示波冲击试验机介绍 冲击试验机如何做好保养

　　一、设备主要特点 该设备采用世界比较好的示波冲击分析技术，通 过特有的角度传感器和安装在锤头上的力值传感器， 在锤头冲击试样的瞬间高频采样，将整个冲击动态 过程记录下来，并计算冲击速度、挠曲度及冲击能 量，从而得出材料的特征冲击曲线，更深入、细致 的分析材料的冲击力学性能以进一步了解材料的特 性，判断材料的应用范围，因而被广泛的应用在建 筑、桥梁、船舶、航天、汽车等科研领域。 建筑 桥梁 舰船 航天 该设备配有两个摆锤，打击能量分别为 750J（配有示波冲击刃口）和300J（配有 冲击拉伸刃口）。摆锤和冲击刃口都可以更 换，以满足不同标准的测试要求。冲击速度 为5.42m/s。主机上配有模拟表盘，可以直 接显示打击能量和角度，可无需PC，单机 独立操作。带全封闭安全保护罩，电子门锁 控制，门未关闭时，摆锤自动锁紧。具有关 门启动摆锤释放功能，测试时间＜5S。 图1 PSW750仪器化冲击试验机 二、冲击力—位移曲线是典型的冲击力—位移曲线示意图。此图给 出了三组冲击特征值参数： (1)力特征值：屈服力Fgy、最大力Fm、裂纹启 裂力Fiu、裂纹止裂力Fa。 (2)位移特征值：屈服位移Sgy、最大力位移Sm、 裂纹启裂位移Siu、裂纹止裂位移Sa、总位移St。 (3)能量特征值：最大力能量Wm、裂纹启裂能 量Wiu 、裂纹止裂能量Wa和总能量Wt 、裂纹形成 能量Wi（由两部分组成：弹性变形能量We和塑性 变形能量Wd）、裂纹扩展能量Wp（也由两部分组 成：裂纹稳定扩展能量Wp1和裂纹不稳定扩展能量 Wp2）。 F,KN 18 15 Fm Fiu Fgy 12 9 6 Fa Wd W W 3 W 0 2 4 S S 6 8 10 12 14 s,mm 图2 示波冲击分析曲线 三、冲击试验的宏观断口 在冲击力的作用下，试样的断裂过程与静拉 伸一样，仍然表现为弹性变性、塑性变形和断裂， 其不同在于变形速度。由于缺口的存在，塑性变形 只发生于缺口的局部范围，而且缺口越尖锐，参与 塑性变形的材料体积越小，得到的冲击功越低。 图3为典型冲击试样断口的宏观形态，一般分 为3个区域： 裂纹源 缺口 脚跟形纤维区 放射区 剪切唇区 二次纤维区 图3 冲击断口形貌 1、纤维区 曲线上Fgy之前为弹性阶段，从Fgy开始，试样 进入塑性变形和形变强化阶段。当载荷达到Fmax 时，塑性变形已贯穿整个缺口截面，缺口根部开 始横向收缩，横截面积减小，试样承载能力降低， 载荷下降。在Fmax附近试样内部萌生裂纹，由于 缺口根部为三向应力状态，因此裂纹萌生于距缺 口一定距离的试样内部。裂纹形成以后，向两侧 宽度方向和前方深度方向扩展，在裂纹扩展过程 中，载荷继续下降，载荷达Fiu时，裂纹已扩展到 缺口根部的整个宽度，中间部分较深，形成缺口 前方的脚跟形的纤维区。 2、放射区 当纤维区的裂纹尺寸增大到临界尺寸，裂纹 在Fiu点开始快速失稳扩展，形成放射区，其断口 形貌为以纤维区为中心呈放射状，与此对应的载 荷陡降到Fa。 3、剪切唇区 此时裂纹前沿已进入试样的压应力区，尚未断 裂的截面积已比较小，与两侧一样已处在平面应 力状态下，变形比较自由，形成二次纤维区和剪 切唇，相应的载荷由Fa降到零。其断口特征为表 面光滑，与拉应力约成45°。 四、冲击力—位移曲线与宏观断口的关系 裂纹萌生与缺口处一定范围的弹、塑性变形有关。 此前消耗的能量，代表裂纹萌生所消耗的能量，称为 裂纹形成能量，以Wi表示。裂纹形成能量是缺口处 弹性变形和塑性变形消耗能量的总和，即： Wi=We+Wd 在失稳之前消耗的能量称为裂纹稳定扩展能量 Wp1，使断口形成脚跟形的纤维区。