法蘭表面粗糙度對理化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響分析

邢金濤，馬維強(qiáng)，李東東，李 祚

中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心 （陜西 西安 710018）

法蘭檢驗(yàn)主要項(xiàng)目包括外觀檢查、鋼印標(biāo)志檢查、幾何尺寸檢查、理化檢驗(yàn)，其中理化檢驗(yàn)包括化學(xué)元素分析及硬度檢測，是法蘭檢驗(yàn)中的重要檢驗(yàn)項(xiàng)目。在現(xiàn)有檢驗(yàn)流程中，法蘭進(jìn)行打磨后，方可進(jìn)行化學(xué)元素分析及硬度測量，檢驗(yàn)流程繁雜且現(xiàn)場存在金屬粉塵污染，對檢驗(yàn)人員及檢驗(yàn)環(huán)境有較大危害。通過方案的制定和實(shí)施，研究表面粗糙度對法蘭理化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，確定法蘭自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)中打磨質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

1 方案制定

隨機(jī)選取4組法蘭，3個(gè)為1組，要求每組規(guī)格不同。對每片法蘭測量3個(gè)部位，分別為打磨前、打磨后、清洗劑清洗后。每個(gè)測量部位檢測項(xiàng)目分別為粗糙度、硬度、化學(xué)元素。測量完成后對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，確定法蘭表面粗糙度對于硬度及化學(xué)元素的影響程度。

1）法蘭測量部位如圖1所示。

圖1 法蘭測量部位示意圖

2）檢測評定標(biāo)準(zhǔn)?；瘜W(xué)元素和硬度：NB/T 47008—2017《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件》。粗糙度：GB/T 1031—2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》[1]。

3）檢測設(shè)備?；瘜W(xué)元素：便攜式直讀光譜儀Test-MASTE-PRO。硬度：里氏硬度計(jì)DHT-300；粗糙度：粗糙度測量儀300C。

2 方案實(shí)施

法蘭打磨前，先用棉布對法蘭表面進(jìn)行擦拭，除去表面雜質(zhì)及部分油污，然后對法蘭的測量部位1進(jìn)行打磨前的粗糙度、硬度、化學(xué)成分測量。

法蘭打磨后，先用砂輪機(jī)對測量部位2打磨，打磨時(shí)力度大小應(yīng)適當(dāng)控制，不可傷及母材過深，且打磨部位距離法蘭邊緣不得小于16 mm，然后對粗糙度、硬度、化學(xué)成分測量[2]。

對于使用清洗劑的測量部位3，選用清洗劑為DPT-5型快速揮發(fā)型清洗劑，測量時(shí)先用棉布擦拭測量部位3，然后對測量部位3進(jìn)行多次噴射，待其揮發(fā)干后，對粗糙度、硬度、化學(xué)成分測量。

每個(gè)測量部位的每個(gè)測量項(xiàng)目測量3次，測量結(jié)果填入測試表，1片法蘭填1張表格。

3 測量數(shù)據(jù)分析

3.1 清洗法蘭對檢測數(shù)據(jù)的影響

先用棉布對法蘭外表面多次擦拭，以除去表面雜質(zhì)及部分油污，然后直接對部位1進(jìn)行粗糙度、硬度、化學(xué)成分測量[3]。清洗選用DPT-5型快速揮發(fā)型清洗劑對部位3進(jìn)行噴射清洗、擦拭，待其揮發(fā)干后進(jìn)行粗糙度、硬度、化學(xué)成分測量。對擦拭、清洗狀況下各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表1。

清洗后，粗糙度、硬度、化學(xué)元素測量數(shù)值變化不大，其中③、⑥組測量數(shù)據(jù)中化學(xué)元素中含碳量略有下降，測量值滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 表面打磨對檢測數(shù)據(jù)的影響

