一种检测金属材料损伤的微电阻测量夹具装置及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电阻及微电阻变化测量的技术领域，具体是一种通过检测微电阻变化来表征金属材料损伤演化的电阻测量夹具装置，并介绍这种电阻测量夹具装置的使用方法。
【背景技术】
[0002]金属及其合金材料通常作为结构材料使用，由其制成的构件在服役过程中需承受各种复杂载荷和环境的作用，因而其力学性能处于一个逐渐劣化的过程。材料损伤检测不仅是结构完整性评估的基础，也是工程机械和结构损伤容限设计的基础。因此，对于金属材料在各种简单或复杂载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合加载)作用下的分级加载损伤的测量，尤其是蠕变、疲劳、蠕变疲劳交互作用下损伤的测量以及环境作用下损伤的测量就成为金属材料强度理论与应用中的基础性工作。关于金属材料损伤的表征方法，既可以采用金属材料的力学性能参数、机械性能参数的变化来度量，也可以采用金属材料物理性能参数的变化来度量。由于电阻对损伤引起的金属材料微观组织变化具有精确性和敏感性，且金属材料的电阻测量简单易行，因而基于电阻法的金属材料损伤表征得到广泛应用。但是，在测量电阻的过程中，由于试件本身电阻小，试件加载或环境作用后电阻变化量更小的特点，若不采用专门设计的电阻测量夹具，则会给微电阻的测量带来很大的困难。
[0003]在分级加载、疲劳、蠕变加载等载荷模式或环境作用下，金属试件的电阻是过程变化量，需要进行多次测量。一般的测量方法是将两根探针直接搭在试件的两端，或者搭在试件试验段标线位置处。但是，这种测量电阻的方法不能保证每次探针搭在同一个位置，同时，人手持探针时总会抖动或受到其他外界因素干扰。探针位置的不确定性，探针在试件测量部位的抖动和在试件表面的滑动，均会导致电阻读数的不稳定，电阻测量的准确度和精确度不高，难以分辨载荷或环境作用下电阻的微弱变化。因此，有必要设计一种有效检测金属材料损伤的微电阻测量夹具装置，并介绍该装置的使用方法，用以精确测量试件的初值电阻阻值以及在载荷或环境作用下的现时电阻阻值，应用电阻变化率来表征金属材料的损伤演化过程。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种检测金属损伤的微电阻测量夹具装置及使用方法，具有操作简单、数据稳定性好、测量精确度高、测量准确度高、测量误差小、应用范围广的优点。
[0005]本发明一种检测金属材料损伤的微电阻测量夹具装置包括:两块用于固定金属试件1的上试件固定片2和下试件固定片3(试件固定片2和3材质为金属，固定片2和3均中心冲孔);两根用于测量金属试件电阻的探针4和5 ;两块用于固定探针的上探针固定片6和下探针固定片7 (探针固定片6和7材质为金属；探针固定片6和7均中心冲孔，孔径小于探针笔头上部凸台直径，且孔径大于探针笔身直径)；两根用于串接上、下试件固定片(2和3)和上、下探针固定片(6和7)的螺杆8和螺杆9 ;两个用于固定上试件固定片2的螺母10和螺母11 (螺母配置垫片)；两个用于固定下试件固定片3的螺母12和螺母13 (螺母配置垫片)；两个用于固定上探针固定片6的螺母14和螺母15 (螺母配置垫片)；两个用于固定下探针固定片7的螺母16和螺母17 (螺母配置垫片)；两块用于试件与试件固定片6和7之间绝缘的上绝缘垫片18和下绝缘垫片19，绝缘垫片中心冲孔，孔径小于试件固定片2和3的孔径且与探针针头直径相当，以保证探针4和5与试件有效接触并防止探针与试件端面之间的相对滑动。
[0006]本发明提供一种检测金属材料损伤的微电阻测量夹具装置的使用方法，采用如下技术方案。
[0007]步骤一、将试件沿轴向放在上试件固定片2和下试件固定片3之间，旋转试件固定片螺母10、11、12、13，使上试件固定片2和下试件固定片3慢慢靠拢，直至上试件固定片2和下试件固定片3将试件夹持固定，并保证试件1的中轴线、上试件固定片2和下试件固定片3中心通孔中心连线、上绝缘垫片18和下绝缘垫片19中心小孔中心连线三线重合。
