小冲杆连续压痕一体试验机系统的制作方法

本发明属于试验机技术领域，涉及一种试验机系统，尤其涉及一种小冲杆连续压痕一体试验机系统。

背景技术：

核电、石化、冶金等行业中存在很多设备在高温、高压、强腐蚀等苛刻环境下长期服役，其材料会发生不同程度的劣化，甚至引发多起安全事故。为保证设备能否长久，安全地运行，在服役期间需对承压设备进行定期检验。常规的无损检测可以在不损伤设备或构件的结构完整性的前提下检测到内在或者表面的缺陷，但是无法得到材料的力学性能比如屈服强度，抗拉强度及断裂韧性等。对于常规拉伸试验，冲击试验，断裂韧性试验等可以获得材料的力学性能但是都需要大量的试验材料且属于破坏性取样试验。基于以上的不足，小冲杆试验和连续球连续压痕由于其微损取样优点而被广泛研究。

目前国内外不同实验室用于研究小冲杆试验和连续压痕试验的装置并不相同，一般是由万能试验机进行改装而来的，微试样与常规力学性能试样不同，小冲杆试样断裂时最大载荷要远小于常规试样。所以现有的试验机加载量程过大，导致结果精度不高。此外，小冲杆试验和连续压痕试验的试验形式、加载部分均不相同，所以一般采用分机试验。对于小型实验室，两台试验机势必会增加其成本和所占空间。最后，万能试验机得到的位移一般是十字头的位移，机器的刚度对结果的精确度影响很大，这也导致了各个实验室之间最后得到的数据即使是同种材料也无法进行横向比较和分析。数据无法共享也将导致小冲杆测试技术和连续压痕测试技术在工程中应用进程缓慢。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的试验方式，以便克服现有试验方式存在的上述缺陷。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种小冲杆连续压痕一体试验机系统，可提高精度，产品结构紧凑，占用空间小，操作简便。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种小冲杆连续压痕一体试验机系统，所述一体试验机系统包括：计算机控制系统、小冲杆试验系统、连续压痕试验系统，由一个控制系统、一个伺服电机控制两个试验台，通过编程或者调解参数保存多个试验的试验程序；

所述计算机控制系统包括试验机主机箱体，在试验机主机箱体上设置有试验机开关旋钮、急停按钮，以及控制试验台上下移动和移动速度的试验机控制面板，三个部分均位于试验机主机箱体的前侧，便于操作和控制试验机；试验机主机箱体还包括传感器接口、计算机接口，传感器接口能进行小冲杆试验和连续球连续压痕试验的切换；计算机接口将试验机与计算机连接；

所述小冲杆试验系统、连续压痕试验系统分别包括加载部分，测量部分，支撑部分；

所述加载部分包括压杆、夹具、冲杆、支撑台；压杆处于固定状态，与负荷传感器相连，用于给试样施加负荷；其中小冲杆试验台所能施加的载荷为0～3t，连续压痕试验台所能施加的载荷为0～10t，每个力传感器记录精度都是0.01N；

夹具分为内层定位套筒，外层紧固套筒，内外层套筒均分为上下两部分；内层定位套筒用于置放和定位试样及冲杆，下部分孔径为4.0mm，并且设有0.2mm×45°倒圆角；外层套筒用于固定内层套筒上下部分，其通过螺纹连接，旋紧后使试样周边处于固支状态；夹具内外层套筒配合使用，起到固定试样的作用，同时方便拆卸和试样的装填；

冲杆采用平头压杆和钢珠的结合，钢珠直径为2.5mm；在支撑台上方有可调解试样对中性的对中模块，通过支撑台带动夹具向上移动；此时，固定的压杆则通过冲杆给试样施加载荷，直至试样破坏；在各个试验台的顶端装有外接引伸计，准确记录试验时试样的变形；试验结束后根据材料的性质选择十字头的动作情况；

支撑台由大刚度的柱形钢锭制成，对于小冲杆试验台，支撑台上放置有对中模块，通过模块边缘的调整螺钉可调整小冲杆夹具与压杆的对中性，内径为φ45.5mm，将小冲杆夹具放于模块内，旋转调整螺钉微调夹具位置达到对中效果；压杆与负荷传感器通过双头螺柱连接，用于记录试验过程中所施加的载荷；

