摘　要:以电厂薄壁小径管为研究对象,采用便携磁力式布氏硬度计对其进行硬度测试,然后分别使用简易目镜、压痕自动测量系统和数显布洛维硬度计所配备的目镜测量压痕直径,并将３种测量方法的硬度试验结果与数显布洛维硬度计的试验结果进行了对比,以研究便携磁力式布氏硬度计在薄壁小径管硬度检验中的实用性.结果表明:便携磁力式布氏硬度计试验后采用不同方法进行压痕直径测量时,压痕自动测量系统受试验管材打磨面不平整度的影响,其试验结果往往高于数

显布洛维硬度计的,而简易目镜和布洛维目镜测量的试验结果与数显布洛维硬度计的相比误差很小;高合金薄壁小径管进行硬度试验时,在不影响管材使用性能的情况下需尽可能将试验面打磨平整光滑,以减小试验误差.

关键词:薄壁小径管;硬度试验;布氏硬度;便携磁力式布氏硬度计;压痕直径测量

中图分类号:TG１１５．５＋１　　　文献标志码:A　　　文章编号: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

数显布洛维硬度计具有性能稳定、测试数据精 确的优点,但由于电力工程安装现场条件限制,导致其无法在现场广泛应用.目前对安装现场硬度检验的通用手段是采用便携式里氏硬度计进行测试,再参照 GB/T１７３９４．４－２０１４将测得的里氏硬度转换为布氏硬度[１Ｇ５].DL/T８６９－２０１２«火力发电厂焊接技术规程»中明确规定:若采用里氏硬度计测试硬度,焊 接 接 头 的 材 料、制 样 和 检 测 需 符 合 GB/T１７３９４的规定.同时 GB/T１７３９４还规定:D型冲击

设备对试样的最小厚度(为耦合)要求为２５mm,这对安装现场的薄壁小径管来说很难实现[６Ｇ９].因此,便携磁力式布氏硬度计应运而生.便携磁力式布氏硬度计利用磁力吸盘将布氏硬度计固定在钢铁零件表面完成硬度试验,其完全按照布氏硬度试验原理,可在生产现场对工件进行快速精确的布氏硬度测试,具有可靠性高、小巧便携等优点,目前在工程现场应用广泛[１０Ｇ１２].然而相关试验分析发现,便携磁力式布氏硬度计测试值与真实硬度之间存在一定的偏差;且由于该硬度计的外形特点,对工件的规格要求也较为严格[１３].以上种种因素都增加了工程现场硬度试验的难度.笔者以薄壁小径管为研究对象,分别采用便携磁力式布氏硬度计和数显布洛维硬度计两种仪器对不同材料的小径管进行硬度试验,研究两种试验方法之间的偏差,为提高现场硬度试验精度提供参考.

１ 试验材料与方法

从工程现场选取 ７ 根薄壁小径管对接接头试块,材料牌号及规格见表１.分别对小径管试块焊缝及母材位置采用便携磁力式布氏硬度计和数显布洛维硬度 计 进 行 硬 度 对 比 试 验,具 体 试 验 位 置 见图１.两种试验方法均采用读取压痕直径再转换为布氏硬度的方法,便携磁力式布氏硬度计试验后分别 用其配备的简易目镜、压痕自动测量系统和数显

布洛维硬度计所配备的目镜(以下简称布洛维目镜)进行压痕直径测量,数显布洛维硬度计试验后直接用其所配备的目镜进行压痕直径测量,之后将所有试验结果进行对比,分析两种试验方法及不同压痕直径测量方法之间的差值.