[0008]步骤二、探针4针头穿过绝缘垫片18的中心小孔并慢慢靠近试件，直至探针刚好接触到试件，旋转探针固定片螺母14、15，使探针固定片6移动，将探针4固定，以防止探针4与试件脱落，保证探针4与试件接触的稳定性。
[0009]步骤三、探针5针头穿过绝缘垫片19的中心小孔并慢慢靠近试件，直至探针刚好接触到试件，旋转探针固定片螺母16、17，使探针固定片7移动，将探针5固定，以防止探针5与试件脱落，保证探针5与试件接触的稳定性。
[0010]步骤四、将探针由导线接出，配合灵敏电阻电桥电路，测量金属试件的初始电阻阻值。
[0011]步骤五、依次反向旋转探针固定片螺母16、17，松开探针固定片7，将探针针头与试件分离；反向旋转试件固定片螺母12、13，松开试件固定片3，将试件取出。
[0012]步骤六、将试件夹持在材料试验机上，进行疲劳、蠕变、蠕变疲劳交互作用试验，或者温度、腐蚀性环境试验。
[0013]步骤七、将经历一定载荷历程或环境作用下一段时间的试件取出，重复步骤一、步骤三。
[0014]步骤八、将探针用导线接出，配合灵敏电阻电桥电路，测量经历载荷或环境作用后金属试件的现时电阻阻值，计算电阻变化率。
[0015]步骤九、重复步骤五、步骤六、步骤七、步骤八，依次测量不同载荷或环境历程下金属试件电阻阻值，记录各次电阻试验数据，直至试件达到损伤容限而失效。
[0016]本发明为一种检测金属材料损伤的微电阻测量夹具装置及使用方法，与现有技术相比，本发明创新点和有益效果包括以下几个方面。
[0017]1.本发明在检测微电阻和微电阻变化方面，具有操作简单、测量电阻数据稳定性好、测量精确度高的特点。电阻对损伤引起的金属材料微观组织变化具有精确性和敏感性，在载荷或环境作用下，试件的电阻是一个过程变化量，需要进行多次测量。金属试件的初始电阻阻值很小，而经历一定载荷或环境作用后试件的现时电阻阻值与初始电阻阻值相比，其变化量更小。采用该电阻测量夹具装置，可以保证每次探针与试件在同一位置接触，探针在试件端部固定，避免探针的抖动和在试件表面的滑动，保证测量试件电阻时电阻阻值读数的稳定性，可有效提尚微电阻测量的精确度。
[0018]2.本发明一种检测金属材料损伤的微电阻测量夹具装置配合灵敏电阻电桥电路，既可以降低由于试验方法、所用测量仪器、试验条件的控制以及试验者本身的主观因素造成的电阻测量系统误差，也可以提示试验者严格按照微电阻测量夹具装置的使用方法和微电阻测量试验规程办事，尽量避免微电阻测量过程中的过失误差，提高金属材料试件微电阻测量的准确度。
[0019]3.本发明一种检测金属材料损伤的微电阻测量夹具装置及使用方法适用范围广，既适用于金属试件在各种简单或复杂载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合加载)作用下的分级加载损伤的测量，也适用于金属试件在蠕变、疲劳、蠕变疲劳交互作用下损伤的测量；既适用于金属试件在常温静载或动载作用下损伤的测量，也适用于金属试件在高温静载或动载作用下损伤的测量；既适用于金属试件在载荷作用下损伤的测量，也适用于金属试件在环境作用下损伤的测量。
[0020]总体来说，本发明一种检测金属材料损伤的微电阻测量夹具装置及使用方法，具有操作简单、数据稳定性好、测量精确度高、测量准确度高、测量误差小的优点，能够推广应用于各种载荷或环境作用下金属材料试件的损伤检测，跟踪金属材料电阻的微小变化，利用电阻变化率表征金属材料的损伤。本发明适用于微电阻及微电阻变化测量领域。
【附图说明】
[0021]图1为本发明整体结构图。
[0022]图2为整体结构侧面图。
[0023]图3为整体结构剖面图。
[0024]图4为试件固定片2三视图。
[0025]图5为试件固定片3三视图。
[0026]图6为探针固定片6 (7)三视图。
[0027]1 一金属试件，2一上试件固定片，3一下试件固定片，4、5—探针，6一上探针固定片，7—下探针固定片，8—左螺杆，9一右螺杆，10、11、12、13、14、15、16、17—螺母，18—上绝缘垫片，19 一下绝缘垫片。
[0028]图7根据本发明实施例的测试结果图。
【具