關(guān)于建工檢測(cè)領(lǐng)域金屬材料拉伸試驗(yàn)的問(wèn)題探討

莫明志

（廣東榮駿建設(shè)工程檢測(cè)股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

當(dāng)前的金屬拉伸檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化，對(duì)關(guān)鍵項(xiàng)目的控制方面也提出更多要求。在這樣的背景下，出于對(duì)高質(zhì)量控制應(yīng)變速率與應(yīng)力速率的考量，需要進(jìn)行金屬拉伸試驗(yàn)設(shè)備與技術(shù)的更新，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬拉伸試驗(yàn)方法關(guān)鍵問(wèn)題的有效控制，提升金屬拉伸試驗(yàn)質(zhì)量。

1 有關(guān)金屬拉伸試驗(yàn)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)拉伸速率方法A與方法B主要內(nèi)容概述

（1）在國(guó)標(biāo)《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1—2010）中對(duì)于金屬拉伸試驗(yàn)方法分為兩種：①方法A：方法A在GB/T 228—2002中并沒(méi)有，為國(guó)標(biāo)GB/T 228.1—2010標(biāo)準(zhǔn)新增內(nèi)容，方法A引入的目的是減少應(yīng)變速率敏感的參數(shù)測(cè)定時(shí)引起的結(jié)果差異性。方法A里面又分為了兩個(gè)控制模式：a.基于引伸計(jì)反饋的應(yīng)變速率控制模式eLe，一般稱為“閉環(huán)控制模式”；b.根據(jù)鋼材的平行長(zhǎng)度估計(jì)的應(yīng)變速率eLc，即是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)推薦的期望應(yīng)變速率×試樣的平行長(zhǎng)度得到，一般稱為“開(kāi)環(huán)控制模式”；②方法B：方法B為在彈性階段內(nèi)根據(jù)材料的彈性模量范圍選取相應(yīng)的應(yīng)力速率控制；在彈性模量E低于150000MPa的條件下，應(yīng)力速率最小值為2MPa/s，應(yīng)力速率最大值為2MPa/s；在彈性模量E不低于150000MPa的條件下，應(yīng)力速率最小值為6MPa/s，應(yīng)力速率最大值為60MPa/s，其他階段為根據(jù)測(cè)量不同參數(shù)選取不同的應(yīng)變速率控制。

（2）方法A與方法B相比的主要優(yōu)勢(shì)是什么？

如果兩臺(tái)試驗(yàn)機(jī)，一臺(tái)剛度大，另一臺(tái)剛度相對(duì)較低，以相同的橫梁位移速率測(cè)試相同的材料，結(jié)果將有所不同，夸張些說(shuō)當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)的剛度差異足夠大時(shí)，剛度大的系統(tǒng)應(yīng)變速率顯著高于剛度低的系統(tǒng)，那么相同材料的測(cè)試結(jié)果將相差10%以上。使用方法A，應(yīng)變速率的公差只有±20%，嚴(yán)格的公差可保證不同測(cè)試實(shí)驗(yàn)室之間的結(jié)果具有更高的可重復(fù)性和可再現(xiàn)性。將來(lái)，方法B可能會(huì)完全刪除，以提高這種可比性和可重復(fù)性。使用方法A1測(cè)試連續(xù)屈服材料時(shí)，若測(cè)試系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程中可以以屈服點(diǎn)作為切換速率切換點(diǎn)，則可以節(jié)省大量時(shí)間，根據(jù)該設(shè)置，它可能會(huì)使測(cè)試時(shí)間縮短30%，通常對(duì)于金屬材料，試驗(yàn)機(jī)在屈服過(guò)程中的速度非常慢（<2mm/min）。但是在應(yīng)變控制下，考慮到整體系統(tǒng)的剛度影響，試驗(yàn)機(jī)在測(cè)試的彈性區(qū)域可以更快地運(yùn)行，然后隨著樣品開(kāi)始屈服，速度變慢。

應(yīng)變速率與應(yīng)力速率施加的不同會(huì)促使金屬拉伸試驗(yàn)中所得到的相關(guān)強(qiáng)度數(shù)據(jù)存在差異性，同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)能夠了解到，在展開(kāi)金屬拉伸試驗(yàn)中，需要著重落實(shí)對(duì)應(yīng)變速率與應(yīng)力速率的控制[1]。

2 建筑工程領(lǐng)域下金屬拉伸試驗(yàn)的優(yōu)化展開(kāi)策略探究

隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)水平與建筑行業(yè)建設(shè)施工要求不斷提升，在金屬拉伸檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方面發(fā)生了一系列變化，且對(duì)關(guān)鍵項(xiàng)目的控制方面也提出更多要求。實(shí)踐中，必須要參考金屬拉伸試驗(yàn)方法選用要求及主要控制指標(biāo)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)金屬拉伸試驗(yàn)方法策略的優(yōu)化，具體如下：

