摘　要:以電廠薄壁小徑管為研究對(duì)象,采用便攜磁力式布氏硬度計(jì)對(duì)其進(jìn)行硬度測試,然后分別使用簡易目鏡、壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)和數(shù)顯布洛維硬度計(jì)所配備的目鏡測量壓痕直徑,并將３種測量方法的硬度試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,以研究便攜磁力式布氏硬度計(jì)在薄壁小徑管硬度檢驗(yàn)中的實(shí)用性.結(jié)果表明:便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后采用不同方法進(jìn)行壓痕直徑測量時(shí),壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)受試驗(yàn)管材打磨面不平整度的影響,其試驗(yàn)結(jié)果往往高于數(shù)

顯布洛維硬度計(jì)的,而簡易目鏡和布洛維目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的相比誤差很小;高合金薄壁小徑管進(jìn)行硬度試驗(yàn)時(shí),在不影響管材使用性能的情況下需盡可能將試驗(yàn)面打磨平整光滑,以減小試驗(yàn)誤差.

關(guān)鍵詞:薄壁小徑管;硬度試驗(yàn);布氏硬度;便攜磁力式布氏硬度計(jì);壓痕直徑測量

中圖分類號(hào):TG１１５．５＋１　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A　　　文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１７)０８Ｇ０５５７Ｇ０５

PracticabilityofPortableMagneticBrinellHardnessTesterinHardnessTestofThinＧWalledSmallＧDiameterTubes

ZHAOYuan,LONGHuaming,YUEGengxin

(TianjinChengxindaMetalＧTestingTechnologyCo．,Ltd．,Tianjin３００３８４,China)

Abstract:WiththethinＧwalledsmallＧdiametertubesinpowerplantsastheresearchobject,firstlythehardnesstest

wascarriedoutwithportablemagneticBrinellhardnesstester,andthentheindentationdiametersweremeasuredbysimple

eyepiece,indentationautomaticmeasurementsystemandtheeyepieceequippedonthedigitaluniversalhardnesstester

respectively．Andthehardnesstestresultsofthesethreekindsofmeasurementmethodswerecomparedwiththetestresults

ofdigitaluniversalhardnesstestertostudythepracticabilityofportablemagneticBrinellhardnesstesterinhardnesstestof

thinＧwalledsmallＧdiametertubes．TheresultsshowthatafterhardnesstestwithportableBrinellhardnesstester,ifthe

indentationdiametersweremeasuredbyindentationautomaticmeasuringsystem,thetestresultswereoftenhigherthan

thosetestedwithdigitaluniversalhardnesstesterfortheeffectofunevennessofthetesttubepolishedsurface．Ifthe

indentationdiametersweremeasuredbysimpleeyepieceortheeyepieceequippedonthedigitaluniversalhardnesstester,

thetesterrorcomparedtothetestresultsofdigitaluniversalhardnesstesterwasrathersmall．Whentestingthehardnessof

highalloysmallＧdiametertubes,theinspectionsurfaceshouldbepolishedasflatandsmoothaspossibleinthepremiseof

nonＧaffectingtheserviceperformanceofthetubes,soastoreducethetesterror．

Keywords:thinＧwalledsmallＧdiametertube;hardnesstest;Brinellhardness;portable magneticBrinell

hardnesstester;indentationdiametermeasurement

數(shù)顯布洛維硬度計(jì)具有性能穩(wěn)定、測試數(shù)據(jù)精 確的優(yōu)點(diǎn),但由于電力工程安裝現(xiàn)場條件限制,導(dǎo)致其無法在現(xiàn)場廣泛應(yīng)用.目前對(duì)安裝現(xiàn)場硬度檢驗(yàn)的通用手段是采用便攜式里氏硬度計(jì)進(jìn)行測試,再參照 GB/T１７３９４．４－２０１４將測得的里氏硬度轉(zhuǎn)換為布氏硬度[１Ｇ５].DL/T８６９－２０１２«火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程»中明確規(guī)定:若采用里氏硬度計(jì)測試硬度,焊 接 接 頭 的 材 料、制 樣 和 檢 測 需 符 合 GB/T１７３９４的規(guī)定.同時(shí) GB/T１７３９４還規(guī)定:D型沖擊