用砂輪機(jī)對測量部位2打磨，打磨部位距離法蘭邊緣不得小于16 mm，然后對粗糙度、硬度、化學(xué)成分測量，測試結(jié)果見表2。

法蘭打磨后表面粗糙度可以達(dá)到0.964～2.299μm之間，硬度及光譜檢測數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，各項(xiàng)測試結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 不同粗糙度下檢測數(shù)據(jù)對比分析

打磨前、清洗后和打磨后，法蘭表面粗糙度、硬度及化學(xué)元素測試有了一定的變化，對不同粗糙度下的各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

從選取的9組測試數(shù)據(jù)來看，打磨后其表面粗糙度明顯降低，不同粗糙度下的硬度測試數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定，其打磨后比打磨前略大10 HB。光譜測試時(shí)，表面粗糙度過大，測量數(shù)據(jù)跳動(dòng)較大，有時(shí)無法激發(fā)，評判較為困難，打磨后測量數(shù)值較穩(wěn)定、準(zhǔn)確，且含碳量有所降低。

表1 擦拭、清洗狀況下粗糙度、硬度及化學(xué)元素測試結(jié)果

表2 打磨后粗糙度、硬度及化學(xué)元素測試結(jié)果

4 法蘭表面粗糙度對硬度及光譜檢測的影響分析

由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對法蘭表面粗糙度無明確要求，不同廠家、規(guī)格的法蘭，甚至同批次、同規(guī)格的每片法蘭粗糙度都不相同，一般在2.907～15.79μm之間。

法蘭打磨前，當(dāng)粗糙度＜3.3μm時(shí)，通過清洗，硬度測量結(jié)果變動(dòng)不大，光譜檢測也能夠相對準(zhǔn)確測量到相關(guān)數(shù)值，一般情況下能夠滿足檢驗(yàn)要求。當(dāng)法蘭粗糙度在3.3～5.2μm，雖然各項(xiàng)檢測能夠正常開展，硬度值比打磨后測試數(shù)值略小10 HB，含碳量也比打磨后測試數(shù)值略大。當(dāng)測量值在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的臨界值左右時(shí)，未經(jīng)打磨，其測量方法與GB/T 17394.1—2014《金屬材料里氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》[4]中關(guān)于硬度測試時(shí)工件表面粗糙度最大允許值為2.0μm的要求，GB/T 4336—2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》[5]中關(guān)于分析樣品表面平整、潔凈的要求不相吻合，其檢測數(shù)據(jù)將給結(jié)果判定帶來不確定性和爭議。當(dāng)法蘭粗糙度＞5.2μm時(shí)，表面粗糙度過大，除硬度檢測數(shù)據(jù)輕微的偏差給結(jié)果判定帶來不確定性和爭議外，樣品表面不光滑或凹凸不平，光譜檢測會(huì)產(chǎn)生漏氣，導(dǎo)致激發(fā)光室氣壓不穩(wěn)定、激發(fā)聲音不正常、激發(fā)點(diǎn)變白、樣品表面氧化層等影響測量結(jié)果，甚至無法正常激發(fā)，無測量數(shù)據(jù)。

法蘭打磨后，粗糙度在0.964～2.299μm，有效降低了法蘭被測位置表面粗糙度，確保了硬度測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性以及光譜儀的正常激發(fā)，測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確。

5 結(jié)論

當(dāng)法蘭粗糙度＜3.3μm時(shí)，法蘭理化檢驗(yàn)可以直接進(jìn)行硬度測量和化學(xué)元素分析；當(dāng)法蘭粗糙度＞3.3μm時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行打磨處理后，方可確保測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。通過現(xiàn)場實(shí)測，較大一部分廠家的法蘭表面粗糙度＞3.3μm，因此法蘭表面進(jìn)行打磨在現(xiàn)階段必不可少。綜上所述，當(dāng)表面粗糙度＜3.3μm時(shí)，法蘭理化檢驗(yàn)可以直接進(jìn)行硬度測量和化學(xué)元素分析，因此在后續(xù)自動(dòng)打磨裝置研制時(shí)，應(yīng)以粗糙度＜3.3μm為衡量標(biāo)準(zhǔn)。