里氏硬度计测试精度影响因素

分析影响里氏硬度计测试精度的因素，简述里氏硬度测试的原理，提出了提高测试精度相应的对策，以期能为有关方面的需要提供参考建议。

里氏硬度计是一种测试器材，具有测量简易、痕迹小等优点，被广泛应用于金属制造业中。里氏硬度计是在动态力作用下测定金属硬度的，因此，影响里氏硬度计测试结果精确性的因素比较多，对影响因素进行分析是十分必要的。

1、里氏硬度计的基本原理

里氏硬度计的基本原理是具有一定质量的冲击体在一定的试验力作用下冲击试样表面，测量冲击体距试样表面1mm处冲击速度和反弹速度，利用电磁原理，感应与速度成正比的电压。里氏硬度值以冲击体反弹速度与冲击速度之比来表示。

2、里氏硬度测试影响因素

2.1硬度计冲击方向

使用里氏硬度计前应根据工件被测部位选择冲击方向，且尽可能选择硬度计规定的标准方向。因为冲击方向不同，冲击头冲击速度和反弹速度不同，因而，如果冲击方向不准确，将影响冲击速度与反弹速度的比值，即影响里氏硬度值的准确度。

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，大多数是根据检验方案事先拆除指定部位的保温层。硬度测试的方向与硬度计规定的标准方向可能有一定差别，这种无法避免的偏差可由检验人员根据自身经验选择恰当的测试点，将误差降低到Z小。

另外，同一台设备可能需要对多个方向进行测试，需要根据检验现场脚手架搭配和被检工件位置限制等具体情况，不停地改变测试方向，短时间之内要完成数百台设备的检验，这样大量重复的工作很容易让检验人员在测试之前忘记调整硬度计的冲击方向。为了检验数据的严谨，大多需要重新测试，这便加大了工作量。

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会降低硬度测定值，这是因为硬度计冲击头在空气介质和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，减小了冲击头的反弹速度，使测试值偏低。

同时，被检工件表面铁锈、防腐层等的致密度、硬度与工件本体不同，对冲击头具有一定的缓冲作用，同样有能量损失，减小冲击头的反弹速度，对硬度值的影响与油污相似。因此，在现场检验硬度测试之前，必须擦除工件表面的油污，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，有一部分粉尘会沉积在被检工件表面，黏附冲击头进入硬度计导管。这加大了测试过程中冲击头的摩擦力，影响硬度值的准确性。同时，黏附的粉尘会使冲击头磨损加快，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，容易使人误认为粗糙度对其影响较小。

里氏硬度测试原理与布氏硬度、维氏硬度测量原理迥异，里氏硬度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是通过改变冲击头的反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。另外，粗糙度对硬度的影响还通过对冲击头的能量吸收来体现，粗糙度不同引起的能量损失也不同。

冲击头冲击不同粗糙度表面，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。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。反之，表面粗糙度值越小，冲头能量损失小，硬度值偏大。此处的硬度值偏大、偏小只是相对而言，因为从理论上讲，受粗糙度的影响里氏硬度测试值只会偏低。

另外，同一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，一台设备可能由多个持有不同型号、不同数目的砂轮打磨机和打磨技术迥异的打磨工完成，这在一定程度上也影响到硬度值的准确测定。因此，检验中应尽可能由一位打磨工完成整台设备的打磨，从而使检验结果相对可靠。

2.4工件厚度

现场的金属工件厚薄不均，Z厚的可达130mm，Z薄的仅有5mm，其中还包括许多管件。采用里氏硬度计测量，对厚工件影响不大；但对于薄管工件，由于工件刚性较低，容易吸收冲击能量产生弹性变形、塑性变形、振动，从而使冲头反弹速度降低，造成测量值偏低，有的甚至无法进行测试。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，尽可能保证测试值准确。

2.5工件不规则性

在检验容器焊接接头硬度时，一般需要测试焊缝、热影响区和母材的硬度。实际检验中发现有些焊缝高而窄，且为弧形曲面，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摇摆，影响测试值的准确度。一般的解决办法是给硬度计配上合适的异型支撑环。不过，现场检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。

在测试焊缝热影响区时还发现有些容器成形不好，棱角较大，焊缝两边的热影响区有些甚至向内有一定的凹陷。这些凹陷会导致冲头距离工件的距离增大，使反弹速度减小，导致测试结果偏小。如果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。因此现场检验中应尽量避免出现此情况，选择成形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测试结果也有同样的影响。

3、结束语

综上所述，里氏硬度计是一种相对先进的便携式硬度测试仪器，具有体积小、操作方便、适用范围广等特点，适合测试一些大型、重型和不易移动的试件。由于存在许多影响测量精确度的因素，因此，需要对这些影响因素进行分析，并采取相应的防范措施，从而避免里氏硬度计出错。