２ 试验结果与讨论

２．１ １２CrMoV钢小径管硬度试验结果对比分析

２．１．１ 焊缝硬度试验结果对比分析

图２为１２Cr１MoV 钢小径管焊缝硬度试验结果对比.由 图 ２ 可 以 看 出:所 选 试 块 焊 缝 硬 度 在２４０~３０５HBW,在此范围内的结果对比中,与数显布洛维硬度计的试验结果相比,便携磁力式布氏硬度计试验后选用布洛维目镜测量的试验结果误差最小,误差范围为－２~１HBW;压痕自动测量系统测量的 试 验 结 果 误 差 最 大,误 差 范 围 达 到 ７~２１HBW;简易目镜测量的试验结果误差次之,误差范围也达到了－１５~１０HBW.

２．１．２ 母材硬度试验结果对比分析

图３为１２Cr１MoV 钢小径管母材硬度试验结果对比.由 图 ３ 可 以 看 出:所 选 试 块 母 材 硬 度 在１６２~１７４HBW,在此范围内便携磁力式布氏硬度计试验后采用３种压痕直径测量方法的试验结果中,与数显布洛维硬度计的试验结果相比,简易目镜测量 的 试 验 结 果 误 差 较 小,误 差 范 围 为 －１~７HBW;而压痕自动测量系统和布洛维目镜测量的

试验结果误差相当,误差范围为－７~７HBW.

２．１．３ 综合对比分析

图４为１２Cr１MoV 钢小径管硬度试验结果综合对比,即不考虑试验位置,单纯对硬度试验结果进行综合对比.由图４可以看出:所选该组小径管试块实测硬度在１６０~３００ HBW,便携磁力式布氏硬度计试验后采用３种方法进行压痕直径测量时,与数显布洛维硬度计的试验结果相比,压痕自动测量系统测 量 的 试 验 结 果 误 差 最 大,最 大 误 差 达 到２１HBW;简易目镜测量的试验结果误差次之,最大误差达到约１５HBW;而布洛维目镜测量的试验结果误差最小,最大误差约７HBW.

２．２ T９２钢小径管硬度试验结果对比分析

２．２．１ 焊缝硬度试验结果对比分析

图５为 T９２钢小径管焊缝硬度试验结果对比.由 图 ５ 可 以 看 出:所 选 试 块 焊 缝 硬 度 约 为

图５ T９２钢小径管焊缝硬度试验结果对比

Fig.５ comparisonofhardnesstestresultsofweldseamof

T９２steelsmallＧdiametertubes

２．２．３ 综合对比分析

图７ T９２钢小径管硬度试验结果综合对比

Fig.７ Comprehensivecomparisonofhardnesstestresultsof

图７为 T９２钢小径管硬度试验结果综合对比.由图７可以看出:在不考虑试验位置,单纯将硬度进 行综合对比的情况下,便携磁力式布氏硬度计试验后采用３种压痕直径测量方法的试验结果与数显布洛维硬度计试验结果的误差范围为－２~１６HBW;与数显布洛维硬度计试验结果相比,其中简易目镜测量的试验结果误差范围为３~８ HBW,压痕自动测 量 系 统 测 量 的 试 验 结 果 误 差 范 围 为 １３~１６HBW,而布洛维目镜测量的试验结果误差最小,最大仅为３HBW.２．３ T９１钢小径管硬度试验结果对比分析

２．３．１ 焊缝硬度试验结果对比分析

图８为 T９１钢小径管焊缝硬度试验结果对比.由图８可以看出:所选试块焊缝硬度约为２５３HBW,便携磁力式布氏硬度计试验后采用３种压痕直径测量方法中,简易目镜测量的试验结果均低于数显布洛维硬度计的,误差范围为－７~－１HBW;布洛维目镜和压痕自动测量系统测量的试验结果均高于数显布洛维计的,经多次试验数据统计,布洛维目镜测量的试验 结 果 与 数 显 布 洛 维 硬 度 计 的 误 差 最 大 为６HBW,而压痕自动测量系统测量的试验结果与数显布洛维硬度计的误差最大达到了１０HBW.

