一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，包括定倍定焦型长距离显微镜，三维调节平台包含粗调节和精调节，CCD工业相机，计算机。可替代传统的疲劳裂纹监测方法，能够实时在线检测试样两个表明疲劳裂纹的扩展过程，可以获得符合标准要求的尖锐平直裂纹。本实用新型专利技术可以解决疲劳裂纹预制困难的问题，尤其是含有残余应力焊缝以及焊接热影响区的试样。它操作简便，可靠性高，提高了测量精度和效率，极大的减小了人为因素所导致不合格的断裂韧性试样。

An on-line monitoring device for crack length of metal material fracture toughness specimen

The utility model discloses an on-line monitoring device for the crack length of a metal material fracture toughness sample, which comprises a fixed time and fixed focus long-distance microscope, a three-dimensional adjusting platform including coarse adjustment and fine adjustment, a CCD industrial camera and a computer. Instead of the traditional fatigue crack monitoring method, it can detect two samples on-line in real time to show the process of fatigue crack growth, and can obtain sharp straight cracks that meet the requirements of the standard. The utility model can solve the problem of difficult fatigue crack prefabrication, in particular to the sample with residual stress weld and welding heat affected zone. It has the advantages of simple operation, high reliability, high measurement accuracy and efficiency, and greatly reduces the unqualified fracture toughness specimen caused by human factors.