2.1 金屬拉伸試驗(yàn)樣本的合理提取

金屬拉伸試驗(yàn)樣本的取樣位置會(huì)對(duì)相應(yīng)試驗(yàn)中的斷后伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等多種指標(biāo)參數(shù)造成影響。造成這一結(jié)果的主要原因在于，同批次金屬材料在各個(gè)成分含量、結(jié)構(gòu)等方面保持一致，但是分布情況并不均勻。例如，以鐵元素來(lái)說(shuō)，其在構(gòu)件不同位置的含量并非保持一致，因此不僅是同批次的金屬構(gòu)件在不同位置所表現(xiàn)出的力學(xué)性能存在差異性，即便是相同構(gòu)件的金屬材料在不同位置所表現(xiàn)出的力學(xué)性能也不盡相同[2]?；诖耍仨殗?yán)格依照規(guī)范要求實(shí)施取樣，并著重避免樣本受到升溫加熱、加工硬化、變形等方面的影響，保證力學(xué)性能不發(fā)生改變。同時(shí)，在取樣時(shí)還要對(duì)樣本形狀、尺寸與精度做出合理控制，保證嚴(yán)格遵循試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置樣本。另外，如果要在試驗(yàn)中對(duì)不同金屬樣本的拉伸性進(jìn)行對(duì)比，則要保證兩金屬材料試樣規(guī)格尺寸、形狀保持一致。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備的優(yōu)化選用

2.2.1 測(cè)量?jī)x器方面的基本要求

依照現(xiàn)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)對(duì)尺寸測(cè)量?jī)x和量具精度的把控，實(shí)踐中，必須要在展開(kāi)金屬拉伸試驗(yàn)前對(duì)后續(xù)需要使用的測(cè)量?jī)x器實(shí)施調(diào)試與校驗(yàn)處理，并保證儀器始終清潔。

2.2.2 試驗(yàn)設(shè)備選用

金屬拉伸試驗(yàn)中較為常用的設(shè)備為試驗(yàn)機(jī)與引伸計(jì)，其中，試驗(yàn)機(jī)主要承擔(dān)對(duì)作用力數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)的任務(wù)；引伸計(jì)主要承擔(dān)著測(cè)定位移或延伸數(shù)據(jù)的任務(wù)。試驗(yàn)中，為保證試驗(yàn)結(jié)果具有真實(shí)準(zhǔn)確性，就必須要提前檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備的檢定年限，保證其在檢定合格有效期內(nèi)。如設(shè)備超出檢定合格有效期，就要在試驗(yàn)之前實(shí)施校驗(yàn)。

2.3 強(qiáng)化對(duì)多種試驗(yàn)參數(shù)的控制

2.3.1 試驗(yàn)環(huán)境溫度

部分金屬材料對(duì)于環(huán)境溫度有著相對(duì)較高的敏感性，因此環(huán)境溫度會(huì)對(duì)金屬拉伸試驗(yàn)結(jié)果造成影響，必須要著重控制。通常情況下，在試驗(yàn)環(huán)境溫度不斷下降的背景下，基于體心立方形式的金屬材料的屈服強(qiáng)度會(huì)隨之表現(xiàn)出大幅增高的狀態(tài)，而基于面心立方形式的金屬材料的屈服強(qiáng)度所呈現(xiàn)出的變化水平并不顯著。在試驗(yàn)環(huán)境溫度持續(xù)提升的條件下，金屬材料的屈服強(qiáng)度一般會(huì)顯現(xiàn)出下滑的水平，出于規(guī)避溫度對(duì)結(jié)果精度造成負(fù)面影響的考量，需要將金屬拉伸試驗(yàn)環(huán)境溫度維持在10～35℃；如果在試驗(yàn)溫度方面的要求相對(duì)嚴(yán)格，則應(yīng)當(dāng)將試驗(yàn)環(huán)境溫度維持在23±5℃；如果在溫度方面有特定要求，則要按照相應(yīng)要求內(nèi)容完成溫度調(diào)控。

2.3.2 拉伸速率

金屬材料應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系主要受到拉伸速率的影響，在金屬材料不同的情況下，在速度方面所表現(xiàn)出的敏感性程度也表現(xiàn)出不盡相同的狀態(tài)，因此受到拉伸速率影響的程度也有所差異。在控制金屬拉伸試驗(yàn)速率參數(shù)的過(guò)程中，必須切實(shí)參考國(guó)標(biāo)《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1—2010）中的內(nèi)容規(guī)定完成，對(duì)測(cè)定應(yīng)變速率敏感參數(shù)時(shí)的試驗(yàn)速率應(yīng)優(yōu)先考慮使用方法A，降低試驗(yàn)結(jié)果的測(cè)量不確定度。

