級時為2000微應變，8級時為1250微應變，10級時為1000微應變。

表2 同軸度校準分級

2 檢定/校準內容對比分析

2.1 檢定/校準的負荷點選擇

2.1.1 國標的負荷點選擇

國標中對于同軸度檢定項目通常分兩種情況考慮:

當試驗機的量程不大于5 kN時，一般選擇重錘法進行校驗。拉伸空間應不小于500 mm，在上受力中心處懸掛一重錘，重錘的中心應處在以下受力中心為圓心的直徑2 mm的圈內。

對于量程大于5 kN的試驗機，采取同軸度測試儀進行校驗。負荷點一般選擇滿量程的4%，同時試驗力的最大值不應使試樣產生塑性變形，測量試樣相對兩側的彈性變形，在相互垂直的方向上各測量3次。蠕變試驗機的負荷點一般為最大試驗力的5%～30%。

2.1.2 美標的負荷點選擇

E1012-14中對于試驗機的量程沒有特殊說明，但對于彎曲驗證點提出了具體要求——至少有一個彎曲驗證點應具有大于1000的軸向應變微應變。對于靜態試驗設備，除零負荷外，一般選擇滿量程的10%，20%和40%;對于動態試驗設備，除零負荷外，還應有1000，2000和3000微應變點。

2.2 檢定/校準的試驗力加載及數據記錄方式

國標的同軸度檢定一般遵循以下步驟:首先將同軸度試樣夾持在夾具上，施加試驗機記錄3次應變測量值，誤差應滿足表1要求。國標中對于加載試驗力有指示性說明，先加載至最大試驗力的1%后，進行同軸度指示裝置調零，再緩慢加載至最大試驗力的4%，這樣做的優點是可以消除夾具間隙，使同軸度傳感器達到最佳校驗狀態，示值相對更加準確;而E1012-14中對于此項沒有特殊要求。

E1012-14的同軸度校驗則相對復雜。對于應變片式同軸度校準裝置，首先要確認同軸度傳感器是否處于正常線性狀態，如果異常，則須進行缺陷修正;記錄零負荷點的應變測量值，在數據處理過程中可不計算此點的彎曲百分率;然后至少在三個離散點上進行加載，記錄應變測量值，在這些離散數據點的采集過程中，應變片式同軸度傳感器上力的變化不應超過1%。

2.3 同軸度傳感器的方位性

對于國標同軸度檢定，沒有具體要求傳感器的方位性。

E1012-14中，對于扁平式同軸度傳感器，需要記錄0°和180°兩個方位的應變測量值;對于圓棒式同軸度傳感器，一般采取0°，90°，180°和270°四個方位采集。這樣做的優點是能更好的獲取應變片式傳感器的重復性信息，同時提高同軸度測量的準確性。

3 結束語

本文針對現行國標和美標(ASTM E1012-2014)中同軸度檢測項目的差異進行了對比分析與解釋。國標和美標對于同軸度檢測方法的要求各有側重點，但檢測目標的相似性會促使兩者的修訂版中出現相互補足和借鑒的地方，也會對同軸度校準規范的國際統一性產生推動作用。

［1］國家質量監督檢驗檢疫總局.JJG 475-2008電子式萬能試驗機［S］.北京:中國計量出版社，2008.

［2］國家質量監督檢驗檢疫總局.JJG 139-2014拉力、壓力和萬能試驗機［S］.北京:中國計量出版社，2014.

［3］國家質量監督檢驗檢疫總局.JJG 556-2011軸向加力疲勞試驗機［S］.北京:中國計量出版社，2011.

［4］國家質量監督檢驗檢疫總局.JJG 276-2009高溫蠕變、持久強度試驗機［S］.北京:中國計量出版社，2009.

［5］ASTM.ASTM E1012-2014 Standard Practice for Verification of Testing Frame and Specimen Alignment Under Tensile and Compressive Axial Force Application［S］.2014.

［6］國防科工委科技與質量司.力學計量:上冊［M］.北京:原子能出版社，2002.