现场检验里氏硬度计测试误差影响因素

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中图分类号 ：TH 871 文献标志码 ：B doi：10.3969/j.issn.1000-7466.2013.s1.024Influence Factors Analysis on Measuring Error Leeb Hardness Tester on SiteFENG Zuo-ming，PENG Zhao-hua，LAN Zhong-xiang，W ANG Peng-wei，PENG Jun，W U Jinyu(Sichuan Special Equipment Inspection Institute，Chengdu 610061，China)Abstract：Combining with the petroleum equipment comprehensive testing situation of existingerror in hardness measurement by Leeb hardness tester，the measuring principle of Leeb hardnesstester was introduced and the influencing factors of measuring error such as impact direction ofhardness tester，surface cleanliness，surace roughness of specimen，specimen thickness were an-alyzed，and some corresponding preventive measures and precautions were proposed。

Key words：leeb hardness tester；inspect on site；error；hardness measurement；influence factor便携式里氏硬度计硬度传感器大小如笔，操作人员可以手握传感器在生产 、检验现场直接对工件进行各方向的硬度测试，其测量简易、痕迹孝硬度值测量广泛、携带方便、不受空间和方位等限制I1]，是其他台式硬度机无法比拟的。便携式里氏硬度计在模具、轧辊、锻压 、容器制造等行业应用普遍，特别是在锅炉、压力容器、压力管道等金属制压力设备现踌验中发挥着重要作用 ]。笔者以大型天然气净化厂设备全面检验中硬度测试过程为例，简要分析了采用里氏硬度计进 行硬度测试 时误差 的影响 因素，并提 出了预防措施和在实际硬度测试过程中的注意事项。

1 里氏硬度测试原理将硬度计硬度传感器的冲击体以-定的速度冲击被测工件，测量冲击头距工件表面 1 mm处的冲击速度 与反弹速度 ，冲击速度与反弹速度的比值乘以 1 000即为里氏硬度 HL：HL ( /v )×1 000通过硬度计 微 电脑可 以将 HL换 算成 HRB、HRC、HB、HV等 。

2 里氏硬度测试误差影响因素2.1 硬度计冲击方向里氏硬度计使用前应根据工件被测部位选择冲击方向(图 1)，且旧能选择硬度计规定的标准方位(图2)。因为冲击方向不同，冲击球头冲击及回弹速度不同，影响回弹速度与冲击速度比值，即影响里 氏硬度值准确度 ]。

工 -. T图 1 里氏硬度计冲击方选择收 稿 日期 ：2012-03-02作者简介：冯作明(1984-)，男 ，四川I巴中人，助理工程师，硕士，从事锅炉、压力容器及管道定期检验和监督检验工作。

增刊 1 冯作明，等：现踌验里氏硬度计测试误差影响因素图 2 里氏硬度计标准 冲击方 向但在设备实际检测过程中，特别是对大型石油化工设备等进行全面检验时，大多数情况是根据检验方案事先拆除指定部位保温层，硬度测试的方位与硬度计规定的标准方位就可能有-定差别，这种无法避免的偏差可由检验人员根据经验选择恰当的测试点，将误差降低到最校另外，检验人员最容易忽略的是同-台设备可能需要测试多个不同方向，根据检验现撑手架搭配以及被检工件位置限制等具体情况，需要不停地改变测试方向。而数百台设备要求短时间之内完成检验，大量重复的工作很容易让检验人员忘记测试 之前调整硬度计冲击方向，而为了检验数据的严谨 ，大多需要重新测试 ，工作量加大。

2.2 工件表面清洁度在现场硬度测试过程 中发现 ，被测工件表面油污的存在将降低硬度测定值，这是由于硬度计冲击头在空气介质与油污介质中所受的摩擦力不同，在油污介质中冲击能量损失大，从而减小冲击头的反弹速度，使得测试值偏低 J。同时，被检工件表面铁锈、防腐层等与工件本体的致密度、硬度不同，对冲击头具有-定的缓冲作用，同样有能量损失，会减小冲击头反弹速度，对硬度值的影响与油污相似 ]。

因此 ，在现踌验硬度测试之前 ，必须擦除工件表面油污，打磨铁锈和防腐层，直至露出本体金属光泽。

工件表面的防腐层被打磨后以粉尘状弥散在工件周围空气中，最后将有-部分粉尘沉积在工件被检表面，粘附冲击头进入硬度计导管，测试过程中将加大冲击头的摩擦力，影响硬度值的准确。同时，粘附的粉尘会加快冲击头磨损，缩短硬度计寿命。因此，检验前必须吹扫或擦拭干净被检部位。

