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材料试验机同轴度的好坏对材料性能的试验结果影响很大。 美国标准ASTM E1012-2014和中国相关检定规程都描述了如何测试试验机的同轴度，但两者的方法和溯源思路不同。

国际标准ISO 23788:2012《金属材料疲劳试验机的同轴度检验》也对同轴度的测试进行了描述。 该标准类似于 ASTM E1012。 主要区别在于 ISO 23788:2012 使用 2 层 8 个应变片。 而ASTM E1012-2014使用了3层共12个应变片。 中国标准GB/T 34104-2017等同于ISO 23788:2012。

美标与我国检定规程的主要区别在于样杆、方法流程、分级标准、计量溯源等方面。 为了验证这两种试验机同轴度测试方法的可靠性，上海市质量监督检验技术研究院和GTM计量测试技术（中国）办公室的三位研究人员进行了对比。 将测试作为确认两种方法之间差异的一种方式。

一、试验设备及试验方法

1.1

测验设备

根据ASTM E1012-2014，4个应变片位于样条不同方位的同一层，在样条的第二层或第三层共布置8个或12个应变片，如图所示1.

图1 ASTM同轴度标准样棒示意图

用于检测同轴度的装置包括标准样品杆和12通道数据采集系统及分析软件。 这套设备由德国ZwickRolle Group制造和提供。

使用精度等级为 0.5 级的 50kN 材料试验机进行该对比试验。 多路数据采集系统为QuantumX型MX1615B多路数据采集系统，激励电压设置为10V全桥。 该装置共有12个通道，对应于标准样品棒上的12个应变片。

根据中国检定规程JJG 475-2008《电子试验机检定规程》和JJG 556-2011《单轴疲劳试验机检定规程》，同轴度检定装置为一套双引伸计。 双引伸计，顾名思义，有两个引伸计。 一个安装在测试杆的左侧，另一个安装在右侧。 伸长计用于测量试棒在拉伸过程中的伸长量。 如果试验机的同轴度理想，那么理论上两个引伸计测得的试棒伸长率是相同的。

1.2

样品棒准备

样杆具体信息如表1所示，样杆尺寸如图2所示。

表1 样条信息

图2 样条尺寸示意图

1.3

实验方法

1.3.1 依据美国标准ASTM E1012—2014

(1) 夹住标准样品杆上端，清除信号试验机的引伸计，再夹住下端。 机器先用小力检查所有12路信号是否反应正常，然后卸载。

(2) 将机器平稳地驱动到机器满量程的4%、6%和8%，即2kN、3kN和4kN。 计算机软件将分别记录和分析这三个负载点的信号数据。 （原版美标要求加载满量程的10%、20%、40%，为方便对比，本次测试仅加载到满量程的4%、6%、8%） .

(3) 卸荷至0，将标准样品杆转至180°位置，再按上述步骤进行。

(4) 卸荷至0，将标准样品杆从180°方位转回初始位置，再按步骤2操作。

1.3.2 根据中国验证规定

(1) 夹住样品棒的两端。

(2)加载一个力(机器满量程的0.5%)，然后将双引伸计对称地安装在试样杆上，如图3所示，驱动机器至满量程的1%负载，然后清除信号。 平稳地驱动机器加载到满量程的 10%，这个过程称为预加载。 重复 3 次。

(3) 卸载至 0 负载，然后加载至 1% 负载，并清除双引伸计信号。 然后平稳加载到机器的4%、6%、8%，记录所有数据。 （原装量为4%、6%、8%和10%，为方便本实验简化为4%、6%和8%）。

(4) 拆卸双引伸计，然后将其装回图3所示位置，重复步骤2、3。

图3 双引伸计位置示意图

2 数据分析

根据美国标准ASTM E1012-2014，根据柱状标准样杆的计算公式计算应变片中间层的数据，如表2所示，可以看出，得到的最小弯曲数据为 10.7%，这是在负载力为 4kN（机器 50kN 的 8% 负载点）时获得的。

表2 ASTM标准试棒中层应变片数据

根据中国规定的计算公式计算出同轴度数据，见表3。

表3 中国检定规程测得的同心度数据

对比表2和表3可以看出，美国标准测得的曲率值几乎是中国检定规程测得的同轴度值的两倍。

3 讨论

对于同轴度的分级，美国标准和中国检定规程不同。 美标只提同轴度等级试验机的引伸计，不提试验机等级。 中国法规规定，不同精度等级的试验机对应不同等级的同轴度指标。 美标等级为5、8、10，对应的弯曲度为5%、8%、10%。 中国检定规程分级为0.5、1、2。20%。

测试没有按美标要求施加足够的载荷，得出10.7%的弯曲不满足试验机10级的结论。本次试验的同轴度表明试验机达到0.5级，因为同轴度为10.3%，符合12%的标准要求。

另一个讨论点是关于计量溯源性。 ASTM E1012-2014说：“标准样棒的计量溯源性没有要求，但在制造标准样棒时必须非常注意和小心。” 这意味着只有多通道数据采集才需要校准和溯源性。

对多通道数据采集进行了标定，具体数据见表4，标准值与显示值偏差小于-0.3%，相当理想。

表 4 多通道数字采集校准数据

中国检定规程中双引伸计的标定非常容易，只要用标准引伸计（微量尺）将两个引伸计一一测量标定，即可溯源至长度基准。 也就是说，中国检定规程的同轴度装置是完全可以测量和追溯的。

4 结论与建议

美标与中标在同轴度检测方面的主要区别在于分级标准、装置（样杆）、操作方法、过程和溯源性等方面。

江宏等认为，美标的同轴度测试方法较为全面和完善，但缺乏完善的测量和溯源方法。 中国检定规程的优点是操作方便，同时可以保证测量的溯源性。 但双引伸计法有其固有的缺点，即不能保证样杆能同时反映试验机各个方向的同轴度。

我国金属材料拉伸试验方法标准GB/T 228.1已进入修订阶段。 建议本标准的修订关注同轴度检测技术的发展趋势。