力从Fiu降至Fa是 裂纹达到临界尺寸后作快速低能量撕裂的结果，最后 形成了断口的放射区。裂纹不稳定扩展能量Wp2用于 断口剪切唇及二次纤维区的形成。于是有： Wp=Wp1+Wp2 冲击总功为： Wt= We+Wd+ Wp1+Wp2 五、 PSW750仪器化冲击试验机在国内各钢 铁公司的应用 1、评价材料韧性的好坏 对不同的金属材料，其冲击吸收功可以相同， 但他们的裂纹形成功和裂纹扩展功却可能相差很大。 若裂纹形成功所占比例很大，则表明材料断裂前塑 性变形小，裂纹一旦形成就立即扩展直到断裂，裂 纹必然是呈放射状甚至结晶状的脆性断口。反之， 若裂纹扩展功所占比例很大，则断口是以呈纤维状 为主的韧性断口。由此可见，冲击吸收功的大小并 不能直接反映材料韧或脆的性质，材料韧性的好坏 主要取决于裂纹扩展功Wp的大小。 2、进行断口纤维率的定量计算 在“GB12778-1991”金属夏比冲击断口测定 方法中给出了冲击试样断口结晶率或纤维率公式 ： FA ? ?( A0 ? AC ) / A0??100% CA ? ( AC / A0) ?100% 式中：Ac—断口中晶状区（放射区）的总面积 A0—原始横截面积 CA—断口结晶率 FA—断口纤维率 该种方法完全依赖于试验者主观经验和客观试验条件， 有很大的局限性。ISO14556在附录中提供了一套基于特征力 值估算断口剪切面积比例值PSF经验算法，在力—位移曲线 变化过程，当力不发生急剧下降，把此时的断裂表面的剪切 面积比例值PSF定位100%；当力发生急剧下降时，则下降值 与力特征值有关，计算公式如下： ? Fiu ? Fa ? PSF (1) ? ?1 ? ? ?100% Fm ? ? ? ? Fiu ? Fa ? ? PSF (2) ? ?1 ? ? ?100% ? ? Fm ? ( Fm ? Fgy ) ? ? ? ? Fiu ? Fa ? ? PSF (3) ? ?1 ? ? ?100% ? ? Fm ? 0.5( Fm ? Fgy ) ? ? 肯定用以上三个不同公式计算出的PSF是不同 的，但是，对不同的材料或同一种材料在不同状态 用同一个公式计算的结果是可以进行比较的。虽然 对以上公式的力学本质至今未明，但已从多个方面 证实了其作为经验公式的合理性。 3、测试动态断裂韧性KⅠd和JⅠd 3.1必要性 传统的动态韧性试验主要是针对中、低强度 材料发展起来的，缺口冲击试验和落锤试验都 是动态韧性试验。 缺口冲击试验是目前广泛应用的简易方法。 根据已有的大量实践经验，一般来说，冲击功 可作为中、低强度钢生产过程中质量验收的标 准。低强度材料的裂纹扩展功占总功的绝大部 分，随着强度的提高，此部分比例逐渐下降， 对高强度钢裂纹扩展功可能不足10%。这表明， 对于中、低强度钢冲击功能反映材料抵抗裂纹 的扩展能力，但对高强度钢，就难于从冲击功 来判断材料抵抗裂纹动态扩展的能力。 落锤试验主要用来研究钢中影响脆性断裂开始 的因素，通过落锤试验可以获得断口零塑性的转变 温度NDT，当试验温度高于NDT，就不会断裂。 NDT温度是断裂安全设计中的重要参考数据，但它 和工作应力、裂纹尺寸没有定量的关系，故不能直 接用于安全设计和选材，只有断裂韧性才能正确反 映裂纹体的力学行为。 基于轴向拉伸试验、预制裂纹试样平面应变条 件KⅠC和JⅠC试验，材料在准静态加载条件下的强 塑性能与断裂韧性性能可以得到定量解析化的表征， 并在材料研发、结构整体性评价、安全容器设计方 面得到了广泛的应用。 但在工程实际中，我们经常会遇到一些带有裂 纹的结构或者构件承受冲击载荷的作用。在载荷速率 比较小的情况下，惯性载荷可以忽略，问题可以近似 为一个准静态问题。