一种测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置的制作方法

本实用新型属于检测设备技术领域，涉及一种测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置。

背景技术：

拉伸性能是材料的基础力学性能，通过拉伸测试可以得到材料塑性和强度等性能表征参数，主要包括：断后延伸率(A)、断面收缩率(Z)、屈服强度和抗拉强度等，其中A和Z是表征材料塑性的重要参数。

如图1所示，测量A和Z时，一般需要先将材料断开的两部分的拉伸断口21彼此重合对接，而且对接时必须使拉伸断口21完全重合且断面同轴，以复型拉伸失效样品在断开时的整体形貌；然后再测量复型后的标距段以及颈缩段的长度；最后分别通过标准公式计算得到A和Z。

以上A和Z测量过程的关键在于拉伸失效样品的拉伸断口21对接复型，该操作较为精细，一般通过人手操作完成。但利用人手操作拉伸断口21对接复型存在以下缺点：

(1)人手操作拉伸断口21对接复型时，不可避免的拉伸断口21间的接触、摩擦会对试样的拉伸断口21的形貌造成破坏，从而影响后续的拉伸断口21的微观分析；

(2)人手操作拉伸断口21对接复型时，对操作人员的操作技巧和工作状态要求高，拉伸断口21的对接操作的过紧、过松或者不同轴，都会出现人为操作引起的偏差；

(3)对于一些特殊的，有毒有害的拉伸失效样品，例如放射性样品和腐蚀样品，由于样品对人体有害，无法进行人手操作。

为了减小人手操作断口对接造成的偏差，目前已开发了一些辅助装置用于圆棒样品的断口对接。但此类辅助装置需要试验人员将试样安装在装置夹头上锁紧，并旋转样品使断口吻合对接，存在以下问题：

(1)装置操作时无法避免对试样断口造成损伤；

(2)装置需要试验人员进行操作，因此只适用于普通材料的操作，无法适用于有毒有害试样，例如放射性样品和腐蚀样品的操作；

(3)装置的操作对于试验人员来说较为简单，但对自动化辅助装置来说仍较为复杂，因此在开展有毒有害样品的试验时，由于自动化辅助装置(如：远程机械手)仅能实现简单操作动作而无法胜任。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置，以能够在不破坏断口的情况下通过简单的操作测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率，并尤其适用于有毒有害拉伸失效样品的测量。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本实用新型提供一种测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置，所述的装置包括显微照相系统、旋转夹头和控制箱，

所述的显微照相系统用于拍摄所述的拉伸试样在不同位置的照片；

所述的旋转夹头在所述的控制箱的遥控操作下实现所述的拉伸试样的夹紧和旋转。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置，其中所述的显微照相系统包括高清镜头、图像采集/控制单元和显示器，

所述的图像采集/控制单元分别与所述的高清镜头、所述的显示器连接，用于将所述的高清镜头采集的图像信号转换传送至所述的显示器进行显示，并控制保存所述的高清镜头采集的高清图片。

在一种优选的实施方案中，本实用新型提供一种测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置，其中所述的旋转夹头包括嗦咀机构和旋转驱动机构，

所述的嗦咀机构用于夹持所述的拉伸试样，其嗦咀夹持部位呈圆形，嗦咀张开时内径尺寸略大于所述的拉伸试样夹持部位尺寸，嗦咀夹紧时内径尺寸略小于所述的拉伸试样夹持部位尺寸；

所述的旋转驱动机构用于驱动夹持的所述的拉伸试样的旋转。

在一种更加优选的实施方案中，本实用新型提供一种测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置，其中所述的控制箱包括嗦咀控制单元和旋转控制单元，

所述的嗦咀控制单元与所述的嗦咀机构相连，用于控制嗦咀的张开和夹紧；

所述的旋转控制单元与所述的旋转驱动机构相连，用于控制所述的嗦咀机构的旋转。

本实用新型的有益效果在于，利用本实用新型的测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置，能够在不破坏断口的情况下通过简单的操作测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率，并尤其适用于有毒有害拉伸失效样品的测量。

本实用新型的有益效果具体体现在：

(1)操作简单。除了需要将测试样品端部放入旋转夹头外，其他操作均可通过控制箱实现。

(2)不破坏测试样品断口。测试样品的对接复型是通过照片进行的，测试样品断口间不用接触。

(3)可方便地应用于有毒有害样品的测量。在测量有毒有害样品时，可将显微照相系统和旋转夹头置于屏蔽区域(如：热室)内，将控制箱置于安全区域外，然后利用机械手或其他简易辅助装置将拉伸失效样品装入气动旋转夹头中即可完成测试样品的测量。

附图说明

图1为现有技术的拉伸失效材料样品的人工断口对接复型原理示意图。

图2为示例性的本实用新型的测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置的组成结构图。

图3为利用示例性的本实用新型的测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置实现拉伸试样复型合成的原理示意图。