2.3 工件表面粗糙度在布氏硬度 、维氏硬度等静态硬度试验 中，粗糙度对测试值的影响更多的是因为较大的粗糙度容易使压痕边缘不清晰导致测试读数不准。而里氏硬度计测试值通过自身仪器电路自动显示，容易让人认为粗糙度对里氏硬度影响较小 。然而里氏硬度测试原理与布氏硬度、维氏硬度测量原理迥异，它是测试硬度计冲头冲击速度与反弹速度的动态物理量，粗糙度对硬度的影响-方面是通过改变冲击头的回弹方向影响回弹速度来影响硬度值 ，粗糙度较大时影响较明显 。另-方面是通过对冲击头的能量吸收来体现的，粗糙度不同引起的能量损失有差别 ]。

冲击球冲击不同粗糙度表面示意图见图 3～图4。工件表面凹凸不平，当冲头落在工件表面时，使凸起部位产生变形 ，吸收 了冲头 的冲击能量 (图 3b和图4b)。表面粗糙度数值越大，表面凹凸起伏越大，吸收冲击能量越大，冲头损失能量越多，里氏硬度值越偏小(图3)。反之，表面粗糙度值越小，冲头能量损失小，硬度值偏大(图 4)。此处的硬度值偏大、偏小只是相对而言，因为理论上讲，受粗糙度的影响里氏硬度测试值只会偏低。

- (a)冲击前 (b)冲击后图 3 冲击球冲击粗糙度数值较大表面示图- - (a)冲击前 (b)冲击后图 4 冲击球冲击粗糙度数值较小表面示图另外，同-工件粗糙度差异较大会引起硬度测试数据离散度较大。特别是对大批量、大型设备联合检验时，大批打磨工人联合作业，-台设备可能由多个持有不同型号、不同目数砂轮打磨机、打磨技术迥异的打磨工完成，-定程度上也影响到硬度值的准确测定。因此，检验中应旧能由-位打磨工完成整台设备打磨，使检验结果相对可靠。

在现踌验过程中，硬度测试部位的表面粗糙度要符合 GB/T 17394-1998金属里氏硬度试验方法》 中对粗糙度的要求(表 1)。

表 1 工件表面粗糙 度要求冲击装置类型 工件表面粗糙度要求/ mD型、DC型G型C型≤ 1.6≤ 1O≤ 12.4 工件厚度现场 的金 属 工 件 厚 薄 不 均，最 厚 的 可 达130 mm，最薄的仅有5 mm，其中还包括许多管件。

利用里氏硬度计测量，对于厚工件影响不大。但对于薄管工件，由于工件刚性降低，容易吸收冲击能量产生弹性变形、塑性变形或振动，从而使得冲头回弹石 油 化 工 设 备 2013年 第 42卷速度降低，造成测量值偏低，有的甚至无法测试○属里氏硬度试验方法中规定的不同冲击装置对工件最旭度的要求见表 2。但有时受现场测试条件的限制，工件厚度无法满足要求，而又无法使用其他测量方法，只能经过对比试验，分析同种材料厚度变化与硬度值之间的关系，从而对薄壁工件硬度值进行修正，旧能保证测试值准确口 。

表 2 工件最旭度要求冲击装置类型 工件最旭度/ramD型 、DC型G型C型2.5 工件不规则性在检验容器焊接接头硬度时，-般需要测试焊缝、热影响区以及母材的硬度。实际检验中发现有些焊缝高而窄，且为弧形曲面(图 5)，硬度计常配的支撑环不 能紧密 、稳定地紧贴被检表面 ，而是随测试 人员 的施 力方 向左右亿 ，影 响测试值的准确度 。-般 的解决办法是 给硬度计 配上合适的异型支撑环，但现踌验中采用更多的是在条件允许下将焊缝弧形曲面打磨成容易进行硬度测试 的平面。

母材： ：※：：冀支撑环/ 11..J 焊缝图5 焊缝与支撑环接触示图在测试焊缝热影响区时还发现有些容器成形不好 ，棱角度较大 ，焊缝两边的热影响区有些甚至向内有-定的凹陷(图 6)。这些凹陷会导致冲头距离工件的距离增大，使得反弹速度减小，测试结果偏校若将冲头向焊缝方向移动，可能会得出焊缝硬度；而将冲头向热影响区外移动，可能会得出母材的硬度，因此现踌验中应尽量避 免此情况，选择成形性较好的部位进行硬度测试。另外，多次打磨后留下的凹坑对硬度结果有同样 的影响l3]。

图 6 热影响区凹陷示图3 结语影响里氏硬度测试值误差的因素很多，有仪器本身系统因素、操作因素及环境因素等，为了确保现场硬度测试值的准确性，还需注意仪器本身的影响：①至少每年检定-次仪器，检定合格方可使用。②测试前应在仪器自带试块上进行校验，示值误差和重复性应不大于±12HL。③定期检查里氏硬度计的结构部件，如冲头的碳化钨球径、释放冲击体的弹簧弹力、冲击体冲头的质量是否产生变化，如果产生变化要及时更换或送生产制造商返厂修理。

在实际里氏硬度测量 中，操作者要不断研究标准并积累实际操作经验，完善操作技巧，尽量排除测量误差影响因素，以获取最准确的材料硬度信息。