但当载荷速率比较大时，惯性载 荷不能忽略，要分析构件内的应力状态，就必须进行 完全的动态分析。 随着近十几年来静态加载断裂韧性试验技术的 飞速发展，人们对于动态加载方式下准确评价材料断 裂韧性的需求正在持续增加，几乎所有工程应用所涉 及的环境温度都处于待选材料韧性上平台区或韧脆转 变温度区间，因而基于弹塑性断裂力学理论提出的力 值分析方法（Force based Analysis，FBA）可作 为单试样动态断裂性能评价方法的重要补充，用以表 征材料动态加载的强度与韧性性能。 3.2 屈服力和流变屈服应力 动态屈服强度?yd计算公式如下 ? yd S ? KFgy 4 B(W ? a0 ) 2 式中：B—试样厚度，mm W—试样宽度，mm S—试样跨距，mm ao—裂纹原始长度，mm K —试样几何尺寸系数 试样见图4 ± ±0.10 45° ±2 ° 图4 动态断裂韧性试样 ± ～ 大量结构钢试样动态加载条件均为其韧性 上平台或韧脆转变温区，因此相应的夏比冲击 断裂模式为延性断裂，类似于JⅠC评测而采用J 积分来表述其断裂韧性。 标准V缺口冲击试样对应的动态断裂韧性 JⅠd公式为： 3.3 动态断裂韧性 JⅠC和KⅠd kEi J?d ? B(W ? a0 ) 式中：k—试样几何尺寸常数 Ei—启裂点对应的冲击吸收功 而对应预制裂纹并处于脆性平台区间的冲击 试样来说，其动态断裂韧性应采用线弹性断裂应 力强度因子KⅠd来表述，其公式为： Pi ? S K1d ? f (a / W ) 3/ 2 B ?W 式中： Pi—启裂点对应的力值，N f(a/w)—试样几何尺寸修正函数 试样同测试动态屈服强度?yd试样。 3.4 冲击拉伸试验 普通圆拉力试样静态拉伸速度30mm/min约10-2/s,冲 击拉伸速度5.23m/s约102/s。经验表明，应变速率在104～10-1/S的范围内，金属材料的力学性能没有明显变化， 可按静载处理。但当应变速率更高时，就要考虑它对力学 性能的影响。图4是光滑试样冲击拉伸与静拉伸试验的示 意拉伸图。由图可见，塑性抗力总是随应变速率增大而增 大的，其中尤以屈服应力上升较为显著。对一般塑性材料， 断裂抗力与变形速率增大关系不大，但塑性及韧性下降， 即脆性断裂的倾向增加；对高塑性材料，变形速率增大显 著提高断裂抗力，而塑性及韧性变化不大，有时甚至有所 增加，并保持切断的断裂方式不变。 冲击拉伸 静拉伸 △L 图5 冲击拉伸与静拉伸的F-△L图 3.5实例分析 两类熔敷金属材料，在-20℃实施夏比冲击 试验。发现其具有相同的冲击吸收功Et而纤维 断面率FA相差较大。 采用仪器化冲击记录冲击力-位移曲线，并 借助FBA方法表征其动态断裂性能。 数据列表，Et相同，FA不同，断裂行为？ B 20 20 A 15 15 Force (kN) Force (kN) 20 B A 10 10 5 5 15 0 0 2 4 6 8 0 0 10 2 12 4 6 8 10 12 Force (kN) Displacement (mm) Displacement (mm) 10 5 韧性: BA ? 动态屈服应力 0 2 4 6 8 10 12 Displacement (mm) 0 失稳断裂韧性 冲击 ? yd ? 2.99Fgy S 4B(W ? a 0 ) 2 单轴向 1. 较高的屈强比导致更易形成非稳态流变应力场， 如吕得斯效应等，减弱了材料抗冲击加载的止裂 性能。 2. 通过屈服力估算动态屈服强度，参与后续韧性 参数的评测。 处于韧脆转变区间，延性断裂 Jd ? kE B(W ? a0 ) J/?yd数值越小，因动态加载诱发的平 面应变条件失稳断裂的情况越易发生， 材料抑制裂纹扩展的韧性性能越差。