具体实施方式

示例性的本实用新型的测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的装置的组成结构如图2所示，包括显微照相系统8、旋转夹头9和控制箱10。

显微照相系统8用于拍摄拉伸试样11在不同位置的照片。显微照相系统8包括高清镜头1、图像采集/控制单元3和显示器2。图像采集/控制单元3分别与高清镜头1、显示器2连接，用于将高清镜头1采集的图像信号转换传送至显示器2进行显示，并控制保存高清镜头1采集的高清图片。

旋转夹头9在控制箱10的遥控操作下实现拉伸试样11的夹紧和旋转。旋转夹头9包括嗦咀机构5和旋转驱动机构4。嗦咀机构5用于夹持拉伸试样11，其嗦咀夹持部位呈圆形，嗦咀张开时内径尺寸略大于拉伸试样11夹持部位尺寸，嗦咀夹紧时内径尺寸略小于拉伸试样11夹持部位尺寸。旋转驱动机构4用于驱动夹持的拉伸试样11的旋转。

控制箱10包括嗦咀控制单元7和旋转控制单元6。嗦咀控制单元7与嗦咀机构5相连，用于控制嗦咀的张开和夹紧。旋转控制单元6与旋转驱动机构4相连，用于控制嗦咀机构5的旋转。

利用上述示例性的装置测量拉伸试样断后延伸率和断面收缩率的示例性的方法包括如下步骤(部分原理参见图3)：

(1)将拉伸试样11断裂后的两段先后装入嗦咀机构5；

(2)利用控制箱10实现拉伸试样11的夹紧和旋转，并利用显微照相系统8先后拍下拉伸试样11断裂后的两段的标距段34的照片；

(3)对不同照片上的拉伸试样11断裂后的两段进行拼合，以使断口完全吻合；

(4)测量断后拼接样品的断后标距Lu(即图3的下图中的A4，为第一标距线31与第二标距线32之间的距离)及断后最小直径du(即图3的下图中的B2，即拼接样品的断口的最小直径)的像素长度，利用测量前标定得到的照片像素长度与实际尺寸的关系，换算得到Lu及du的实际尺寸，由此计算得到断后延伸率A和断面收缩率Z，计算公式分别如下：

式中，

Lu为试样断开后紧密对接在一起，并且保证两部分的轴线位于同一条直线上时测量得到的标距长度，单位mm；

L0为根据拉伸标准制定的原始样品的第一标距线31与第二标距线32之间的标距长度(见图3的上图，即该图中的距离A1)，单位mm；

du为试样断开后紧密对接在一起，并且保证两部分的轴线位于同一条直线上时测量的最小直径，单位mm；

d0为原始样品标距段的最小横截面直径(见图3的上图，即该图中的距离B1)，单位mm。

此外，对上述示例性的本实用新型的方法中未提及到的图3中的其它相关原理解释如下。

第一标距线31与第二标距线32为分别在拉伸试样11断裂前的合二为一的试样平行段33上刻画的两条垂直于拉伸试样11轴线的直线。标距段34为拉伸试样11位于第一标距线31与第二标距线32之间的一段。标距段34的长度一般取5mm的整数倍，如5mm、10mm等，具体值根据拉伸试验标准进行制定。在图3的中图中，对于拉伸试样11断裂后的两段，A2为第一标距线31至断面的距离，A3为第二标距线32至断面的距离。

当上述方法测量的拉伸试样11为有毒有害样品，尤其是放射性样品或腐蚀性样品时，将显微照相系统8和旋转夹头9置于屏蔽区域(如热室)内，将控制箱10置于屏蔽区域外，并利用机械手或其他简易辅助装置将拉伸试样11装入嗦咀机构5中。

上述示例性的方法的操作举例如下。

(1)将拉伸试样11断裂后的一段(图3中左段)放置在嗦咀机构5中(为松开状态)；

(2)操作控制箱10，使嗦咀机构5夹紧拉伸试样11的端部；

(3)操作控制箱10，使拉伸试样11的第一标距线31正面朝向显微照相系统8；

(4)操作显微照相系统8，拍下能清晰反映拉伸试样11标距段34形貌的照片；

(5)重复步骤(1)至(4)，拍下拉伸试样11断裂后的另一段(图3中右段)的标距段34形貌的照片；

(6)通过图片合成，将拉伸试样11断裂后的两段样品合成为一个整体；

(7)测量合成图片中标距段34及断后最小直径du的像素长度；

(8)根据试验前标定好的单位像素长度-实际尺寸关系，进行简单换算得到标距段34及断后最小直径du的实际尺寸长度；

(9)最后，通过如前所述的计算公式计算即可得到断后延伸率A和断面收缩率Z。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本实用新型的举例说明，本实用新型也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本实用新型的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本实用新型的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本实用新型的范围内。