設(shè)備對(duì)試樣的最小厚度(為耦合)要求為２５mm,這對(duì)安裝現(xiàn)場的薄壁小徑管來說很難實(shí)現(xiàn)[６Ｇ９].因此,便攜磁力式布氏硬度計(jì)應(yīng)運(yùn)而生.便攜磁力式布氏硬度計(jì)利用磁力吸盤將布氏硬度計(jì)固定在鋼鐵零件表面完成硬度試驗(yàn),其完全按照布氏硬度試驗(yàn)原理,可在生產(chǎn)現(xiàn)場對(duì)工件進(jìn)行快速精確的布氏硬度測試,具有可靠性高、小巧便攜等優(yōu)點(diǎn),目前在工程現(xiàn)場應(yīng)用廣泛[１０Ｇ１２].然而相關(guān)試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),便攜磁力式布氏硬度計(jì)測試值與真實(shí)硬度之間存在一定的偏差;且由于該硬度計(jì)的外形特點(diǎn),對(duì)工件的規(guī)格要求也較為嚴(yán)格[１３].以上種種因素都增加了工程現(xiàn)場硬度試驗(yàn)的難度.筆者以薄壁小徑管為研究對(duì)象,分別采用便攜磁力式布氏硬度計(jì)和數(shù)顯布洛維硬度計(jì)兩種儀器對(duì)不同材料的小徑管進(jìn)行硬度試驗(yàn),研究兩種試驗(yàn)方法之間的偏差,為提高現(xiàn)場硬度試驗(yàn)精度提供參考.

１ 試驗(yàn)材料與方法

從工程現(xiàn)場選取 ７ 根薄壁小徑管對(duì)接接頭試塊,材料牌號(hào)及規(guī)格見表１.分別對(duì)小徑管試塊焊縫及母材位置采用便攜磁力式布氏硬度計(jì)和數(shù)顯布洛維硬度 計(jì) 進(jìn) 行 硬 度 對(duì) 比 試 驗(yàn),具 體 試 驗(yàn) 位 置 見圖１.兩種試驗(yàn)方法均采用讀取壓痕直徑再轉(zhuǎn)換為布氏硬度的方法,便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后分別 用其配備的簡易目鏡、壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)和數(shù)顯

布洛維硬度計(jì)所配備的目鏡(以下簡稱布洛維目鏡)進(jìn)行壓痕直徑測量,數(shù)顯布洛維硬度計(jì)試驗(yàn)后直接用其所配備的目鏡進(jìn)行壓痕直徑測量,之后將所有試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析兩種試驗(yàn)方法及不同壓痕直徑測量方法之間的差值.

２ 試驗(yàn)結(jié)果與討論

２．１ １２CrMoV鋼小徑管硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

２．１．１ 焊縫硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

圖２為１２Cr１MoV 鋼小徑管焊縫硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比.由 圖 ２ 可 以 看 出:所 選 試 塊 焊 縫 硬 度 在２４０~３０５HBW,在此范圍內(nèi)的結(jié)果對(duì)比中,與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果相比,便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后選用布洛維目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果誤差最小,誤差范圍為－２~１HBW;壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)測量的 試 驗(yàn) 結(jié) 果 誤 差 最 大,誤 差 范 圍 達(dá) 到 ７~２１HBW;簡易目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果誤差次之,誤差范圍也達(dá)到了－１５~１０HBW.

