关于建工检测领域金属材料拉伸试验的问题探讨

莫明志

（广东荣骏建设工程检测股份有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

当前的金属拉伸检测标准发生变化，对关键项目的控制方面也提出更多要求。在这样的背景下，出于对高质量控制应变速率与应力速率的考量，需要进行金属拉伸试验设备与技术的更新，实现对金属拉伸试验方法关键问题的有效控制，提升金属拉伸试验质量。

1 有关金属拉伸试验的现行标准拉伸速率方法A与方法B主要内容概述

（1）在国标《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》（GB/T 228.1—2010）中对于金属拉伸试验方法分为两种：①方法A：方法A在GB/T 228—2002中并没有，为国标GB/T 228.1—2010标准新增内容，方法A引入的目的是减少应变速率敏感的参数测定时引起的结果差异性。方法A里面又分为了两个控制模式：a.基于引伸计反馈的应变速率控制模式eLe，一般称为“闭环控制模式”；b.根据钢材的平行长度估计的应变速率eLc，即是根据标准推荐的期望应变速率×试样的平行长度得到，一般称为“开环控制模式”；②方法B：方法B为在弹性阶段内根据材料的弹性模量范围选取相应的应力速率控制；在弹性模量E低于150000MPa的条件下，应力速率最小值为2MPa/s，应力速率最大值为2MPa/s；在弹性模量E不低于150000MPa的条件下，应力速率最小值为6MPa/s，应力速率最大值为60MPa/s，其他阶段为根据测量不同参数选取不同的应变速率控制。

（2）方法A与方法B相比的主要优势是什么？

如果两台试验机，一台刚度大，另一台刚度相对较低，以相同的横梁位移速率测试相同的材料，结果将有所不同，夸张些说当两个系统的刚度差异足够大时，刚度大的系统应变速率显著高于刚度低的系统，那么相同材料的测试结果将相差10%以上。使用方法A，应变速率的公差只有±20%，严格的公差可保证不同测试实验室之间的结果具有更高的可重复性和可再现性。将来，方法B可能会完全删除，以提高这种可比性和可重复性。使用方法A1测试连续屈服材料时，若测试系统在测试过程中可以以屈服点作为切换速率切换点，则可以节省大量时间，根据该设置，它可能会使测试时间缩短30%，通常对于金属材料，试验机在屈服过程中的速度非常慢（<2mm/min）。但是在应变控制下，考虑到整体系统的刚度影响，试验机在测试的弹性区域可以更快地运行，然后随着样品开始屈服，速度变慢。

应变速率与应力速率施加的不同会促使金属拉伸试验中所得到的相关强度数据存在差异性，同时，结合现行标准能够了解到，在展开金属拉伸试验中，需要着重落实对应变速率与应力速率的控制[1]。

2 建筑工程领域下金属拉伸试验的优化展开策略探究

随着国内技术水平与建筑行业建设施工要求不断提升，在金属拉伸检测标准方面发生了一系列变化，且对关键项目的控制方面也提出更多要求。实践中，必须要参考金属拉伸试验方法选用要求及主要控制指标的相关内容进行对金属拉伸试验方法策略的优化，具体如下：

2.1 金属拉伸试验样本的合理提取

金属拉伸试验样本的取样位置会对相应试验中的断后伸长率、屈服强度、抗拉强度等多种指标参数造成影响。造成这一结果的主要原因在于，同批次金属材料在各个成分含量、结构等方面保持一致，但是分布情况并不均匀。例如，以铁元素来说，其在构件不同位置的含量并非保持一致，因此不仅是同批次的金属构件在不同位置所表现出的力学性能存在差异性，即便是相同构件的金属材料在不同位置所表现出的力学性能也不尽相同[2]。基于此，必须严格依照规范要求实施取样，并着重避免样本受到升温加热、加工硬化、变形等方面的影响，保证力学性能不发生改变。同时，在取样时还要对样本形状、尺寸与精度做出合理控制，保证严格遵循试验标准要求设置样本。另外，如果要在试验中对不同金属样本的拉伸性进行对比，则要保证两金属材料试样规格尺寸、形状保持一致。

2.2 试验设备的优化选用

2.2.1 测量仪器方面的基本要求

依照现行试验标准落实对尺寸测量仪和量具精度的把控，实践中，必须要在展开金属拉伸试验前对后续需要使用的测量仪器实施调试与校验处理，并保证仪器始终清洁。

2.2.2 试验设备选用

金属拉伸试验中较为常用的设备为试验机与引伸计，其中，试验机主要承担对作用力数值进行检测的任务；引伸计主要承担着测定位移或延伸数据的任务。试验中，为保证试验结果具有真实准确性，就必须要提前检查实验设备的检定年限，保证其在检定合格有效期内。如设备超出检定合格有效期，就要在试验之前实施校验。