　　(1)试验机的安装与地基基础。冲击试验机必须牢固安装在质量足够好的混凝土地基上。确保地基质量不少于摆锤质量的40倍，保证试验机与地球为一个整体。注意4个地脚螺丝不能有任何松动。(定期检查地脚螺丝是否有松动。)

　　(2)用对中样板和卡尺对摆锤冲击刀的中心与砧座跨距的中心重合进行校验。方法如下：将V型缺口试验粘复写纸，将试样放在砧座之间对正后，由摆锤冲击刀刃轻击试样，检测由试样上的冲击刀刃痕迹中心线与V型缺口顶端之距离。注意冲击刀刃在支座跨距中心，其允差为0.5mm，砧座的跨距是40.0o+0.2mm。

　　(3)摆锤空击回零采用目测检测。回零差的**允许值为摆锤**能量的0.1%。

　　(4)能量损失(指针摩擦、轴承摩擦和空气阻力)应满足表1能量损失的要求。

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    冲击试验机在进行冲击实验过程中，对试样施加冲击实验力产生的冲击试验。下面就为大家简单介绍一下冲击试验机试验过程中经常出现的故障原因及维修方法有哪些：

    1、做拉伸实验时，试样断口总是在两边断。应该是钳口装夹时没放正，应按需求使钳口对称的夹好试样。钳口质量低质，牙齿损坏，除了影响钳口不同心外，还使实验进程中试样打滑，使屈服点很难辨认。这时应替换钳口。

    2、度盘指针灵敏性差，摆锤方位不正常，冲击试验机摆杆对禁绝笔直符号。

    3、锤回位不正常，时快时慢。被迫针不能很好的停在任意方位，而且和主针不重合。试样开裂后，摆锤疾速回落，形成冲击。升降导轮调理不正，使上下钳口不同心。应加工一个检验棒，上下钳口拉紧后，以两根力柱为根据用百分表测量，直到调理合格为止。替换黏度合适的油。

    4、加荷时，油路体系漏油严峻或油管决裂。查看油路体系接头处是不是拧紧，如有需求替换垫圈的，要及时替换。如果是油管决裂，查看油路体系接头处是不是拧紧，如有需求替换垫圈的，要及时替换。如果是油管决裂，那么，需求替换强度更高的油管，别的，还要调查送油阀，溢流阀活塞是不是顶死或装反。

    5、温度升得很慢，就要查看风循环体系，看一下风循环的调理挡板是不是敞开正常，反之，就查看风循环的电机作业是不是正常。如温度过冲凶猛那么就需求整定PID的设置参数。如果温度直接上升，过温保护，那么，操控器出毛病，须替换操控仪表。

    6、高低温冲击试验机低温达不到实验的方针，那你就要调查温度的变化，是温度降的很慢，仍是温度到必定值后温度有上升的趋势，前者就要查看一下，做低温实验前是不是将作业室烘干，使作业室坚持枯燥后再将实验样品放入作业室内再做实验，作业室内的实验样品是不是放置的过多，使作业室内的风不能充沛循环，在扫除高低温冲击试验机上述缘由后，就要考虑是不是是制冷体系中的毛病了，这样就要请出产厂家的专业人员进行修理。后者的表象是设备的运用环境不好所造成的，设备放置的环境温度，放置的方位(箱体后与墙的间隔)要满足需求(在设备操作运用说明中都有规则)。

    7、呈现实践湿度会到达100%或许实践湿度与方针湿度相差很大，高低温冲击试验机数值低得许多，前者的表象：可能是湿球传感器上的纱布枯燥导致，那就要查看湿球传感器的水槽中是不是缺水，高低温冲击试验机水槽中的水位是由一水位操控器自动操控的，查水位操控器供水体系是不是供水正常，水位操控器作业是不是正常。可能即是湿球纱布因运用时间长，或供水水质纯净度的缘由，会使纱布变硬，使纱布无法吸收水份而枯燥，只需替换或清洁纱布即可扫除以上表象。后者的表象主要是加湿体系不作业，查看加湿体系的供水体系，供水体系内是不是有必定的水量，操控加湿锅炉水位的水位操控是不是正常，加湿锅炉内的水位是不是正常。如以上一切都正常，那就要查看高低温冲击试验机电器操控体系，这要请专业修理人员进行修理。

    8、操控仪表上呈现对应的毛病显现提示并有声讯报警提示。操作人员能够对照设备的操作运用中的毛病扫除一章中疾速查看出归于哪一类毛病，即可请专业人员疾速扫除毛病，以保证实验的正常进行。其它环境高低温冲击试验机设备在运用中还会有其它的表象，那就要详细表象，详细分析和扫除。

    9、冲击试验机环境实验设备还要定时进行保护养护，制冷体系的冷凝器定时整理，对于活动部件应按说明书加油光滑，高低温冲击试验机电器操控体系定时保护查看等等，这些作业是必不可少的。

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