国标和美标同轴度检测方法的对比分析

薛文瑞，艾兆春，刘玉波

(黑龙江华安精益计量技术研究院有限公司，黑龙江哈尔滨150046)

0 引言

试验机的力学性能检定/校准过程中，同轴度检测项目一直占据着重要地位，对于使用者而言，力值和同轴度的准确性是影响实验结果的重要因素。所谓同轴度，是指试验机的试样夹持装置的上下夹具中心线与试验力轴线的重合程度，若同轴度指标不符合标准，将会导致弹性模量、塑性延伸长度及脆性材料等相关试验参数产生严重偏差。

1 检定/校准要求的对比分析

1.1 国标同轴度检定要求对比分析

国标中对于同轴度检定项目没有作统一安排，而是按试验机的用途和种类区别对待。表1列举了各型试验机的同轴度检定要求。

表1 国标同轴度检定项目区分

同轴度检定的终极目标是实现在不同的校准环境下，试验机的同轴度均能体现良好的复现性。对于静态试验设备，如拉伸试验机、应力断裂试验机和蠕变试验机等，在日常实验中，可以移动或改变一些设置，因此国标对于此型设备给予的同轴度误差范围较大;对于动态试验设备，如疲劳试验机等，在试验期间，一般不能改变或调整相关设置，因此其误差范围相对较小。

1.2 美标的同轴度校准分级

美标ASTM E1012-14《Standard Practice for Verification of Testing Frame and Specimen Alignment Under Tensile and Compressive Axial Force Application》(以下简称E1012-14)中对于试验机的同轴度参数进行了统一要求，规定了级别和最大允许误差，表2列举了E1012-14的校准分级。对于应变片式同轴度传感器，利用每一个平面的应变测量值，对试验机同轴度进行评级，如果各平面的分级结果不一致，则取最大值为最终分级结果。此外，E1012-14还对额定极限和相对极限的交叉点(微应变)作出了明确要求，5级时为2000微应变，8级时为1250微应变，10级时为1000微应变。

表2 同轴度校准分级

2 检定/校准内容对比分析

2.1 检定/校准的负荷点选择

2.1.1 国标的负荷点选择

国标中对于同轴度检定项目通常分两种情况考虑:

当试验机的量程不大于5 kN时，一般选择重锤法进行校验。拉伸空间应不小于500 mm，在上受力中心处悬挂一重锤，重锤的中心应处在以下受力中心为圆心的直径2 mm的圈内。

对于量程大于5 kN的试验机，采取同轴度测试仪进行校验。负荷点一般选择满量程的4%，同时试验力的最大值不应使试样产生塑性变形，测量试样相对两侧的弹性变形，在相互垂直的方向上各测量3次。蠕变试验机的负荷点一般为最大试验力的5%～30%。

2.1.2 美标的负荷点选择

E1012-14中对于试验机的量程没有特殊说明，但对于弯曲验证点提出了具体要求——至少有一个弯曲验证点应具有大于1000的轴向应变微应变。对于静态试验设备，除零负荷外，一般选择满量程的10%，20%和40%;对于动态试验设备，除零负荷外，还应有1000，2000和3000微应变点。

2.2 检定/校准的试验力加载及数据记录方式

国标的同轴度检定一般遵循以下步骤:首先将同轴度试样夹持在夹具上，施加试验机记录3次应变测量值，误差应满足表1要求。国标中对于加载试验力有指示性说明，先加载至最大试验力的1%后，进行同轴度指示装置调零，再缓慢加载至最大试验力的4%，这样做的优点是可以消除夹具间隙，使同轴度传感器达到最佳校验状态，示值相对更加准确;而E1012-14中对于此项没有特殊要求。

E1012-14的同轴度校验则相对复杂。对于应变片式同轴度校准装置，首先要确认同轴度传感器是否处于正常线性状态，如果异常，则须进行缺陷修正;记录零负荷点的应变测量值，在数据处理过程中可不计算此点的弯曲百分率;然后至少在三个离散点上进行加载，记录应变测量值，在这些离散数据点的采集过程中，应变片式同轴度传感器上力的变化不应超过1%。

2.3 同轴度传感器的方位性

对于国标同轴度检定，没有具体要求传感器的方位性。

E1012-14中，对于扁平式同轴度传感器，需要记录0°和180°两个方位的应变测量值;对于圆棒式同轴度传感器，一般采取0°，90°，180°和270°四个方位采集。这样做的优点是能更好的获取应变片式传感器的重复性信息，同时提高同轴度测量的准确性。

3 结束语

本文针对现行国标和美标(ASTM E1012-2014)中同轴度检测项目的差异进行了对比分析与解释。国标和美标对于同轴度检测方法的要求各有侧重点，但检测目标的相似性会促使两者的修订版中出现相互补足和借鉴的地方，也会对同轴度校准规范的国际统一性产生推动作用。

［1］国家质量监督检验检疫总局.JJG 475-2008电子式万能试验机［S］.北京:中国计量出版社，2008.

［2］国家质量监督检验检疫总局.JJG 139-2014拉力、压力和万能试验机［S］.北京:中国计量出版社，2014.

［3］国家质量监督检验检疫总局.JJG 556-2011轴向加力疲劳试验机［S］.北京:中国计量出版社，2011.

［4］国家质量监督检验检疫总局.JJG 276-2009高温蠕变、持久强度试验机［S］.北京:中国计量出版社，2009.

［5］ASTM.ASTM E1012-2014 Standard Practice for Verification of Testing Frame and Specimen Alignment Under Tensile and Compressive Axial Force Application［S］.2014.

［6］国防科工委科技与质量司.力学计量:上册［M］.北京:原子能出版社，2002.