连续压痕压头夹持杆内部有镗孔，孔直径为φ7.3mm，更换不同尺寸的压头后，通过紧固螺钉将压头固定；

试验软件具有多种控制方式，可编程、可切换；曲线能进行多轴显示，叠加或者单个显示；试验软件具有满载保护及位置保护功能，实时记录显示试样的变形情况；

所述试验机系统的试验操作如下：将传感器引线接入小冲杆试验台或者连续压痕试验台的传感器接口，与计算机连接后，将试验机和计算机通电；将试样放入夹具中，置于支撑台上，上下移动支撑台将小冲杆夹具或连续压痕试样调到合适高度，并通过对中模块进行调解对中；打开操作软件，选择对应的试验程序，小冲杆试验SPT或连续球连续压痕试验Ball Indentation Test，按照试验程序进行试验；将实验数据进行保存。

一种小冲杆连续压痕一体试验机系统，所述一体试验机系统包括：计算机控制系统、小冲杆试验系统、连续压痕试验系统，所述计算机控制系统分别连接小冲杆试验系统、连续压痕试验系统；

所述小冲杆试验系统包括第一支撑台、夹具、对中模块、压杆、第一引伸计、小冲杆试验台负荷传感器、小冲杆试验台引伸计；所述夹具用来固定试样及压杆；所述压杆与小冲杆试验台负荷传感器连接，用于给试样施加负荷；

所述连续压痕试验系统包括第二支撑台、连续压痕压头夹持杆、连续压痕实验台负荷传感器、连续压痕实验台引伸计；连续压痕压头夹持杆用来夹持压头，连续压痕压头夹持杆与连续压痕实验台负荷传感器连接，通过压头给试样施加负荷。

作为本发明的一种优选方案，所述夹具分为内层定位套筒，外层紧固套筒，内外层套筒均分为上下两部分；内层定位套筒用于置放和定位试样及压杆，并且设有倒圆角；外层套筒用于固定内层套筒上下部分，其通过螺纹连接，旋紧后使试样周边处于固支状态；夹具内外层套筒配合使用，起到固定试样的作用，同时方便拆卸和试样的装填。

作为本发明的一种优选方案，所述压杆采用平头压杆和钢珠的结合；在第一支撑台上方有可调解试样对中性的对中模块，通过第一支撑台带动夹具向上移动；此时，固定的压杆则通过冲杆给试样施加载荷，直至试样破坏；在各个试验台的顶端装有外接引伸计，准确记录试验时试样的变形；试验结束后根据材料的性质选择十字头的动作情况。

作为本发明的一种优选方案，所述第一支撑台、第二支撑台分别由大刚度的柱形钢锭制成，第一支撑台上放置有对中模块，通过对中模块边缘的调整螺钉可调整小冲杆夹具与压杆的对中性，将小冲杆夹具放于对中模块内，旋转调整螺钉微调夹具位置达到对中效果；压杆与小冲杆试验台负荷传感器通过双头螺柱连接，用于记录试验过程中所施加的载荷。

作为本发明的一种优选方案，所述连续压痕压头夹持杆内部有镗孔，更换不同尺寸的压头后，通过紧固螺钉将压头固定。

作为本发明的一种优选方案，试验软件具有多种控制方式，可编程、可切换；曲线能进行多轴显示，叠加或者单个显示；试验软件具有满载保护及位置保护功能，实时记录显示试样的变形情况；

所述试验机系统的试验操作：将传感器引线接入小冲杆试验台或者连续压痕试验台的传感器接口，与计算机连接后，将试验机和计算机通电；将试样放入夹具中，置于支撑台上，上下移动支撑台将小冲杆夹具或连续压痕试样调到合适高度，并通过对中模块进行调解对中；打开操作软件，选择对应的试验程序，小冲杆试验SPT或连续球连续压痕试验Ball Indentation Test，按照试验程序进行试验；将实验数据进行保存。

作为本发明的一种优选方案，所述计算机控制系统包括试验机主机箱体，在试验机主机箱体上设置有试验机开关旋钮、急停按钮，以及控制试验台上下移动和移动速度的试验机控制面板，三个部分均位于试验机主机箱体的前侧，便于操作和控制试验机；试验机主机箱体还包括传感器接口、计算机接口，传感器接口能进行小冲杆试验和连续球连续压痕试验的切换；计算机接口将试验机与计算机连接。

