王珂娜，李尚霖，鄭曉斐，張浩

（西安漢唐分析檢測有限公司，陜西西安 710000）

1 引言

蠕變試驗時采用光柵測微傳感器測量變形，光柵測微傳感器是利用光柵的光學(xué)原理工作的測量反饋裝置。其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應(yīng)速度快等優(yōu)點。光柵測微傳感器作為高精密測量儀器，自身的準(zhǔn)確性直接決定了蠕變試驗結(jié)果的有效性。

光柵尺的制造誤差、溫度特性及機械運動精度直接決定了光柵測微傳感器的精度[1]。光柵尺的使用環(huán)境導(dǎo)致的誤差主要是指刻劃空氣的溫度、濕度和氣壓值不符合最佳值或者因波動而導(dǎo)致激光波長的誤差，其中溫度對測量精度影響最大，其次是大氣壓的影響，濕度的影響較小，故本文主要討論光柵尺的溫度特性。光柵尺的溫度特性是指在測量時由于溫度變化產(chǎn)生的變形從而導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。光柵尺是在 20±0.1℃的溫度下制造的，使用環(huán)境的溫度改變會影響光柵尺的精度[2]。溫度波動對壓力傳感器的影響主要集中在溫度單獨作用產(chǎn)生的波長漂移，對光柵測微傳感器測量準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響[3]。

受試驗環(huán)境晝夜溫差影響，蠕變試驗時，特別對于長時試驗及蠕變伸長率較小的材料，當(dāng)環(huán)境變化超過±3℃時，對光柵測微傳感器造成的影響必須被考慮，并分析溫度變化對蠕變試驗結(jié)果的有效性有無影響。

2 試驗過程

2.1 試驗設(shè)備

①試驗機：選用長春科新制造的持久蠕變電子試驗機;

②光柵尺：HEIDENHAIN光柵尺，測量范圍0～10mm，分辨力0.0001mm；

③GSP-6高精度溫濕度記錄儀

④S型貴金屬熱電偶

2.2 試驗樣品

棒材蠕變試樣。

2.3 試驗條件

①首次試驗：試驗溫度為350℃，應(yīng)力水平為90Mpa，100Mpa，120Mpa的條件下進行50小時的蠕變試驗，關(guān)閉中央空調(diào)，對環(huán)境溫度不進行干預(yù)。

②二次試驗，試驗溫度為350℃，應(yīng)力水平為25Mpa的條件下同時對2支相同材料的蠕變試樣進行100小時的蠕變試驗。

2.4 試驗步驟

在持久蠕變電子試驗機旁放置溫濕度記錄儀，測定在同一材料在相同溫度不同載荷水平下進行蠕變試驗時，光柵測微傳感器測得的變形量的變化情況，分析環(huán)境溫度的變化對試驗結(jié)果的影響。

3 試驗結(jié)果

3.1 首次試驗

表1為環(huán)境溫度隨時間的變化情況。溫濕度記錄間隔為15分鐘，為了方便分析觀察只選用一小時一個溫度點。

表1 24小時內(nèi)環(huán)境溫度隨時間的變化情況

圖1-3為同一天內(nèi)(0h對應(yīng)凌晨00:00)，同一材料在相同溫度不同應(yīng)力水平下的蠕變變形-時間曲線。

圖1 試樣在120MPa時的變形-時間曲線

圖2 試樣在100MPa時的變形-時間曲線

圖3 試樣在90MPa時的變形-時間曲線

環(huán)境溫度變化超出3℃，由表1可見，在對環(huán)境溫度不進行人工干預(yù)的情況下，最大溫差為7.5℃，經(jīng)溫濕度記錄儀監(jiān)測一天中高溫出現(xiàn)在中午三點前后，可知：在120MPa的應(yīng)力水平下，圖1所示的蠕變變形-時間曲線比較平滑，蠕變變形量隨著時間緩慢增加，變形量與溫度變化趨勢不一致，證明隨著晝夜溫差變化，環(huán)境溫度的變化對光柵測微傳感器的讀數(shù)無影響；在100MPa的應(yīng)力水平下，蠕變變形-時間曲線中變形量波動相對較大，變形變化趨勢不明顯，但與溫度變化趨勢不一致，故環(huán)境溫度對其無明顯直接影響；在90MPa的應(yīng)力水平下，蠕變變形-時間曲線的變形量在13:00前趨于緩慢增加，在16:00后變形量呈現(xiàn)下降趨勢，表明環(huán)境溫度的變化對光柵測微傳感器的讀數(shù)產(chǎn)生了影響。

3.2 二次試驗

為排除材料自身塑性變形的影響，選用接近于初負荷的試驗應(yīng)力，確保在100小時試驗過程中內(nèi)基本不發(fā)生蠕變變形，采用與上述相同的材料及試驗溫度，在25MPa應(yīng)力下進行兩組蠕變試驗。

獲得的蠕變變形-時間曲線如圖4所示，環(huán)境溫度的變化與表1趨勢一致，故不再列舉。可以看出變形量隨著時間變化存在周期性的波動，且兩組曲線趨勢一致。試驗開始時間均為中午兩點，波峰均出現(xiàn)在一天中溫度最高的時候，波谷出現(xiàn)在溫度最低的時候。表明在環(huán)境溫度超過3℃時，光柵測微傳感器測得的變形受溫度影響顯著。但由于低應(yīng)力水平下，對蠕變變形量產(chǎn)生顯著影響的因素（如試驗機高溫拉桿的形變、設(shè)備力值精度、噪音等）較多，環(huán)境溫度對光柵測微傳感器的讀數(shù)影響程度還需要進一步進行研究。

圖4 2個相同試樣在25MPa時的變形-時間曲線

4 結(jié)論

同一材料在相同溫度不同載荷水平下進行蠕變試驗時，對光柵測微傳感器測得的變形量的變化情況進行分析，確認溫度對蠕變試驗結(jié)果有效性的影響。

（1）在應(yīng)力水平較高時，環(huán)境溫度對光柵測微傳感器的讀數(shù)并無顯著影響，對蠕變試驗結(jié)果的有效性無影響。

（2）在低應(yīng)力水平下，當(dāng)環(huán)境溫差超過±3℃時，極有可能對光柵測微傳感器的讀數(shù)造成影響，具體還需要大量的蠕變試驗證明。為嚴格試驗條件，排除環(huán)境溫度對光柵測微傳感器的讀數(shù)影響，確保試驗結(jié)果的有效性，在低應(yīng)力水平下進行蠕變試驗時，應(yīng)嚴格控制環(huán)境溫度波動在3℃以內(nèi)。