趙 遠, 龍華明, 岳庚新

(天津誠信達金屬檢測技術有限公司, 天津 300384)

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

趙 遠, 龍華明, 岳庚新

(天津誠信達金屬檢測技術有限公司, 天津 300384)

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(tǒng)和數(shù)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(shù)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(tǒng)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(shù)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(shù)顯布洛維硬度計的相比誤差很??；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。

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

數(shù)顯布洛維硬度計具有性能穩(wěn)定、測試數(shù)據(jù)精確的優(yōu)點，但由于電力工程安裝現(xiàn)場條件限制，導致其無法在現(xiàn)場廣泛應用。目前對安裝現(xiàn)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/T 17394.4-2014將測得的里氏硬度轉換為布氏硬度[1-5]。DL/T 869-2012《火力發(fā)電廠焊接技術規(guī)程》中明確規(guī)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/T 17394的規(guī)定。同時GB/T 17394還規(guī)定：D型沖擊設備對試樣的最小厚度(為耦合)要求為25 mm，這對安裝現(xiàn)場的薄壁小徑管來說很難實現(xiàn)[6-9]。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(chǎn)現(xiàn)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(yōu)點，目前在工程現(xiàn)場應用廣泛[10-12]。然而相關試驗分析發(fā)現(xiàn)，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(guī)格要求也較為嚴格[13]。以上種種因素都增加了工程現(xiàn)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(shù)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(xiàn)場硬度試驗精度提供參考。

1 試驗材料與方法

從工程現(xiàn)場選取7根薄壁小徑管對接接頭試塊，材料牌號及規(guī)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(shù)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(tǒng)和數(shù)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(shù)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。

表1 薄壁小徑管硬度對比試塊的數(shù)量及規(guī)格

Tab.1 Quantity and specifications of hardness comparison test blocks of thin-walled small-diameter tubes

材料數(shù)量/根規(guī)格/(mm×mm)12Cr1MoV鋼3?51×8T91鋼21號：?51×42號：?38×9T92鋼2?42×10

圖1 硬度試驗位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of hardness test locations

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240～305 HBW，在此范圍內(nèi)的結果對比中，與數(shù)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-2～1 HBW；壓痕自動測量系統(tǒng)測量的試驗結果誤差最大，誤差范圍達到7～21 HBW；簡易目鏡測量的試驗結果誤差次之，誤差范圍也達到了-15～10 HBW。

圖2 12Cr1MoV鋼小徑管焊縫硬度試驗結果對比Fig.2 Comparison of hardness test results of weld seam of 12Cr1MoV steel small-diameter tubes

圖3 12Cr1MoV鋼小徑管母材硬度試驗結果對比Fig.3 Comparison of hardness test results of base metal of 12Cr1MoV steel small-diameter tubes

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162～174 HBW，在此范圍內(nèi)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(shù)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-1～7 HBW；而壓痕自動測量系統(tǒng)和布洛維目鏡測量的試驗結果誤差相當，誤差范圍為-7～7 HBW。

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(shù)顯布洛維硬度計的試驗結果相比，壓痕自動測量系統(tǒng)測量的試驗結果誤差最大，最大誤差達到21 HBW；簡易目鏡測量的試驗結果誤差次之，最大誤差達到約15 HBW；而布洛維目鏡測量的試驗結果誤差最小，最大誤差約7 HBW。

圖4 12Cr1MoV鋼小徑管硬度試驗結果綜合對比Fig.4 Comprehensive comparison of hardness test results of 12Cr1MoV steel small-diameter tubes

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 T92鋼小徑管焊縫硬度試驗結果對比Fig.5 comparison of hardness test results of weld seam of T92 steel small-diameter tubes

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390 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中，與數(shù)顯布洛維硬度計的試驗結果相比，布洛維目鏡與簡易目鏡測量的試驗結果誤差最小，最大誤差僅3 HBW；而壓痕自動測量系統(tǒng)測量的試驗結果不穩(wěn)定，最大誤差達到13 HBW。

2.2.2 母材硬度試驗結果對比分析

圖6為T92鋼小徑管母材硬度試驗結果對比。由圖6可以看出：所選試塊母材硬度約為235 HBW，在此范圍內(nèi)采用3種壓痕直徑測量方法的試驗結果，均高于數(shù)顯布洛維硬度計的試驗結果，其中采用布洛維目鏡測量的試驗結果與數(shù)顯布洛維硬度計的試驗結果誤差最小，幾次試驗結果誤差均在3 HBW左右；壓痕自動測量系統(tǒng)的試驗結果高出數(shù)顯布洛維硬度計的試驗結果最大達到16 HBW，誤差較大；而簡易目鏡測量的試驗結果誤差次之，誤差范圍為5～8 HBW。