一种小冲杆—连续压痕一体微试样试验机系统，其特征在于包括计算机控制系统，小冲杆试验系统和连续压痕试验系统，由一个控制系统，一个伺服电机控制两个试验台。通过编程或者调解参数可以保存多个试验的试验程序，操作简单明了。每个试验系统又分别包括加载部分，测量部分，支撑部分。加载部分包括压杆，夹具，冲杆，支撑台。压杆处于固定状态，与负荷传感器相连，用于给试样施加负荷。其中小冲杆试验台所能施加的载荷为0～3t，连续压痕试验台所能施加的载荷为0～10t，每个力传感器记录精度都是0.01N。夹具为上下两部分。下部分孔径根据欧盟小冲杆试验标准草案和《在役承压设备金属材料小冲杆试验方法》要求加工为4.0mm，并且设有0.2mm×45°倒圆角。上下夹具通过螺纹连接，旋紧后使试样周边处于“固支状态”。夹具内外层套筒配合使用，不仅起到固定试样的作用，还可方便拆卸和试样的装填。冲杆采用平头压杆和钢珠的结合，钢珠直径为2.5mm。在支撑台上方有可调解试样对中性的对中模块，通过支撑台带动夹具向上移动。此时，固定的压杆则通过冲杆给试样施加载荷，直至试样破坏。在各个试验台的顶端装有外接引伸计，可准确记录试验时试样的变形。试验结束后可根据材料的性质选择十字头的动作情况。

所述小冲杆试验台和连续压痕试验台集中在同一个结构紧凑的试验机上，由一个控制系统，一个伺服电机控制。并且每个试验台都可独立进行相关试验。

试验程序可编程，可保存，可切换；可由控制程序和试验机主体箱上控制面板来控制支撑台的移动。

有两套载荷、位移测量系统；小冲杆试验台载荷最大载荷为1t，连续压痕试验台最大载荷为300Kg，外接引伸计规格相同；且小冲杆试验台的支撑台上有对中模块，可通过调整螺钉调解夹具与压杆的对中性。

本发明的有益效果在于：本发明提出的小冲杆连续压痕一体试验机系统，将小冲杆试验台和连续压痕试验台集合在同一个小型试验机上，并外接高精度的表式引伸计。与万能试验机改装后的小冲杆试验机和连续球压痕试验机相比，本机器结构紧凑，由机器刚度带来的误差也较小，操作简单，占用空间小，经济成本低；可间接促进国内外实验室间数据的共享和工业应用进程。

本发明中，一套加载系统同时实现2个实验，主要是连续压痕实验位移量小，需要更高精度的位移和载荷传感器控制精度；SPT实验位移相对较大，载荷也大位移和载荷的精度要求也没有连续压痕的要求高。而传感器的精度和位移有关，位移(载荷)大了精度就要小(例如高精密的天平最大的载荷就一定小)。

附图说明

图1为本发明小冲杆连续压痕一体试验机系统的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种小冲杆连续压痕一体试验机系统，所述一体试验机系统包括：计算机控制系统、小冲杆试验系统、连续压痕试验系统，由一个控制系统、一个伺服电机控制两个试验台，通过编程或者调解参数保存多个试验的试验程序；

所述计算机控制系统包括试验机主机箱体，在试验机主机箱体上设置有试验机开关旋钮、急停按钮，以及控制试验台上下移动和移动速度的试验机控制面板，三个部分均位于试验机主机箱体的前侧，便于操作和控制试验机；试验机主机箱体还包括传感器接口、计算机接口，传感器接口能进行小冲杆试验和连续球连续压痕试验的切换；计算机接口将试验机与计算机连接；

所述小冲杆试验系统、连续压痕试验系统分别包括加载部分，测量部分，支撑部分；

所述加载部分包括压杆、夹具、冲杆、支撑台；压杆处于固定状态，与负荷传感器相连，用于给试样施加负荷；其中小冲杆试验台所能施加的载荷为0～3t，连续压痕试验台所能施加的载荷为0～10t，每个力传感器记录精度都是0.01N；

夹具分为内层定位套筒，外层紧固套筒，内外层套筒均分为上下两部分；内层定位套筒用于置放和定位试样及冲杆，下部分孔径为4.0mm，并且设有0.2mm×45°倒圆角；外层套筒用于固定内层套筒上下部分，其通过螺纹连接，旋紧后使试样周边处于固支状态；夹具内外层套筒配合使用，起到固定试样的作用，同时方便拆卸和试样的装填；

冲杆采用平头压杆和钢珠的结合，钢珠直径为2.5mm；在支撑台上方有可调解试样对中性的对中模块，通过支撑台带动夹具向上移动；此时，固定的压杆则通过冲杆给试样施加载荷，直至试样破坏；在各个试验台的顶端装有外接引伸计，准确记录试验时试样的变形；试验结束后根据材料的性质选择十字头的动作情况；

