王群路　關(guān)星萍

(云南冶金昆明重工有限公司理化計(jì)量室，昆明 650203)

0　引言

焊接檢驗(yàn)尺是利用線紋和游標(biāo)原理，檢驗(yàn)焊接件的焊縫寬度、高度、焊接間隙、坡口角度和咬邊深度等的一種專用量具。廣泛用于金屬結(jié)構(gòu)件焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)，如鍋爐、壓力容器等。

焊接檢驗(yàn)尺的檢定，根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 704—2005《焊接檢驗(yàn)尺》的要求，共有12個(gè)項(xiàng)目，其中寬度尺示值誤差的檢定要使用6塊“專用樣板”，由于這種“專用樣板”的尺寸較小，使用極不方便，制造也比較麻煩。根據(jù)多年從事檢定和量具修理的經(jīng)驗(yàn)，筆者創(chuàng)新了一種新型檢具，將一把經(jīng)檢定合格的游標(biāo)卡尺改制為焊接檢驗(yàn)尺寬度尺示值誤差校準(zhǔn)專用卡尺，可替代6塊“專用樣板”,經(jīng)測(cè)量不確定度評(píng)定和實(shí)際工作的驗(yàn)證，完全可以滿足計(jì)量檢定規(guī)程的要求，不但操作方便、制作簡(jiǎn)單、耐用而且工作效率明顯得到提高。

1　焊接檢驗(yàn)尺的結(jié)構(gòu)

焊接檢驗(yàn)尺按結(jié)構(gòu)形式分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型，近幾年來還發(fā)展了數(shù)顯焊接檢驗(yàn)尺等。常用的是Ⅰ型,由主尺、滑尺、斜形尺3個(gè)零件組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1?、裥秃附訖z驗(yàn)尺的結(jié)構(gòu)

2　焊接檢驗(yàn)尺的寬度尺示值誤差的檢定方法

根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 704—2005《焊接檢驗(yàn)尺》第6.3.11條規(guī)定，檢定焊接檢驗(yàn)尺寬度尺示值誤差，需用專用樣板檢定。專用樣板的技術(shù)要求如表1，其結(jié)構(gòu)如圖2所示(摘自JJG 704—2005 附錄A)。

表1　專用樣板的技術(shù)要求

圖2　專用樣板

在檢定焊接檢驗(yàn)尺的寬度尺示值誤差時(shí)，按規(guī)程規(guī)定：需將專用樣板置于平板上，使主尺測(cè)量面與樣板一邊接觸，移動(dòng)多用尺使內(nèi)側(cè)面與樣板另一邊接觸。從寬度尺上讀出寬度值與樣板實(shí)際寬度之差作為焊接檢驗(yàn)尺的寬度尺示值誤差。

由于焊接檢驗(yàn)尺有多種不同的規(guī)格，每種規(guī)格需檢定兩個(gè)不同尺寸寬度尺的示值誤差(如表2)。若要檢定3種不同規(guī)格的焊接檢驗(yàn)尺(0～30mm，0～45mm，0～60mm)，就需頻繁更換6塊不同尺寸的樣板重復(fù)上述要求，使得焊接檢驗(yàn)尺寬度尺示值誤差的檢定工作很繁瑣，檢定效率低。特別是小尺寸的專用樣板，操作十分困難。

表2　測(cè)量位置

圖3　改造前游標(biāo)卡尺

3　新型檢具的制作方法及原理

選擇一把0～300mm經(jīng)檢定合格(根據(jù)JJG 30—2002《通用卡尺》檢定規(guī)程檢定)的游標(biāo)卡尺(如圖3)進(jìn)行改造：先將卡尺兩測(cè)量面合攏并對(duì)準(zhǔn)零位鎖緊緊固螺釘后，把卡尺下量爪加工成底為6±0.05mm，高<6mm，內(nèi)角≤60°的等腰梯形(如圖4)。該梯形就是一塊寬度尺寸為6mm的專用樣板尺，而它的底、高、內(nèi)角分別為樣板的L、H、a 。若將卡尺的游標(biāo)向右分別移動(dòng)2，6，18，26，42mm鎖緊后，其尺寸寬度為：8mm，12mm，24mm，32mm，48mm的專用樣板尺，改制后的卡尺(如圖5)就可以滿足檢驗(yàn)焊接檢驗(yàn)尺的寬度尺示值誤差的不同要求。

L為(6±0.05)mm,H<5mm,a ≤60

圖5　改造后的檢具

4　測(cè)量不確定度評(píng)定

4.1　測(cè)量方法

用新型檢具校準(zhǔn)焊接檢驗(yàn)尺寬度尺的示值誤差，將檢具調(diào)至校準(zhǔn)點(diǎn)尺寸(6、8、12、24、32、48)mm，把焊接檢驗(yàn)尺主尺測(cè)量面與新型檢具小梯形左下角的尖角接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)多用尺使內(nèi)側(cè)面與新型檢具小梯形右下角的尖角相接觸，從寬度標(biāo)尺上讀出寬度值Li，與新型檢具的尺寸L0之差作為該焊接檢驗(yàn)尺寬度尺在該測(cè)點(diǎn)的示值誤差。

