承压类特种设备检验中的硬度检测分析

承压类特种设备检验中的硬度检测分析
摘要：主要介绍了承压类特种设备检测流程中的常用硬度测试技术,以及在确定材质种类和硬度、检验焊接和热处理后的品质、检验材质产生的裂纹、劣化和判定材质的应力腐蚀情况等方面的实际使用方法。

关键词：特种设备；检验；硬度检测
1硬度检测
硬度指固体材料的抗弹性应变、塑性变形以及破断的性能,是反映金属材料软硬程度的重要指标之一。

在承压类等特种设备的测试流程中,硬度测试由于其对现场环境要求不高、设备轻便、容易进行试验的优点,而成为最常见的测试之一。

硬度的测定方法繁多,且受周围环境影响,对承压类特种设备的测试最常见的硬度测定方法为里氏硬度法和便携式布氏硬度法。

里氏硬度法,是指规定材质的冲击物体在弹力作用下以规定速率撞击试样产生的,由冲头在距试样表面约一mm 时的回弹速率和撞击速度之比算得的数据。

而布氏硬度法是用规定重量的负载,将可旋位硬质合金球压头压在被测量的金属材料上,并保持一段时间后再卸掉负载,通过测定重量与压痕总表面积的比率,而得到的数据。

2硬度检测的应用
2.1判断材料类别及强度
TSG1-016的《固定式压力容器安全技术监察规程》要求,定期检验中"材料不明的,一般必须检查其承压部件的材质种类;对第I类钢制压力容器和有特殊要求的钢制压力容器,需要检查材质"。

在实际检查中,针对部分出厂材料缺失或材质错误的产品,必须对其材质进行确认,其材质的硬度数值与其化学结构、金相的类型及热处理情况等均有联系。

一般含碳量越大,硬度数值越大,马氏体的硬度数值高于珠光体。

所以,经过硬度测试,通常能够粗略判断其材质种类。

对试验中必须进行强度校核的压力容器,若材料性质不明,按照TSG1-016的规定,应根据同类材料的极限抗拉强度值进行强度校核。

现场试验时,往往由于所选取的材料硬度数值太低而造成了硬度校核的不合格。

但经过实验,材料坚韧度数值和标准材料的硬度之间存在着一定的换算关系,R=3.8HV-(适用于母材),而标准的中心值=3.55HB(适用于HB≤175的材料)。

国家通过大规模的测试,颁布了GB/T117-1999《黑色金属硬度及强度换算值》,在规范中提出了对各个品种钢材的各种硬度值和强度数值的对应方法。

这样,就能够利用对实际硬度的测定,近似地得出钢材的硬度数值,并要求对硬度校核的结果更加符合实际。

2.2检测焊接及热处理的质量
焊接及热处理是承压类特种设备生产过程中的重要环节,焊接前和热处理后的产品质量直接关系机械设备的安全可靠性。

焊接工艺是一项复杂的冶金工艺,金属材料进行焊接,其力学性能和原来的比较会发生很大改变,采用坚硬度测试,能够较好确定焊缝接头的动力学性质,初步判断焊缝和热处理产品的效果。

DL/T869-01在《火力发电厂焊接技术规程》中要求:"同种钢材焊缝接头热处理后所焊接的强韧度,不大于母材布氏硬度值加一百HBW,但并不大于以下要求:合金的含量小于或等于百分之三,且布氏硬度值不超过70HBW;合金的铁含量低于百分之十且不低于百分之三,布氏硬度值不超过300HBW;焊缝硬度不应小于母材硬度的百分之九十。

"
2.3检测材料的损伤、劣化
设备在一定的应用条件中,随着年限的增长,会出现渗碳、渗氮、脱碳、珠光体球化、石墨化等物质的损坏和优劣程度,利用在役设备的硬度测试,能够比较方便地确定物质损坏、优劣程度的范围。

在高温锅炉定期检查中,对高温部件的珠光体球化也是检测的关键,但由于金的检测速度较慢,金相组织的考核对考察人的实际能力影响很大,所以珠光体球化的定级工作也成为了考核的难点。

经过研究表明口,最常用的0G、1Cr1MoVG、15CrMoG等的珠光体球化程度都和钢材的硬度值密切相关,可利用测量钢材的坚韧度值来判断珠光体的球化等级。

而利用对历
次定期检验的锅炉高温管坚韧度值的研究结果,也能够近似地推断锅炉高温管的
残余寿命。

TSG1-016则规定:"有材质劣化倾向的压力容器,应当进行硬度检测。

"一般金
属材料在产生渗碳、渗氮后,金属表面的硬度就会提高,塑性、强度降低;但经过
脱碳、珠光体球化、多层石墨化等后,硬度就会下降。

2.4判断材料的应力腐蚀倾向
应力侵蚀是指材料在拉应力的影响下,在一定的腐蚀性介质中所形成的一个
严重的侵蚀破坏。

应力侵蚀的危险性很大,往往在毫无明确征兆的情形下突然出
现裂纹。

所以,在承压类设备测试工程中,对材料应力侵蚀情况的评估也十分关键。

一般的实验结果表明,对于高湿硫化氢应力腐蚀条件的高碳素钢和低合金钢,
经过热处理后的焊缝和热变形区坚韧度应;对高液氨应力的腐蚀条件下碳素钢和
低合金钢,在热处理后的焊缝和热变形部位硬度应;而对高氢氟酸的腐蚀条件下碳
素钢,热处理后检测焊缝和热影响区硬度应,但如果强韧度已达到此值的设备,则
需格外注意其发生内部应力侵蚀的概率,在必要时还应添加其他的检验方法。

3结论
硬度测试是常规检验方法,应用在承压等特种设备的测试中。

检测机构必须
根据设备现场条件,选择正确的硬度测试手段,并对测试结果进行正确的判定,保
证特种设备的安全工作。

参考文献：
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