摘　要:以電廠薄壁小徑管為研究對象,采用便攜磁力式布氏硬度計對其進行硬度測試,然后分別使用簡易目鏡、壓痕自動測量系統和數顯布洛維硬度計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結果與數顯布洛維硬度計的試驗結果進行了對比,以研究便攜磁力式布氏硬度計在薄壁小徑管硬度檢驗中的實用性.結果表明:便攜磁力式布氏硬度計試驗后采用不同方法進行壓痕直徑測量時,壓痕自動測量系統受試驗管材打磨面不平整度的影響,其試驗結果往往高于數

顯布洛維硬度計的,而簡易目鏡和布洛維目鏡測量的試驗結果與數顯布洛維硬度計的相比誤差很小;高合金薄壁小徑管進行硬度試驗時,在不影響管材使用性能的情況下需盡可能將試驗面打磨平整光滑,以減小試驗誤差.

關鍵詞:薄壁小徑管;硬度試驗;布氏硬度;便攜磁力式布氏硬度計;壓痕直徑測量

中圖分類號:TG１１５．５＋１　　　文獻標志碼:A　　　文章編號: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

數顯布洛維硬度計具有性能穩定、測試數據精 確的優點,但由于電力工程安裝現場條件限制,導致其無法在現場廣泛應用.目前對安裝現場硬度檢驗的通用手段是采用便攜式里氏硬度計進行測試,再參照 GB/T１７３９４．４－２０１４將測得的里氏硬度轉換為布氏硬度[１Ｇ５].DL/T８６９－２０１２«火力發電廠焊接技術規程»中明確規定:若采用里氏硬度計測試硬度,焊 接 接 頭 的 材 料、制 樣 和 檢 測 需 符 合 GB/T１７３９４的規定.同時 GB/T１７３９４還規定:D型沖擊

設備對試樣的最小厚度(為耦合)要求為２５mm,這對安裝現場的薄壁小徑管來說很難實現[６Ｇ９].因此,便攜磁力式布氏硬度計應運而生.便攜磁力式布氏硬度計利用磁力吸盤將布氏硬度計固定在鋼鐵零件表面完成硬度試驗,其完全按照布氏硬度試驗原理,可在生產現場對工件進行快速精確的布氏硬度測試,具有可靠性高、小巧便攜等優點,目前在工程現場應用廣泛[１０Ｇ１２].然而相關試驗分析發現,便攜磁力式布氏硬度計測試值與真實硬度之間存在一定的偏差;且由于該硬度計的外形特點,對工件的規格要求也較為嚴格[１３].以上種種因素都增加了工程現場硬度試驗的難度.筆者以薄壁小徑管為研究對象,分別采用便攜磁力式布氏硬度計和數顯布洛維硬度計兩種儀器對不同材料的小徑管進行硬度試驗,研究兩種試驗方法之間的偏差,為提高現場硬度試驗精度提供參考.

１ 試驗材料與方法

從工程現場選取 ７ 根薄壁小徑管對接接頭試塊,材料牌號及規格見表１.分別對小徑管試塊焊縫及母材位置采用便攜磁力式布氏硬度計和數顯布洛維硬度 計 進 行 硬 度 對 比 試 驗,具 體 試 驗 位 置 見圖１.兩種試驗方法均采用讀取壓痕直徑再轉換為布氏硬度的方法,便攜磁力式布氏硬度計試驗后分別 用其配備的簡易目鏡、壓痕自動測量系統和數顯

布洛維硬度計所配備的目鏡(以下簡稱布洛維目鏡)進行壓痕直徑測量,數顯布洛維硬度計試驗后直接用其所配備的目鏡進行壓痕直徑測量,之后將所有試驗結果進行對比,分析兩種試驗方法及不同壓痕直徑測量方法之間的差值.

２ 試驗結果與討論

２．１ １２CrMoV鋼小徑管硬度試驗結果對比分析

２．１．１ 焊縫硬度試驗結果對比分析

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

２．１．２ 母材硬度試驗結果對比分析

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

試驗結果誤差相當,誤差范圍為－７~７HBW.

２．１．３ 綜合對比分析

圖４為１２Cr１MoV 鋼小徑管硬度試驗結果綜合對比,即不考慮試驗位置,單純對硬度試驗結果進行綜合對比.由圖４可以看出:所選該組小徑管試塊實測硬度在１６０~３００ HBW,便攜磁力式布氏硬度計試驗后采用３種方法進行壓痕直徑測量時,與數顯布洛維硬度計的試驗結果相比,壓痕自動測量系統測 量 的 試 驗 結 果 誤 差 最 大,最 大 誤 差 達 到２１HBW;簡易目鏡測量的試驗結果誤差次之,最大誤差達到約１５HBW;而布洛維目鏡測量的試驗結果誤差最小,最大誤差約７HBW.