图８ T９１钢小径管焊缝硬度试验结果对比

Fig.８ Comparisonofhardnesstestresultsofweldseamof

T９１steelsmallＧdiametertubes

２．３．２ 母材硬度试验结果对比分析

图９为 T９１钢小径管母材硬度试验结果对比.综合来看,该组试块母材硬度约为２１０ HBW,在此范围内便携磁力式布氏硬度计试验后采用３种压痕直径测量方法,目镜测量的试验结果低于数显布洛维硬度计的,最大误差为９ HBW;而布洛维目镜和压痕自动测量系统测量的试验结果与数显布洛维硬度计的相当,最大误差仅为３HBW.

２．３．３ 综合对比分析

图１０ 为 T９１ 钢小径管 硬 度 试 验 结 果 综 合 对比.由图１０可以看出:在不考虑试验位置,单纯将硬度进行综合对比的情况下,便携磁力式布氏硬度计试验后简易目镜测量的试验结果明显低于数显布

洛维硬度计的,误差范围为－１~－９HBW,而压痕自动测量系统测量的试验结果则明显高于数显布洛维硬度计的,最大误差达到了１０HBW,布洛维目镜测量的试验结果与数显布洛维计的误差范围波动不

大,最大误差约为６HBW.

２．４ ３组试块硬度试验结果总体对比分析

图１１为３组试块便携磁力式布氏硬度计与布洛维硬度计所有硬度试验结果对比曲线.在不考虑材料及试验位置的情况下,将上述所有试块试验结果进行了综合对比.由图１１可以看出:所选取试块

图１１ 所有硬度试验结果综合对比

Fig.１１ Comprehensivecomparisonofallhardnesstestresults

硬度范围为１６０~３００ HBW,便携磁力式布氏硬度计试验后采用３种压痕直径测量方法的试验结果与数显布洛维硬度计的试验结果之间差距相对较小,但试验中却发现压痕自动测量系统测量的试验结果往往高于数显布洛维硬度计的,综合试验结果对比分析,其差值在８~１５ HBW,而简易目镜与布洛维目镜测量的试验结果与数显布洛维硬度计的误差较

小,可以为现场硬度检验提供参考.

２．５ 讨论

便携磁力式布氏硬度计试验后,在简易目镜、压痕自动测量系统和布洛维目镜３种压痕直径测量方式的试验结果对比中,利用布洛维目镜测量的试验结果最稳定,误差最小;简易目镜受光线、压痕及人员读取误差影响较大;而压痕自动测量系统则主要受试样表面状态和压痕圆整度的影响.现场工作时,在平面工件上,简易目镜与压痕自动测量系统读取压痕直径都比较方便,误差较小,两种压痕直径测量方法均可正常使用;而在管材上进行硬度试验时,由于现场光线较暗且高合金材料硬度较高,试验面打磨往往不够平整,导致硬度试验压痕往往圆整度不高,甚至会出现椭圆状,压痕自动测量系统在此类压痕直径测量中,测量误差明显加大,这也是转换布氏硬度偏高的原因.简易目镜在现场应用时受人为因素影响较大,使用简易目镜进行压痕直径测量时,建议转９０°进行两次测量,求两次测量的平均值;同时还需尽可能将试验面打磨平整,以减小试验误差.

３ 结论

(１)对于薄壁小径管,便携磁力式布氏硬度计试验后采用３种方法进行压痕直径测量时,压痕自动测量系统受试验管材打磨面不平整度的影响,其试验结果往往高于数显布洛维硬度计的,而简易目镜与布洛维目镜测量的试验结果与数显布洛维硬度计的误差很小,可以为现场硬度检验提供参考.

(２)高合金薄壁小径管在进行硬度试验时,由于硬度较高,试验面打磨往往不够平整,导致硬度试验压痕往往圆整度不高,甚至会出现椭圆状,这对现场硬度试验造成了一定影响,现场工作时在不影响管材使用性能的情况下需尽可能将检验面打磨平整,减小试验误差.

(文章来源：理化检验－物理分册>2017年>8期)