便携式洛氏硬度计在主管道和波动管表面硬度检测中的应用

危永福　范波　邓双丰　郭建

摘要：对便携式洛氏硬度计在主管道和波动管表面硬度检测过程中的测量方法进行试验和对比研究，对影响测量结果的各种因素进行了分析，经过测量方法优化后，便携式洛氏硬度计在工件本体上的测量结果和实验室检测结果基本一致，解决了里氏硬度计在测量主管道和波动管表面硬度时离散性大和测量值不准确的问题。

关键词：主管道;洛氏硬度;误差分析;应用

1前言

主管道是连接反应堆一次冷却剂系统主要设备的管道，由直管段、弯头和主管道上的接管组成。反应堆至蒸汽发生器之间的管道称为热段，蒸汽发生器至主泵之间的称为过渡段，主泵至反应堆之间的称为冷段。主管道被称作核电站的“主动脉”，属于核安全一级、抗震I类设备。二重装备目前承制的主管道与波动管项目主要是与中广核工程公司签订的惠州核电项目，以及与国核工程公司签订的国核示范、海阳、陆丰核电项目。根据用户技术规格书要求，主管道和波动管产品在最终制造状态下要采用非破坏性方式检查工件表面硬度，试验方法按ASTM A370要求执行，硬度不超过HRB92。在实际使用过程中通常采用数显TH160型里氏硬度计检测主管道工件表面硬度，里氏硬度计具有数字显示硬度值，体积小，重量轻，测试简单，携带方便，测量效率高等优点。但里氏硬度计得到的洛氏硬度值都是通过换算得来的，与洛氏硬度计直接测量的洛氏硬度值有一定误差，在检测过程中，用里氏硬度计检测主管道的洛氏硬度值，偶而会出现超差，导致验收不合格。为了更加准确的测量主管道产品的洛氏硬度值，通过采用对照实验的方法，分别用数显TH160型里氏硬度计和便携式洛氏硬度计测量主管道最终加工状态的硬度值，形成两组对照实验数据，通过对两组试验数据的对比，分析里氏硬度计在实际应用过程中测量洛氏硬度值与洛氏硬度計测量的洛氏硬度值的误差，总结规律。

2试验过程和试验结果

2.1试验准备

选取波动管管段1、热段RCS-L001A弯管、冷段RCS-L002A弯管为实验对象，按照技术条件要求，分别用数显TH160型里氏硬度计和便携式洛氏硬度计测量波动管管段1、热段RCS-L001A弯管、冷段RCS-L002A弯管最终加工状态的表面硬度值，并做好记录。

2.2试验过程

用TH160型里氏硬度计和便携式洛氏硬度计测量波动管管段1、热段RCS-L001A弯管、冷段RCS-L002A弯管的洛氏硬度。实验之前，检查工件表面状态，避免由于受热、冷加工等对被测表面硬度的影响，表面粗糙度满足测量要求后，按图1、图2、图3所示位置对B端和T端在0°、90°、180°、270°四个位置测量硬度值，每个位置测3个值，做好记录，并计算其平均值。

2.3试验结果

测量结果及两种硬度计的结果对比见表1，从表1数据可以看出，两种硬度计测量的同一工件的相同部位洛氏硬度值平均值都在规程要求的范围内（≤92HRB），但里氏硬度计测量的洛氏硬度值个别超出规格书允许范围，且平均值比便携式洛氏硬度计测量平均值高2.2个点;将两种硬度计所测硬度值与检测中心台式硬度计所测产品试样硬度值做比较，便携式洛氏硬度计与台式硬度计所测洛氏硬度值更为接近。

3分析与讨论

（1）里氏硬度计本身会产生误差，目前试验和工作用的HT160型里氏硬度计采用的是D型冲击体，该冲击体的技术参数如下：

冲击体质量m= 5.5g

冲击能力Ea=0.011J

冲击体直径D=2.0mm

试件在受到冲击体撞击时产生的塑形变形还是弹性变形对里氏硬度的示值影响较大，由里氏硬度计算公式HL=1000Va/Vb（Va：冲击体反弹速度，Vb：冲击体速度），要使该式成立，还应满足以下条件：

a、冲击体的反弹速度和冲击速度应在同一条水平线上。

b、距试件表面1mm位置处的冲击能量Ea等于距试件表面1mm位置处的反弹能量Er加上冲击体冲击表面时在试件表面产生塑性变形所需的能量Epd，不能有其它形式的能量转换，公式表示为Ea=Er+Epd。

冲击体能量随冲击体质量m的变化而变化，当m变小时，Ea变小，试件表面产生塑性变形所吸收的能量Epd变小，相对Er增大，使反弹速度Va 增大，使测量硬度示值偏高。同时，释放冲击体的弹簧弹力误差，因里氏硬度计的冲击体速度是靠弹簧弹力施加的，经常使用硬度计会使弹力变小，Ea变小，试件表面塑形变形小，相对Er增大，使反弹速度Va 增大，硬度示值偏高。

（2）测量工件对硬度值的影响，当冲击体冲击试件表面时，试件表面会出现小凹陷，对于光滑的试件表面，冲击体会沿着冲击方向反弹回来，但当试件表面粗糙度比较高时，冲击体可能会改变回弹方向，影响反弹速度而影响硬度值。

（3）里氏硬度值转换为洛氏硬度值产生的误差，里氏硬度计和洛氏硬度计的测量原理不同，得出的数值不同，单位也不同，由于里氏硬度计只能直接测量出里氏硬度值，需要通过查表或者硬度计自身软件转换为洛氏硬度值，这必然会存在误差，因此，当技术条件明确要求测量洛氏硬度值时，最好采用洛氏硬度计直接测量，避免其他硬度计测量转换为洛氏硬度值所产生的误差较大的问题。

4结论

使用便携式洛氏硬度计测量主管道和波动管的表面洛氏硬度，比使用里氏硬度计测量的洛氏硬度值更准确、真实、有效，测量结果和实验室台式硬度计检测结果基本一致，满足了用户技术规格书要求，保证了产品质量，解决了使用里氏硬度计测量主管道和波动管表面硬度离散性大和测量值偏高的问题，可推广应用到AP、CAP、“华龙一号”系列主管道和波动管表面硬度检测。

参考文献

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【2】 孙庆军周晓江潘英里氏硬度测量布氏硬度和洛氏硬度误差分析计量与测试技术201441（11）.

【3】 陈小龙.洛氏硬度计的计量检定及常见故障探究[J].四川水泥，2019，000（005）：329-329.