2.3 强化对多种试验参数的控制

2.3.1 试验环境温度

部分金属材料对于环境温度有着相对较高的敏感性，因此环境温度会对金属拉伸试验结果造成影响，必须要着重控制。通常情况下，在试验环境温度不断下降的背景下，基于体心立方形式的金属材料的屈服强度会随之表现出大幅增高的状态，而基于面心立方形式的金属材料的屈服强度所呈现出的变化水平并不显著。在试验环境温度持续提升的条件下，金属材料的屈服强度一般会显现出下滑的水平，出于规避温度对结果精度造成负面影响的考量，需要将金属拉伸试验环境温度维持在10～35℃；如果在试验温度方面的要求相对严格，则应当将试验环境温度维持在23±5℃；如果在温度方面有特定要求，则要按照相应要求内容完成温度调控。

2.3.2 拉伸速率

金属材料应力与应变之间的关系主要受到拉伸速率的影响，在金属材料不同的情况下，在速度方面所表现出的敏感性程度也表现出不尽相同的状态，因此受到拉伸速率影响的程度也有所差异。在控制金属拉伸试验速率参数的过程中，必须切实参考国标《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》（GB/T 228.1—2010）中的内容规定完成，对测定应变速率敏感参数时的试验速率应优先考虑使用方法A，降低试验结果的测量不确定度。

2.3.3 拉伸试样横截面积

结合现行金属拉伸试方法中的规定或是金属材料对应产品标准要求完成对拉伸试样横截面积参数的确定。实践中，若是金属构件存在拉伸试验试样的横截面积按名义尺寸的横截面积的明确要求，则必须结合要求内容设定拉伸试样横截面积；而针对未提出特殊要求的试样，则相应拉伸试样横截面积参数可依赖于现行试验标准设定，并对实际尺寸计量横截面积展开测量。

3 现今建筑工程检测领域金属拉伸试验存在的问题分析

3.1 万能试验机拉伸程序问题

建筑工程检测领域对应钢材的检测大多数为热轧带肋钢筋、碳素结构钢、低合金高强度结构钢，其中以热轧带肋钢筋检测最为普遍。热轧带肋钢筋的拉伸典型曲线分为弹性阶段—明显的不连续屈服阶段—强化阶段，据了解目前还有很多检测单位的钢筋拉伸万能试验机试验程序存在一些问题，例如列举某厂家试验机加载方式显示为方法B，加载过程为：弹性阶段20MPa/s—屈服阶段6mm/min—强化阶段48mm/min。按国家标准GB/T 228.1—2010的方法B加载方式来分析，钢筋钢材的弹性模量E不低于150000MPa，在弹性阶段的加载速度为6～60MPa/s，此试验机设置弹性阶段速率为20MPa/s符合要求，在屈服阶段标准要求为应变速率控制0.00025～0.0025/s之间，因热轧带肋钢筋的屈服阶段呈现出不连续屈服应采用期望的应变速率×试样的平行长度得到，试样的平行长度为一变值，计算得出的结果也不是一个定值，此试验机在屈服阶段的位移速率为一定值6mm/min不符合标准要求，同理强化阶段的设置48mm/min亦为不合理的设置。

3.2 试验检测人员水平问题

在试验设备确定的情况下，对试验检测结果的影响完全取决于试验检测人员。

据作者了解目前建工领域内试验机的操作人员综合素质普遍不高，专业知识与理论水平普遍欠缺，对标准试验方法等一知半解，对所使用的设备性能不够了解，例如有些钢筋的万能试验机是采用油压传感器的，试验前需要把油缸整体抬升几毫米然后力值清零才能准确试验，但有些万能试验机是采用负荷传感器就不需要此操作。

4 结语

综上所述，在明确有关金属拉伸试验的现行标准主要内容、金属拉伸试验方法选用要求及主要控制指标的基础上，通过金属拉伸试验样本的合理提取、试验设备的优化选用、强化对多种试验参数的控制这些建筑工程领域下金属拉伸试验的优化展开策略的落实，实现了金属拉伸检测工作的升级，并指出了建工领域金属检测的不足之处。在未来发展中，出于对金属拉伸试验的质量提升要求，必须要持续加深在金属拉伸试验方法策略方面的研究，为建筑工程高质量展开提供支持。