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置
本技术属于金属材料断裂韧度性能测定
，特别涉及试样中所预制疲劳裂纹长度长距离在线监测装置。
技术介绍
断裂韧度被广泛应用于评价材料包括母材、焊缝和热影响区抵抗断裂的性能。对于实验室断裂韧性试样，通常采用机械加工的方式加工出一段槽，然后通过疲劳试验按标准中所推荐的预制规程预制一2mm左右的尖锐裂纹。在做断裂试验尤其低温脆性断裂试验，疲劳裂纹的长度会显著影响试验结果。因而在ASTME1921标准中就对预制疲劳裂纹过程做出严格规定第一：经过九点法测得的预制裂纹长度的平均值和九点裂纹的差值不能超过试样厚度的5％或0.5mm的最大值，若超过则为无效试样。第二：对焊缝或者热影响区试样由于裂纹面周围组织的不均匀性和试样中残存的残余应力会导致裂纹在扩展过程中发生偏转，若偏转过大则为无效试样。在断裂韧性整个测试的过程中，疲劳裂纹的精确测量是关键因素之一。目前所采用的测量疲劳裂纹的方法主要分为两类一类是直接法，如普通读数法，原位测量法，应变片法；另一类是间接法用其他的物理信号反应裂纹长度的变化，如声发射法，等效电位法等，其中尤以普通读数法的精度相对较高。普通读数法的的操作步骤是在若干次循环后将试样从疲劳试验机卸下，并将其放置在金相显微镜下读取裂纹的长度，这种方法虽然精度较高但也存在如下问题。读数时，必然要停止试验机的平均载荷和交变载荷，从而形成“加载-停止读数-读数-再次加载”的间断式测量模式，测量效率低下，费事费力。并且重新装夹可能会导致试样夹持和对中性参数发生变化，影响试验结果。其次，卸载过程破坏了疲劳裂纹扩展的连续性。因此，为获得准确的金属材料断裂韧度，寻求更加准确的疲劳裂纹测试方法至关重要。本技术针对疲劳裂纹直/间接法的不足，提出采用长距离显微观测系统和万象调节支架等设备的结合，以达到提高疲劳裂纹扩展长度测量的精确度和实现对疲劳扩展过程可视化的目的，提出具体的实施方案。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便、测量准确的金属材料断裂韧性试样疲劳裂纹在线测量装置，从而可以精确的确定抗断裂指标，这对很多重要结构的设计和制造具有重要意义。其优点是整个测量过程不受人为干扰，裂纹实时长度和偏转角度可以在计算机中的软件在线测量，裂纹扩展过程由CCD工业相机实时捕捉传输到计算机以实现扩展过程可视化。本技术的技术方案：一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，包括长距离显微镜，所述长距离显微镜水平安装在万象微调平台上，所述万象微调平台固定在型钢支架上；长距离显微镜的目镜端与CCD相机的镜头端相连，长距离显微镜的物镜面对准试样表面，试样平行的两个侧面分别对应两套测量系统；CCD工业相机的信号输出端与计算机相连，可在功能软件上实现呈像和测量；所述金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置可以实现长距里断裂韧性试样两个表面裂纹的实时检测。进一步，所述型钢支架置于固定底座上。进一步，所述万象微调平台为精定位平台，其由万象支架构成，能够支持三个方向上的微调节。根据本技术所述一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，所述装置包括三维调节平台，所述三维调节平台包括粗定位平台和精定位平台，粗定位平台由型钢支架连接底座构成，可支持在Y方向上移动；精定位平台由万象支架构成，能够支持三个方向上的微调节。根据本技术所述一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，长距离显微镜是定倍定焦型，因而避免了繁杂的标定流程；其视场范围为4mm，分辨率为1μm。根据本技术所述一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，所述长距离显微镜中工业相机、定倍镜头、定焦镜头、物镜镜头等顺序连接。根据本技术所述一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，所述装置包含工业相机和接收模块，可将图像信号转化并传递到计算机上；通过计算机的测量装备，可以实时测量裂纹的长度和偏转角。本技术中一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置两个光源通过，固定在型钢底座上。本技术中疲劳裂纹长距离显微观测系统包括：长距离显微镜、工业相机CCD、定倍定焦镜头、可调节平台底座、光源、计算机配备拍照测量等功能软件；所述长距离显微镜水平安装在万象微调平台上，万象平台固定在型钢支架上；所述CCD相机的镜头端与长距离显微镜的目镜端相连，显微镜的物镜面对准试样表面，试样平行的两个侧面分别对应两套测量系统；所述CCD工业相机的信号输出端与计算机相连，可在功能软件上实现呈像和测量。其简要的测量方法如下：(a)使用夹具将简单抛光后的试样装夹在疲劳试验机上，通过粗调旋钮和滑动型钢位置让目镜镜头大致正对试样表面；(b)连接两套CCD相机与计算机系统，打开光源并调整光源位置使其对准试样表面；(c)通过微调旋钮，调节上下左右方向使机加工槽尖端落在呈现系统合适的位置，使其呈现清晰的表面；(d)启动疲劳试验机，参考ASTME1921中所确定预制疲劳裂纹规程，输入平均载荷和交变载荷。通过显示屏中的实时图像就可以精确的测量试样两个表面裂纹的长度；如果发现两个表面所测得长度差超过0.1mm，那应该及时停机调转试样夹持方式，以此来补偿两边裂纹差值，以此循环直到测得两个表面的裂纹都达到2mm的预制裂纹。同时，还可以根据CCD摄像头采集到的照片分析裂纹偏转过程中扩展方向发生便移的原因，这样可以及时做出调整，以免得到无效的断裂韧性试样。为了解决长距离显微观测系统的定位问题，同时配备了型钢定位平台和万象支架。在水平和竖直方向同时配备了粗调和微调系统。两者相结合不仅可以准确定位而且降低了成本。利用型钢的稳定性和定位槽既可以形成稳定支架，亦可粗调水平位置。万象平台属微调平台可以定位到试样面任意位置。本技术的有益效果：本技术结合长距离显微镜，定位型钢和万象支架，CCD工业相机，信号转换系统，光源，计算机等设备采集裂纹尖端的图像，提出了一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，实现了断裂韧性试样疲劳裂纹预制过程中实时测量和可视化。可以精确的测量任意时刻疲劳裂纹的长度，当对两个表面长度差超过0.1mm时，通过循环对调补偿的方法可以解决两个表面扩展速度不一的问题，从而可以预制出符合标准要求的预裂纹。实时的裂纹图像，还可以帮助我们测量裂纹扩展过程中的偏转角，这可以帮助我们采集图像分析偏转原因，以期达到可以得到平直而且扩展均匀的裂纹。长距离显微镜选用的是定倍定焦型，放大倍数和焦距为，这样做的好处是大大减小操作的复杂性，不需要变动放大倍数和焦距，只需要通过粗微调节平台即可在显示屏中呈现清晰的像。又由于是定倍定焦除此标定确定基准后，就不需要每次都标定了，这样极大的减小了工作量。附图说明图1是本技术的一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置图；图2是长距离显微镜装置图；图中：1-CCD相机，2-计算机显示器，3-Y方向微调旋钮，4-固定底座，5-X方向微调旋钮，6-长距离显微镜，7-CT试样，8-万象支架，9-Y方向粗调平台，10-定倍镜头结构示意图，11-定焦镜头结构示意图，12-物镜镜头结构示意图，13-Z方向微调旋钮。具体实施方式下面结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，其特征在于：包括长距离显微镜，所述长距离显微镜水平安装在万象微调平台上，所述万象微调平台固定在型钢支架上；长距离显微镜的目镜端与CCD相机的镜头端相连，长距离显微镜的物镜面对准试样表面，试样平行的两个侧面分别对应两套测量系统；CCD工业相机的信号输出端与计算机相连，可在功能软件上实现呈像和测量；所述金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置可以实现长距里断裂韧性试样两个表面裂纹的实时检测。

【技术特征摘要】
1.一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，其特征在于：包括长距离显微镜，所述长距离显微镜水平安装在万象微调平台上，所述万象微调平台固定在型钢支架上；长距离显微镜的目镜端与CCD相机的镜头端相连，长距离显微镜的物镜面对准试样表面，试样平行的两个侧面分别对应两套测量系统；CCD工业相机的信号输出端与计算机相连，可在功能软件上实现呈像和测量；所述金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置可以实现长距里断裂韧性试样两个表面裂纹的实时检测。2.根据权利要求1所述一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，其特征在于：所述型钢支架置于固定底座上。3.根据权利要求1所述一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置，其特征在于：所述万象微调平台为精定位平台，其由万象支架构成，能够支持三个方向上的微调节。4.根据权利要求1所述一种金属材料断裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚林，惠虎，张俊宝，丛大志，柳胜华，周忠强，丛湘纯，
申请(专利权)人：华东理工大学，上海核工程研究设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31