2.3.3 拉伸試樣橫截面積

結(jié)合現(xiàn)行金屬拉伸試方法中的規(guī)定或是金屬材料對(duì)應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求完成對(duì)拉伸試樣橫截面積參數(shù)的確定。實(shí)踐中，若是金屬構(gòu)件存在拉伸試驗(yàn)試樣的橫截面積按名義尺寸的橫截面積的明確要求，則必須結(jié)合要求內(nèi)容設(shè)定拉伸試樣橫截面積；而針對(duì)未提出特殊要求的試樣，則相應(yīng)拉伸試樣橫截面積參數(shù)可依賴于現(xiàn)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，并對(duì)實(shí)際尺寸計(jì)量橫截面積展開(kāi)測(cè)量。

3 現(xiàn)今建筑工程檢測(cè)領(lǐng)域金屬拉伸試驗(yàn)存在的問(wèn)題分析

3.1 萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)拉伸程序問(wèn)題

建筑工程檢測(cè)領(lǐng)域?qū)?yīng)鋼材的檢測(cè)大多數(shù)為熱軋帶肋鋼筋、碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，其中以熱軋帶肋鋼筋檢測(cè)最為普遍。熱軋帶肋鋼筋的拉伸典型曲線分為彈性階段—明顯的不連續(xù)屈服階段—強(qiáng)化階段，據(jù)了解目前還有很多檢測(cè)單位的鋼筋拉伸萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)程序存在一些問(wèn)題，例如列舉某廠家試驗(yàn)機(jī)加載方式顯示為方法B，加載過(guò)程為：彈性階段20MPa/s—屈服階段6mm/min—強(qiáng)化階段48mm/min。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 228.1—2010的方法B加載方式來(lái)分析，鋼筋鋼材的彈性模量E不低于150000MPa，在彈性階段的加載速度為6～60MPa/s，此試驗(yàn)機(jī)設(shè)置彈性階段速率為20MPa/s符合要求，在屈服階段標(biāo)準(zhǔn)要求為應(yīng)變速率控制0.00025～0.0025/s之間，因熱軋帶肋鋼筋的屈服階段呈現(xiàn)出不連續(xù)屈服應(yīng)采用期望的應(yīng)變速率×試樣的平行長(zhǎng)度得到，試樣的平行長(zhǎng)度為一變值，計(jì)算得出的結(jié)果也不是一個(gè)定值，此試驗(yàn)機(jī)在屈服階段的位移速率為一定值6mm/min不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，同理強(qiáng)化階段的設(shè)置48mm/min亦為不合理的設(shè)置。

3.2 試驗(yàn)檢測(cè)人員水平問(wèn)題

在試驗(yàn)設(shè)備確定的情況下，對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的影響完全取決于試驗(yàn)檢測(cè)人員。

據(jù)作者了解目前建工領(lǐng)域內(nèi)試驗(yàn)機(jī)的操作人員綜合素質(zhì)普遍不高，專業(yè)知識(shí)與理論水平普遍欠缺，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法等一知半解，對(duì)所使用的設(shè)備性能不夠了解，例如有些鋼筋的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是采用油壓傳感器的，試驗(yàn)前需要把油缸整體抬升幾毫米然后力值清零才能準(zhǔn)確試驗(yàn)，但有些萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是采用負(fù)荷傳感器就不需要此操作。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在明確有關(guān)金屬拉伸試驗(yàn)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容、金屬拉伸試驗(yàn)方法選用要求及主要控制指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過(guò)金屬拉伸試驗(yàn)樣本的合理提取、試驗(yàn)設(shè)備的優(yōu)化選用、強(qiáng)化對(duì)多種試驗(yàn)參數(shù)的控制這些建筑工程領(lǐng)域下金屬拉伸試驗(yàn)的優(yōu)化展開(kāi)策略的落實(shí)，實(shí)現(xiàn)了金屬拉伸檢測(cè)工作的升級(jí)，并指出了建工領(lǐng)域金屬檢測(cè)的不足之處。在未來(lái)發(fā)展中，出于對(duì)金屬拉伸試驗(yàn)的質(zhì)量提升要求，必須要持續(xù)加深在金屬拉伸試驗(yàn)方法策略方面的研究，為建筑工程高質(zhì)量展開(kāi)提供支持。