２．１．２ 母材硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

圖３為１２Cr１MoV 鋼小徑管母材硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比.由 圖 ３ 可 以 看 出:所 選 試 塊 母 材 硬 度 在１６２~１７４HBW,在此范圍內(nèi)便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后采用３種壓痕直徑測量方法的試驗(yàn)結(jié)果中,與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果相比,簡易目鏡測量 的 試 驗(yàn) 結(jié) 果 誤 差 較 小,誤 差 范 圍 為 －１~７HBW;而壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)和布洛維目鏡測量的

試驗(yàn)結(jié)果誤差相當(dāng),誤差范圍為－７~７HBW.

２．１．３ 綜合對(duì)比分析

圖４為１２Cr１MoV 鋼小徑管硬度試驗(yàn)結(jié)果綜合對(duì)比,即不考慮試驗(yàn)位置,單純對(duì)硬度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比.由圖４可以看出:所選該組小徑管試塊實(shí)測硬度在１６０~３００ HBW,便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后采用３種方法進(jìn)行壓痕直徑測量時(shí),與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果相比,壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)測 量 的 試 驗(yàn) 結(jié) 果 誤 差 最 大,最 大 誤 差 達(dá) 到２１HBW;簡易目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果誤差次之,最大誤差達(dá)到約１５HBW;而布洛維目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果誤差最小,最大誤差約７HBW.

２．２ T９２鋼小徑管硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

２．２．１ 焊縫硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

圖５為 T９２鋼小徑管焊縫硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比.由 圖 ５ 可 以 看 出:所 選 試 塊 焊 縫 硬 度 約 為

圖５ T９２鋼小徑管焊縫硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

Fig.５ comparisonofhardnesstestresultsofweldseamof

T９２steelsmallＧdiametertubes

２．２．３ 綜合對(duì)比分析

圖７ T９２鋼小徑管硬度試驗(yàn)結(jié)果綜合對(duì)比

Fig.７ Comprehensivecomparisonofhardnesstestresultsof

圖７為 T９２鋼小徑管硬度試驗(yàn)結(jié)果綜合對(duì)比.由圖７可以看出:在不考慮試驗(yàn)位置,單純將硬度進(jìn) 行綜合對(duì)比的情況下,便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后采用３種壓痕直徑測量方法的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)試驗(yàn)結(jié)果的誤差范圍為－２~１６HBW;與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)試驗(yàn)結(jié)果相比,其中簡易目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果誤差范圍為３~８ HBW,壓痕自動(dòng)測 量 系 統(tǒng) 測 量 的 試 驗(yàn) 結(jié) 果 誤 差 范 圍 為 １３~１６HBW,而布洛維目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果誤差最小,最大僅為３HBW.２．３ T９１鋼小徑管硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

２．３．１ 焊縫硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

圖８為 T９１鋼小徑管焊縫硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比.由圖８可以看出:所選試塊焊縫硬度約為２５３HBW,便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后采用３種壓痕直徑測量方法中,簡易目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果均低于數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的,誤差范圍為－７~－１HBW;布洛維目鏡和壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)測量的試驗(yàn)結(jié)果均高于數(shù)顯布洛維計(jì)的,經(jīng)多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),布洛維目鏡測量的試驗(yàn) 結(jié) 果 與 數(shù) 顯 布 洛 維 硬 度 計(jì) 的 誤 差 最 大 為６HBW,而壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)測量的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的誤差最大達(dá)到了１０HBW.

圖８ T９１鋼小徑管焊縫硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

Fig.８ Comparisonofhardnesstestresultsofweldseamof

T９１steelsmallＧdiametertubes

２．３．２ 母材硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

圖９為 T９１鋼小徑管母材硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比.綜合來看,該組試塊母材硬度約為２１０ HBW,在此范圍內(nèi)便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后采用３種壓痕直徑測量方法,目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果低于數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的,最大誤差為９ HBW;而布洛維目鏡和壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)測量的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的相當(dāng),最大誤差僅為３HBW.