4.2　數(shù)學(xué)模型

焊接檢驗(yàn)尺寬度尺的示值誤差

δ=Li-L0

式中，Li為焊接檢驗(yàn)尺寬度尺的示值；L0為新型檢具的示值。

4.3　不確定度的來源分析

焊接檢驗(yàn)尺寬度尺的示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度主要來自：測(cè)量重復(fù)性、新型檢具的示值誤差和焊接檢驗(yàn)尺寬度尺的示值誤差。校準(zhǔn)環(huán)境條件的溫度誤差和標(biāo)準(zhǔn)器與焊接檢驗(yàn)尺材料的線膨脹系數(shù)引入的不確定度分量可忽略不計(jì)。

4.3　輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

4.3.1測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1，用A類評(píng)定

選擇一把0～40mm焊接檢驗(yàn)尺，對(duì)8mm，32mm兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。在重復(fù)性條件下測(cè)量7次，得到測(cè)量示值列于表3。

表3　焊接檢驗(yàn)尺寬度尺的示值

用貝塞爾公式計(jì)算單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差s(Li)

在實(shí)際工作中是以3次測(cè)量的平均值為校準(zhǔn)結(jié)果，該平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差

式中，n′=3

3次測(cè)量平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度用平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差表示，

在8mm測(cè)量點(diǎn)：

u1=s(L)=0.031mm

在32mm測(cè)量點(diǎn)：

u1=s(L)=0.028mm

4.3.2標(biāo)準(zhǔn)器新型檢具的示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2

新型檢具的不確定度有2個(gè)分量，一個(gè)是卡尺的示值誤差引入的不確定度分量，一個(gè)是卡尺量爪尺寸L的誤差引入的不確定度分量，應(yīng)分別計(jì)算。

3)標(biāo)準(zhǔn)器新型檢具的示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2

4.3.3焊接檢驗(yàn)尺寬度尺讀數(shù)誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

焊接檢驗(yàn)尺寬度尺的讀數(shù)誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3已包含在重復(fù)性引入的不確定度分量u1中，不重復(fù)計(jì)算。

4.4　合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

以上各分量不相關(guān)，則有

在8mm測(cè)量點(diǎn)：

在32mm測(cè)量點(diǎn)：

uc= 0.040mm

4.5　擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則

在8mm測(cè)量點(diǎn)：

U8=0.09mm

在32mm測(cè)量點(diǎn)：

U32= 0.08mm

該值小于焊接檢驗(yàn)尺寬度尺的示值最大允許誤差±0.3mm的1/3，滿足焊接檢驗(yàn)尺寬度尺示值誤差檢定要求。

5　新型檢具應(yīng)用實(shí)例

用改制后的新型檢具，校準(zhǔn)一把0～40mm焊接檢驗(yàn)尺的寬度尺示值誤差。按規(guī)程(JJG 704—2005)要求，需在8mm，32mm兩個(gè)尺寸點(diǎn)上校準(zhǔn)。當(dāng)卡尺游標(biāo)移動(dòng)2mm時(shí)，梯形的尺寸即為8mm。然后將卡尺下量爪向上，把焊接檢驗(yàn)尺主尺測(cè)量面與小梯形左下角頂部接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)多用尺使內(nèi)側(cè)面與右下角頂部相接觸，從多用尺上讀出寬度值與卡尺的尺寸(8mm)之差作為該焊接檢驗(yàn)尺8mm尺寸的寬度尺示值誤差(如圖6)；接著把卡尺游標(biāo)向右移26mm，卡尺的小梯形的尺寸就是32mm，按上述過程校準(zhǔn)32mm尺寸寬度尺的示值誤差(如圖7)。

圖6　8mm校準(zhǔn)點(diǎn)

圖7　32mm校準(zhǔn)點(diǎn)

6　結(jié)論

新型檢具焊接檢驗(yàn)尺寬度尺示值誤差校準(zhǔn)專用卡尺制作簡(jiǎn)單，測(cè)量不確定度在規(guī)程規(guī)定的允許范圍之內(nèi)，可以很方便地完成多種不同規(guī)格焊接檢驗(yàn)尺寬度尺示值誤差的校準(zhǔn)。

[1]國家計(jì)量檢定規(guī)程《焊接檢驗(yàn)尺》JJG 704—2005.中國計(jì)量出版社，2005

[2]國家計(jì)量檢定規(guī)程《通用卡尺》JJG 30—2002.中國計(jì)量出版社，2002

[1]魏運(yùn)芳,曹滿,聶佳儀.不確定度評(píng)定中的A類評(píng)定與B類評(píng)定的探討.計(jì)量技術(shù),2011(2)