锅炉受热面产品不同规格T91材料里氏与布氏硬度设备检测对比研究.pdf
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1、2023 年第 8 期 第 50 卷 机械 75 收稿日期:2022-10-25 作者简介:李慧平(1987),女,四川内江人,高级工程师,主要研究方向为锅炉、容器产品质量检验,E-mail:。锅炉受热面产品不同规格 T91 材料里氏 与布氏硬度设备检测对比研究 李慧平,肖心伟,叶茂(东方电气集团东方锅炉股份有限公司,四川 自贡 643001)摘要:里氏硬度计检测效率高,但其测量精度受到设备设定和多种外界因素影响,一般低于实际硬度,特别是对于锅炉受热面小管,误差较大。本文针对不同规格的锅炉受热面小径管 T91 材料开展同位置里氏与布氏设备的对比研究,分析两种设备测量值的差异。通过对比过程和结果
2、表明,布氏设备测量稳定、准确,但在采用 C 型设备进行测量时建议使用辅助工装进行定位,以保证设备测量探头与管子轴线对中垂直;管子表面打磨状态对测量硬度值影响不大;不同检测人员的里氏测量值变化不大。不同布氏与里氏测量对比差值与管子壁厚存在一定的规律,管子壁厚越薄,对比差值越大,里氏测量值更偏低;管子壁厚越厚,对比差值越小,里氏测量值更偏高。关键词:里氏硬度计;布氏硬度计;T91 材料;小径管 中图分类号:TG113.25+1 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1006-0316.2023.08.011 文章编号:1006-0316(2023)08-0075-06 Compar
3、ison of Leeb and Brinell hardness testing Equipment for T91 Materials with Different Specifications of Boiler Heating Surface Products LI Huiping,XIAO Xinwei,YE Mao(Dongfang Boiler Group Co.,Ltd.,Zigong 643001,China)Abstract:Leeb hardness tester has high detection efficiency.But since its measuremen
4、t accuracy is vulnerable to equipment settings and various external factors,the measurement result is generally lower than the actual hardness.The error is significant especially for small tubes on the heating surface of the boiler.In this paper,a comparative study of Leeb and Brinell equipment at t
5、he same location is carried out for T91 materials of small diameter tubes on different boiler heating surfaces,and the difference between the measured values of the two equipment is analyzed.The comparison process and results show that Brinell equipment is stable and accurate in measurement.But when
6、 using C-type equipment for measurement,it is recommended to use auxiliary tooling for positioning to ensure that the measuring probe of the equipment is perpendicular to the axis of the pipe.The polishing state of the pipe surface has little effect on the measured hardness value.There is little cha
7、nge in the Leeb measurement values among different testing personnel.There is a certain correlation between the comparison difference between Brinell and Leeb measurements and the tube wall thickness.The thinner the tube wall thickness,the greater the comparison difference,and the lower the Leeb mea