２．３．３ 綜合對(duì)比分析

圖１０ 為 T９１ 鋼小徑管 硬 度 試 驗(yàn) 結(jié) 果 綜 合 對(duì)比.由圖１０可以看出:在不考慮試驗(yàn)位置,單純將硬度進(jìn)行綜合對(duì)比的情況下,便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后簡易目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果明顯低于數(shù)顯布

洛維硬度計(jì)的,誤差范圍為－１~－９HBW,而壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)測量的試驗(yàn)結(jié)果則明顯高于數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的,最大誤差達(dá)到了１０HBW,布洛維目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)顯布洛維計(jì)的誤差范圍波動(dòng)不

大,最大誤差約為６HBW.

２．４ ３組試塊硬度試驗(yàn)結(jié)果總體對(duì)比分析

圖１１為３組試塊便攜磁力式布氏硬度計(jì)與布洛維硬度計(jì)所有硬度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比曲線.在不考慮材料及試驗(yàn)位置的情況下,將上述所有試塊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了綜合對(duì)比.由圖１１可以看出:所選取試塊

圖１１ 所有硬度試驗(yàn)結(jié)果綜合對(duì)比

Fig.１１ Comprehensivecomparisonofallhardnesstestresults

硬度范圍為１６０~３００ HBW,便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后采用３種壓痕直徑測量方法的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果之間差距相對(duì)較小,但試驗(yàn)中卻發(fā)現(xiàn)壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)測量的試驗(yàn)結(jié)果往往高于數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的,綜合試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析,其差值在８~１５ HBW,而簡易目鏡與布洛維目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的誤差較

小,可以為現(xiàn)場硬度檢驗(yàn)提供參考.

２．５ 討論

便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后,在簡易目鏡、壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)和布洛維目鏡３種壓痕直徑測量方式的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比中,利用布洛維目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果最穩(wěn)定,誤差最小;簡易目鏡受光線、壓痕及人員讀取誤差影響較大;而壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)則主要受試樣表面狀態(tài)和壓痕圓整度的影響.現(xiàn)場工作時(shí),在平面工件上,簡易目鏡與壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)讀取壓痕直徑都比較方便,誤差較小,兩種壓痕直徑測量方法均可正常使用;而在管材上進(jìn)行硬度試驗(yàn)時(shí),由于現(xiàn)場光線較暗且高合金材料硬度較高,試驗(yàn)面打磨往往不夠平整,導(dǎo)致硬度試驗(yàn)壓痕往往圓整度不高,甚至?xí)霈F(xiàn)橢圓狀,壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)在此類壓痕直徑測量中,測量誤差明顯加大,這也是轉(zhuǎn)換布氏硬度偏高的原因.簡易目鏡在現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)受人為因素影響較大,使用簡易目鏡進(jìn)行壓痕直徑測量時(shí),建議轉(zhuǎn)９０°進(jìn)行兩次測量,求兩次測量的平均值;同時(shí)還需盡可能將試驗(yàn)面打磨平整,以減小試驗(yàn)誤差.

３ 結(jié)論

(１)對(duì)于薄壁小徑管,便攜磁力式布氏硬度計(jì)試驗(yàn)后采用３種方法進(jìn)行壓痕直徑測量時(shí),壓痕自動(dòng)測量系統(tǒng)受試驗(yàn)管材打磨面不平整度的影響,其試驗(yàn)結(jié)果往往高于數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的,而簡易目鏡與布洛維目鏡測量的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)顯布洛維硬度計(jì)的誤差很小,可以為現(xiàn)場硬度檢驗(yàn)提供參考.

(２)高合金薄壁小徑管在進(jìn)行硬度試驗(yàn)時(shí),由于硬度較高,試驗(yàn)面打磨往往不夠平整,導(dǎo)致硬度試驗(yàn)壓痕往往圓整度不高,甚至?xí)霈F(xiàn)橢圓狀,這對(duì)現(xiàn)場硬度試驗(yàn)造成了一定影響,現(xiàn)場工作時(shí)在不影響管材使用性能的情況下需盡可能將檢驗(yàn)面打磨平整,減小試驗(yàn)誤差.

(文章來源：理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè)>2017年>8期)