２．２ T９２鋼小徑管硬度試驗結果對比分析

２．２．１ 焊縫硬度試驗結果對比分析

圖５為 T９２鋼小徑管焊縫硬度試驗結果對比.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結果對比

Fig.５ comparisonofhardnesstestresultsofweldseamof

T９２steelsmallＧdiametertubes

２．２．３ 綜合對比分析

圖７ T９２鋼小徑管硬度試驗結果綜合對比

Fig.７ Comprehensivecomparisonofhardnesstestresultsof

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

２．３．１ 焊縫硬度試驗結果對比分析

    圖８為 T９１鋼小徑管焊縫硬度試驗結果對比.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試驗后采用３種壓痕直徑測量方法中,簡易目鏡測量的試驗結果均低于數顯布洛維硬度計的,誤差范圍為－７~－１HBW;布洛維目鏡和壓痕自動測量系統測量的試驗結果均高于數顯布洛維計的,經多次試驗數據統計,布洛維目鏡測量的試驗 結 果 與 數 顯 布 洛 維 硬 度 計 的 誤 差 最 大 為６HBW,而壓痕自動測量系統測量的試驗結果與數顯布洛維硬度計的誤差最大達到了１０HBW.

圖８ T９１鋼小徑管焊縫硬度試驗結果對比

Fig.８ Comparisonofhardnesstestresultsofweldseamof

T９１steelsmallＧdiametertubes

２．３．２ 母材硬度試驗結果對比分析

    圖９為 T９１鋼小徑管母材硬度試驗結果對比.綜合來看,該組試塊母材硬度約為２１０ HBW,在此范圍內便攜磁力式布氏硬度計試驗后采用３種壓痕直徑測量方法,目鏡測量的試驗結果低于數顯布洛維硬度計的,最大誤差為９ HBW;而布洛維目鏡和壓痕自動測量系統測量的試驗結果與數顯布洛維硬度計的相當,最大誤差僅為３HBW.

２．３．３ 綜合對比分析

    圖１０ 為 T９１ 鋼小徑管 硬 度 試 驗 結 果 綜 合 對比.由圖１０可以看出:在不考慮試驗位置,單純將硬度進行綜合對比的情況下,便攜磁力式布氏硬度計試驗后簡易目鏡測量的試驗結果明顯低于數顯布

    洛維硬度計的,誤差范圍為－１~－９HBW,而壓痕自動測量系統測量的試驗結果則明顯高于數顯布洛維硬度計的,最大誤差達到了１０HBW,布洛維目鏡測量的試驗結果與數顯布洛維計的誤差范圍波動不

大,最大誤差約為６HBW.

２．４ ３組試塊硬度試驗結果總體對比分析

    圖１１為３組試塊便攜磁力式布氏硬度計與布洛維硬度計所有硬度試驗結果對比曲線.在不考慮材料及試驗位置的情況下,將上述所有試塊試驗結果進行了綜合對比.由圖１１可以看出:所選取試塊

圖１１ 所有硬度試驗結果綜合對比

Fig.１１ Comprehensivecomparisonofallhardnesstestresults

    硬度范圍為１６０~３００ HBW,便攜磁力式布氏硬度計試驗后采用３種壓痕直徑測量方法的試驗結果與數顯布洛維硬度計的試驗結果之間差距相對較小,但試驗中卻發現壓痕自動測量系統測量的試驗結果往往高于數顯布洛維硬度計的,綜合試驗結果對比分析,其差值在８~１５ HBW,而簡易目鏡與布洛維目鏡測量的試驗結果與數顯布洛維硬度計的誤差較

小,可以為現場硬度檢驗提供參考.

２．５ 討論

    便攜磁力式布氏硬度計試驗后,在簡易目鏡、壓痕自動測量系統和布洛維目鏡３種壓痕直徑測量方式的試驗結果對比中,利用布洛維目鏡測量的試驗結果最穩定,誤差最小;簡易目鏡受光線、壓痕及人員讀取誤差影響較大;而壓痕自動測量系統則主要受試樣表面狀態和壓痕圓整度的影響.現場工作時,在平面工件上,簡易目鏡與壓痕自動測量系統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;而在管材上進行硬度試驗時,由于現場光線較暗且高合金材料硬度較高,試驗面打磨往往不夠平整,導致硬度試驗壓痕往往圓整度不高,甚至會出現橢圓狀,壓痕自動測量系統在此類壓痕直徑測量中,測量誤差明顯加大,這也是轉換布氏硬度偏高的原因.簡易目鏡在現場應用時受人為因素影響較大,使用簡易目鏡進行壓痕直徑測量時,建議轉９０°進行兩次測量,求兩次測量的平均值;同時還需盡可能將試驗面打磨平整,以減小試驗誤差.

３ 結論

    (１)對于薄壁小徑管,便攜磁力式布氏硬度計試驗后采用３種方法進行壓痕直徑測量時,壓痕自動測量系統受試驗管材打磨面不平整度的影響,其試驗結果往往高于數顯布洛維硬度計的,而簡易目鏡與布洛維目鏡測量的試驗結果與數顯布洛維硬度計的誤差很小,可以為現場硬度檢驗提供參考.

    (２)高合金薄壁小徑管在進行硬度試驗時,由于硬度較高,試驗面打磨往往不夠平整,導致硬度試驗壓痕往往圓整度不高,甚至會出現橢圓狀,這對現場硬度試驗造成了一定影響,現場工作時在不影響管材使用性能的情況下需盡可能將檢驗面打磨平整,減小試驗誤差.

(文章來源：理化檢驗－物理分冊 > 2017年 > 8期 )