支撑台由大刚度的柱形钢锭制成，对于小冲杆试验台，支撑台上放置有对中模块，通过模块边缘的调整螺钉可调整小冲杆夹具与压杆的对中性，内径为φ45.5mm，将小冲杆夹具放于模块内，旋转调整螺钉微调夹具位置达到对中效果；压杆与负荷传感器通过双头螺柱连接，用于记录试验过程中所施加的载荷；

连续压痕压头夹持杆内部有镗孔，孔直径为φ7.3mm，更换不同尺寸的压头后，通过紧固螺钉将压头固定；

试验软件具有多种控制方式，可编程、可切换；曲线能进行多轴显示，叠加或者单个显示；试验软件具有满载保护及位置保护功能，实时记录显示试样的变形情况；

所述试验机系统的试验操作如下：将传感器引线接入小冲杆试验台或者连续压痕试验台的传感器接口，与计算机连接后，将试验机和计算机通电；将试样放入夹具中，置于支撑台上，上下移动支撑台将小冲杆夹具或连续压痕试样调到合适高度，并通过对中模块进行调解对中；打开操作软件，选择对应的试验程序，小冲杆试验SPT或连续球连续压痕试验Ball Indentation Test，按照试验程序进行试验；将实验数据进行保存。

实施例二

一种小冲杆连续压痕一体试验机系统，所述一体试验机系统包括：计算机控制系统、小冲杆试验系统、连续压痕试验系统，所述计算机控制系统分别连接小冲杆试验系统、连续压痕试验系统；

所述小冲杆试验系统包括第一支撑台、夹具、对中模块、压杆、第一引伸计、小冲杆试验台负荷传感器、小冲杆试验台引伸计；所述夹具用来固定试样及压杆；所述压杆与小冲杆试验台负荷传感器连接，用于给试样施加负荷；

所述连续压痕试验系统包括第二支撑台、连续压痕压头夹持杆、连续压痕实验台负荷传感器、连续压痕实验台引伸计；连续压痕压头夹持杆用来夹持压头，连续压痕压头夹持杆与连续压痕实验台负荷传感器连接，通过压头给试样施加负荷。

实施例三

如图1所示，本发明的小冲杆—连续压痕一体试验机系统，包括计算机控制系统，小冲杆试验系统和连续压痕试验系统。在试验机主机箱体(1)上设置有试验机开关旋钮(2)，急停按钮(4)，和控制试验台上下移动和移动速度的试验机控制面板(3)，三个部分均位于试验机主机箱体的前侧，便于操作和控制试验机。支撑台(7)和(15)由大刚度的柱形钢锭制成，对于小冲杆试验台，支撑台上放置有对中模块(8)，通过模块边缘的调整螺钉可调整小冲杆夹具与压杆的对中性，内径为φ45.5mm，将小冲杆夹具放于模块内，旋转调整螺钉微调夹具位置达到对中效果。压杆(9)与负荷传感器(10)通过双头螺柱连接，用于记录试验过程中所施加的载荷。小冲杆试验台负荷传感器(10)采用CELTRON STC-1000kg型称重传感器。连续压痕试验台负荷传感器(12)采用CELTRON STC-300kg型称重传感器。连续压痕压头夹持杆(14)内部有镗孔，孔直径为φ7.3mm，更换不同尺寸的压头后，通过紧固螺钉将压头固定。传感器接口(5)可进行小冲杆试验和连续球连续压痕试验的切换。计算机接口(6)将试验机与计算机连接。试验软件为Testworld，具有多种控制方式(可编程，可切换)、曲线可进行多轴显示(叠加或者单个显示)、满载保护及位置保护，实时记录显示试样的变形情况。

本发明的试验操作：将传感器引线接入小冲杆试验台(或者连续压痕试验台)的传感器接口(5)，与计算机连接后，将试验机和计算机通电。将试样放入夹具中，置于支撑台上，上下移动支撑台将小冲杆夹具(或连续压痕试样)调到合适高度，并通过对中模块进行调解对中。打开操作软件，选择对应的试验程序(小冲杆试验SPT或连续球连续压痕试验Ball Indentation Test))，按照试验程序进行试验。将实验数据进行保存。

综上所述，本发明提出的小冲杆连续压痕一体试验机系统，将小冲杆试验台和连续压痕试验台集合在同一个小型试验机上，并外接高精度的表式引伸计。与万能试验机改装后的小冲杆试验机和连续球连续压痕试验机相比，本机器结构紧凑，由机器刚度带来的误差也较小，操作简单，占用空间小，经济成本低；可间接促进国内外实验室间数据的共享和工业应用进程。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。