氧化皮对金属硬度检测和光谱分析的影响

氧化皮对金属硬度检测和光谱分析的影响

吴华兵

上海电力安装第一工程有限公司 200090

【摘要】 通过实际工作中应用的金属硬度检测和光谱分析的方法，对在检测中发现的被检部件、材料硬度值不正常和材质不符的现象进行分析，并且根据分析结果探究其产生的原因。

【关键词】金属材料，热处理，氧化皮，硬度检测，光谱分析

1. 引言

在电厂金属监督过程中，金属材料的硬度检测和光谱分析是最为普遍的检测方法，但是人们往往在检测操作的过程中忽略了一些细节问题，使得金属材料检测结果得不到保证，对金属检测的准确性产生很大的影响。笔者曾见闻过几起实例，某电厂理化检测人员在进行硬度检测和光谱分析的时候，由于对金属表面检测区域打磨抛光马虎，致使检测结果有误。使得后面安装焊口大批量返工，这不仅提高了成本也影响了整个工程的进度。如发现不及时，还有可能会造成安全事故发生。本文考察了金属材料的硬度检测和光谱分析，着重讨论了氧化皮对金属材料硬度检测和光谱分析的影响。

2. 试样制备和试验

2.1 检测设备和仪器

手持X射线荧光光谱仪（型号：NITON XLt898W），便携式里氏硬度计（型号：HT-2000A） 打磨机，细砂纸

2.2 材料的选取

安装现场规格为φ219*32，材质为12Cr1MoVG的管道

2.3 试样处理

管道焊接完成后，经回火处理空冷至常温

2.4.试样的制备

第一个试样制备：经热处理后，在管子焊缝表面选择一个区域进行打磨，打磨面积大概为一个硬币面积大小，将管子焊缝表面的油漆、污垢打磨抛光干净，但是一层黑色致密的氧化皮不需要打磨抛光掉。

第二个试样制备：待第一个试样进行金属硬度检测和光谱分析后，在原来的位置我们再用打磨机把第一个试样表层的氧化皮打磨掉，由于我们使用的硬度计冲击装置为D型，所以我们要用细砂纸将试样表面抛光，使其表面粗糙度满足1.6μm以下才符合要求。

表1.各冲击装置类型的硬度计试样表面粗糙度

下图为安装现场试样图片

图1.试样一（含氧化皮） 图2. 试样二（去氧化皮）

2.5 试验过程

检测设备进场前是经过了上海市计量测试技术研究所检验合格后才允许的，检测前对硬度计和光谱仪进行自检，确保检测设备正常的情况下才能开始操作。

其他试验条件均按照GB/T17394-1998《金属里氏硬度试验方法》，硬度计具备单位自动转换功能，以下测量的硬度值均为布氏硬度。在第一个试样工作面测定五点硬度值记录下来，取算术平均值，然后按照DL/T991-2006《电力设备金属光谱分析技术导则》再进行光谱分析，把直读式光谱仪上显示的材质成分拍照记录下来。同理，在第二个试样工作面也测定五点硬度值记录下来，取算术平均值，也把光谱分析后的材质成分拍照记录。

2. 试验数据处理及结果

3.1 硬度检测试验数据

表2为两试样前后测量焊缝的布氏硬度值和算术平均值

表2

3.2 光谱分析试验数据

表3为两试样前后光谱分析焊缝的金属元素及成分含量

表3

下图为直读式光谱分析仪上记录下的成分及含量，图3为焊缝含氧化皮光谱分析的结果，图4为焊缝去氧化皮光谱分析的结果。

图3. 试样一(含氧化皮） 图4. 试样二（去氧化皮）

3.3 试验结果分析

1、金属硬度检测过程中，试件工作面的精细制备对准确测定硬度值是一个十分重要的因素。就本试验，由表2中的试验数据可以看出，在测定焊缝硬度时，氧化皮没有去掉比去掉氧化皮的布氏硬度要高出20左右。其原因可能是，在做热处理的时候，金属表层的金属元素与氧气发生化学反应形成了一层致密的氧化皮。致密的氧化皮将增大压头的摩擦力，造成压入深度变浅测试值增高。如此一来测试的结果失去了被检材料原始硬度的真实性。

2、金属光谱分析过程中，试件工作面的精细制备也是影响分析结果的一个非常重要的因素。由表3中的试验数据可以看出，在进行光谱分析时，焊缝表面氧化皮没有去掉的情况下，打出的光谱元素并不含有钒，这是与厂家提供的原材料并不相符。而只有打磨掉氧化皮测试出来的光谱元素才符合要求。其原因是因为直读式光谱仪发射出来的X射线能量是比较弱的，用X射线照射试样时由于表层致密的氧化皮抵挡了一部分X射线，使得里层某些金属元素原子不能被X射线激发，造成无法显示该元素。

四、结语

在金属硬度检测和光谱分析过程中，试件工作面的氧化皮对测定值的准确性有很大的影响。硬度检测时，有氧化皮测定的硬度值比实际硬度值要偏高。光谱分析时，有氧化皮会使某些金属元素漏检。

所以，在以后的金属检测过程中，从事检测的工作人员特别要注意氧化皮的影响。防止检测数据的不准确性及错用，乱用材质，避免不必要的经济损失，确保设备及人员的安全。

参考文献：

【1】卓尚军.X射线荧光光谱分析[J].分析实验室，2006，25（5）:113～122.

【2】陈新坤.原子发射光谱分析原理[M].天津科学技术出版社，1989.

【3】中国人民共和国国家能源部，《火力发电厂金属技术监督规程》DL/T438-2016，中国电力出版社，2016-12-01.

【4】中国人民共和国国家发展和改革委员会，《火力发电厂焊接热处理规程》DL/T819-2010，中国电力出版社，2011-05-01.

【5】中国人民共和国国家质量技术监督局，《金属里氏硬度试验方法》 GB/T17394-1998，中国标准出版社，1998-12-01.

【6】中华人民共和国电力行业标准，《电力设备金属光谱分析技术导则》DL/T991-2006，中国电力出版社，2006-05-06.

姓名：吴华兵 性别：男 籍贯：江西上饶 职务：金属试验室技术员 职称：助理工程师 学历：大学本科 单位：上海电力安装第一工程有限公司 邮编：200090