圖6 T92鋼小徑管母材硬度試驗結果對比Fig.6 Comparison of hardness test results of base metal of T92 steel small-diameter tubes

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 Comprehensive comparison of hardness test results of T92 steel small-diameter tubes

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(shù)顯布洛維硬度計試驗結果的誤差范圍為-2～16 HBW；與數(shù)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(tǒng)測量的試驗結果誤差范圍為13～16 HBW，而布洛維目鏡測量的試驗結果誤差最小，最大僅為3 HBW。

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253 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中，簡易目鏡測量的試驗結果均低于數(shù)顯布洛維硬度計的，誤差范圍為-7～-1 HBW；布洛維目鏡和壓痕自動測量系統(tǒng)測量的試驗結果均高于數(shù)顯布洛維計的，經(jīng)多次試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，布洛維目鏡測量的試驗結果與數(shù)顯布洛維硬度計的誤差最大為6 HBW，而壓痕自動測量系統(tǒng)測量的試驗結果與數(shù)顯布洛維硬度計的誤差最大達到了10 HBW。

圖8 T91鋼小徑管焊縫硬度試驗結果對比Fig.8 Comparison of hardness test results of weld seam of T91 steel small-diameter tubes

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(nèi)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(shù)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(tǒng)測量的試驗結果與數(shù)顯布洛維硬度計的相當，最大誤差僅為3 HBW。

圖9 T91鋼小徑管母材硬度試驗結果對比Fig.9 Comparison of hardness test results of base metal of T91 steel small-diameter tubes

圖10 T91鋼小徑管硬度試驗結果綜合對比Fig.10 Comprehensive comparison of hardness test results of T91 steel small-diameter tubes

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(shù)顯布洛維硬度計的，誤差范圍為-1～-9 HBW，而壓痕自動測量系統(tǒng)測量的試驗結果則明顯高于數(shù)顯布洛維硬度計的，最大誤差達到了10 HBW，布洛維目鏡測量的試驗結果與數(shù)顯布洛維計的誤差范圍波動不大，最大誤差約為6 HBW。

圖11 所有硬度試驗結果綜合對比Fig.11 Comprehensive comparison of all hardness test results

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(shù)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(fā)現(xiàn)壓痕自動測量系統(tǒng)測量的試驗結果往往高于數(shù)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(shù)顯布洛維硬度計的誤差較小，可以為現(xiàn)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(tǒng)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(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?，F(xiàn)場工作時，在平面工件上，簡易目鏡與壓痕自動測量系統(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；而在管材上進行硬度試驗時，由于現(xiàn)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(xiàn)橢圓狀，壓痕自動測量系統(tǒng)在此類壓痕直徑測量中，測量誤差明顯加大，這也是轉換布氏硬度偏高的原因。簡易目鏡在現(xiàn)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(tǒng)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(shù)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(shù)顯布洛維硬度計的誤差很小，可以為現(xiàn)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(xiàn)橢圓狀，這對現(xiàn)場硬度試驗造成了一定影響，現(xiàn)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。

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Practicability of Portable Magnetic Brinell Hardness Tester in Hardness Test of Thin-Walled Small-Diameter Tubes

ZHAO Yuan, LONG Huaming, YUE Gengxin

(Tianjin Chengxinda Metal-Testing Technology Co., Ltd., Tianjin 300384, China)

With the thin-walled small-diameter tubes in power plants as the research object, firstly the hardness test was carried out with portable magnetic Brinell hardness tester, and then the indentation diameters were measured by simple eyepiece, indentation automatic measurement system and the eyepiece equipped on the digital universal hardness tester respectively. And the hardness test results of these three kinds of measurement methods were compared with the test results of digital universal hardness tester to study the practicability of portable magnetic Brinell hardness tester in hardness test of thin-walled small-diameter tubes. The results show that after hardness test with portable Brinell hardness tester, if the indentation diameters were measured by indentation automatic measuring system, the test results were often higher than those tested with digital universal hardness tester for the effect of unevenness of the test tube polished surface. If the indentation diameters were measured by simple eyepiece or the eyepiece equipped on the digital universal hardness tester, the test error compared to the test results of digital universal hardness tester was rather small. When testing the hardness of high alloy small-diameter tubes, the inspection surface should be polished as flat and smooth as possible in the premise of non-affecting the service performance of the tubes, so as to reduce the test error.

thin-walled small-diameter tube; hardness test; Brinell hardness; portable magnetic Brinell hardness tester; indentation diameter measurement

10.11973/lhjy-wl201708006

2017-03-07

趙 遠(1988-)，男，碩士，主要從事無損檢測技術及金屬材料組織性能控制研究，zhaoyuanhtt@163.com

TG115.5+1

A

1001-4012(2017)08-0557-05