【CN209606222U】一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置【专利】
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6 .根据权利要求1所述的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。
7 .根据权利要求1所述的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。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )实 用新型专利
(21)申请号 201920047197 .2
(22)申请日 2019 .01 .11
(73)专利权人 华东理工大学 地址 200237 上海市徐汇区梅陇路130号 专利权人 上海核工程研究设计院有限公司
(72)发明人 张亚林 惠虎 张俊宝 丛大志 柳胜华 周忠强 丛湘纯
2
CN 209606222 U
说 明 书
1/4 页
一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置
技术领域 [0001] 本实用新型属于金属材料断裂韧度性能测定技术领域，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。
背景技术 [0002] 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ASTM E1921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。 [0003] 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。 [0004] 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。 [0005] 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。本实用新型针对疲劳裂纹直/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。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
CN 209606222 U
CN 209606222 U
权 利 要 求 书
1/1 页
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；
4 .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。
5 .根据权利要求1所述的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：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。
实用新型内容 [0006] 本实用新型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。 [0007] 本实用新型的技术方案： [0008] 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
(74)专利代理机构 上海三和万国知识产权代理 事务所(普通合伙) 31230
代理人 任艳霞
(51)Int .Cl . G01N 3/08(2006 .01) G01N 3/06(2006 .01)
(10)授权公告号 CN 209606222 U (45)授权公告日 2019.11.08
( 54 )实用新型名称 一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线
监测装置 ( 57 )摘要
本实 用新型公 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。
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所述一种金属来自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。
7 .根据权利要求1所述的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。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )实 用新型专利
(21)申请号 201920047197 .2
(22)申请日 2019 .01 .11
(73)专利权人 华东理工大学 地址 200237 上海市徐汇区梅陇路130号 专利权人 上海核工程研究设计院有限公司
(72)发明人 张亚林 惠虎 张俊宝 丛大志 柳胜华 周忠强 丛湘纯
2
CN 209606222 U
说 明 书
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一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线监测装置
技术领域 [0001] 本实用新型属于金属材料断裂韧度性能测定技术领域，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。
背景技术 [0002] 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ASTM E1921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。 [0003] 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。 [0004] 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。 [0005] 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。本实用新型针对疲劳裂纹直/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。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
CN 209606222 U
CN 209606222 U
权 利 要 求 书
1/1 页
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；
4 .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。
5 .根据权利要求1所述的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：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。
实用新型内容 [0006] 本实用新型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。 [0007] 本实用新型的技术方案： [0008] 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
(74)专利代理机构 上海三和万国知识产权代理 事务所(普通合伙) 31230
代理人 任艳霞
(51)Int .Cl . G01N 3/08(2006 .01) G01N 3/06(2006 .01)
(10)授权公告号 CN 209606222 U (45)授权公告日 2019.11.08
( 54 )实用新型名称 一种金属材料断裂韧性试样裂纹长度在线
监测装置 ( 57 )摘要
本实 用新型公 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。
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所述一种金属来自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。