8、surement value.The thicker the tube wall,the smaller the comparison difference,and the higher the Leeb measurement value.Key words:Leeb hardness tester;Brinell hardness tester;T91 materials;small diameter tubes 76 机械 2023 年第 8 期 第 50 卷 硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力,表示金属材料的坚硬程度,是重要的机械性能指标之一1。硬度检测因其现场条件要求不高、设备
9、轻便、易于实施等特点,是常用的检测手段之一2,一直是锅炉安装现场的重要关注项。DL/T 4382016 中明确规定:钢管的硬度检验,可采用便携式里氏硬度计按照GB/T 17394.1 测量;一旦出现硬度偏离本规程的规定值,应在硬度异常点附近扩大检查区域,检查出硬度异常的区域、程度,同时宜采用便携式布氏硬度计测量校核3-4。因里氏硬度计检测效率高,锅炉安装现场硬度检测及锅炉制造厂批量硬度检测时通常使用里氏硬度计5-6。但里氏硬度计的工作原理与布氏硬度计差异较大,其测量精度受到设备设定和多种外界因素影响,测量值一般低于实际硬度,特别对于锅炉受热面小管,误差较大。另一种便携式布氏硬度计7-8,其测试
10、原理与试验室用的台式硬度计完全相同,是一种直接测量硬度的方法,采用直径 D2.5 mm 的球压头,试验力 F187.5 kg,F/D230 kg/mm2,将试验力以缓慢而无冲击的方式施加于被测物体表面,通过压痕直径,计算得到被测物体的硬度值。大量实践及 DL/T 438 要求采用便携式布氏硬度计测量校核等均可以证明便携式布氏硬度计测量值准确可靠9,但其检测效率低,往往只在里氏硬度计偏低时复核使用。实际多数安装现场在里氏硬度测量异常时,却无布氏硬度计复核,无法有效判定产品硬度是否合格,同时多数制造厂亦无可追溯的里氏、布氏对比测量数据,只能多次赶赴现场复核,对安装周期、制造厂多次来回时间、费用等均
11、有较大影响。本文以电厂关注最多的受热面小管为研究对象,分别采用便携式里氏硬度计和便携式布氏硬度计两种设备对同材料(SA-213T91)不同规格的小管进行硬度对比试验,研究两种设备之间的偏差,为提高制造厂、现场硬度检测的精度和合格性提供参考。1 受热面小管磁力式布氏硬度计、C型布氏硬度计对比试验 目前适用于受热面小管检测的布氏硬度计主要为磁力式布氏硬度计和 C 型布氏硬度计,如图 1 所示。其中,对于管子外径小于 45 mm的小口径管,只能使用 C 型布氏硬度计。接下来针对两种设备的测量稳定性进行试验。(a)磁力式 (b)C 型 图 1 便携式布氏硬度计设备 1.1 试验材料和方法 (1)试验材
12、料:已热处理完成的规格为51 mm5 mm、51 mm7 mm,材料为SA-213T91 的样管,每种规格各取两根样管。(2)试验地点:试验室。(3)试验方法:每根样管各选择一个位置,在试验室采用抛光机打磨母材表面,每根样管同一位置区域分别采用相同设备测量三次,记录测量值,看测量结果的准确性、稳定性,如图 2、图 3 所示。图 2 试样表面抛光图 1.2 试验结果 试验测量数据如表 1 所示。可以看出,磁力式布氏硬度计测量稳定,C 型布氏硬度计测量波动大。经分析,测量不稳定的主要原因为:2023 年第 8 期 第 50 卷 机械 77 C 型布氏硬度计操作上要求部件的测量面与摇头轴线对中垂直,
13、但小管管径小、曲率大,在对其实际测量夹持固定时,难保证设备测头和管子轴线对中垂直,如图 4(a)所示。1.3 增加辅助工装 为确保小径管布氏测量的准确性,根据 C型布氏硬度计的结构、测量方式及管子结构,设计了辅助工装。该工装能准确定位检测点,并有效保证设备测量测头和管子轴线对中垂直,如图 4(b)所示。使用辅助工装后测得的试验数据如表 2 所示。对比表 2 与表 1 可以看出:(1)C 型布氏硬度计使用工装辅助定位后,测量稳定、准确,测量对比偏差 12 个,均在设备允许示值误差内。(2)同位置管子在磁力式布氏硬度计及 C型布氏硬度计两种设备、不同受压下的测量结果偏差不大,均在设备允许示值误差内
14、,说明不同布氏硬度计对测量结果精度影响小。表 1 磁力式、C 型布氏硬度计对比试验数据 样管 管子规格/mm 两种布氏硬度计测量结果 测量结果范围 测量结果稳定性 C 型 磁力式 C 型 磁力式C 型 磁力式 样管 1 515 199,201,192 206,206,208 192201 206208偏差 9 个 数据稳定 样管 2 515 195,191,203 202,200,198 191203 198202 偏差 12 个 数据稳定 样管 3 517 193,191,197 210,210,212 191197 210212偏差 6 个 数据稳定 样管 4 517 202,199,19
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