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        关于里氏硬度计测量精度的讨论

        浏览次数: 日期:2011年9月22日 11:31
        里氏硬度计自从问世以来,为大尺寸工件,特别是大型结构件的现场硬度测试,提供了有效而方便的解决办法,极大地提高了工作效率,被越来越多的用户所认同而选择里氏硬度计。但在实际操作过程中,还是有很多用户对其精度提出了质疑。
         
        在实际工作中,里氏硬度计出现精度问题的情况,主要由二个方面产生,一是机器本身技术性能差,再一个就是应用时,操作不当造成的测量误差大。本文主要介绍因硬度计本身,即机器的性能而产生的测量误差问题。
         
        里氏硬度计就其本身而言,精度其实是很高的。根据我们的测试,瑞士进口的里氏硬度计可以满足很高的精度要求。但现在国内90%以上的用户用的都是国产里氏硬度计,其精度表现参差不齐,测量结果实在令人担忧。国内早期的里氏硬度计是仿造瑞士的产品生产的,而后期的就都是国产仿国产的了。虽然表面看上去,都是里氏硬度计,但实际的表现相差很多。主要有以下几个问题:
         
        1、线性精度不够
           国产硬度计的精度指标一般标为:±6HL或±0.8%(HL=800)。意思就是里氏硬度HL=800时,机器的示值允许的上下波动是±6HL值,最大和最小之间可以相差12个HL值。对应洛氏硬度是1个HRC值。这里边有个条件,就是在HL=800时,允许的误差是±0.8%。并不是指全范围都满足这个误差要求。±6个HL值才是里氏硬度计真正有意义的指标。当HL=200时,其精度按百分比标误差值就变成了±3%。所以,这个 0.8%不是里氏硬度计的真正精度指标,而是为了符合人们的习惯,才勉强这样标的。看上去精度很高,却没有太大的实际意义,倒是可以用来参考比较不同品牌机器的精度差别。比如,瑞士的硬度计包括国内个别品牌的硬度计标的是±0.5%,国内甚至有更好的硬度计精度已经达到了±0.3%的程度,已经超过了进口品牌。

        使用过里氏硬度计的用户都知道,随机的标准硬度试块都是高硬度值的试块。原因如上所述,用高块更容易让用户觉得精度高,满足技术指标,也容易验收合格。而一台硬度计的线性精度如何,作为用户就无从知晓了。线性精度是指一台机器,是否能在全范围内都能满足误差要求。所以,对频繁和大量使用里氏硬度计的用户,建议最好能自备中、低值标准试块,以此检验机器的线性精度。

         
        一台硬度计,如果精度指标是±6HL,那么在高、中、低值试块上都应该达到这个指标。能达到的,就说明线性精度没有问题,否则应视为不合格产品。线性精度不好的机器,高硬度值是准的,而中低值却不准。有的机器,高低都准,就中值不准,或高中值准,而低值不准。这并不是个别现象(进口机器也有此现象)。有的机器有调值功能,如果高低误差是反向的,也就是高的高,低的低,按高值调准了后,会造成中低值更大的误差。
         
        线性精度对大多数用户都是非常重要的,如果你的工件硬度是中低硬度的,而手里的机器,线性精度差,测随机的试块没有问题,测出的工件硬度总是有问题。这也是很多用户认为里氏硬度计不准的原因之一。
         
        2、重复精度差
           重复精度也称重复性。里氏硬度计的重复精度是指,一台机器在同一个部位多次测量而上下波动的差值。±6HL的标识实际上也体现了重复性。在精度指标里,主要是与标准值去比较,是否接近。而在重复性上,关键不在与标准值比较。重复性好的机器,精度不会差;而精度高的机器,重复性不一定好。因为,精度往往是取平均值出来的,上下波动很大,通过取平均,刚好与标准值吻合,满足了精度要求。但在我们看来,作为计量器具,重复性要比精度指标更重要,更有实际意义。精度是可以校准的,而重复性是没办法提高的,这是由机器的性能来决定的。在实际应用中,重复性好的机器,测一、二个测试点就可以了,大大提高测量效率。而重复性不好的机器要测很多点,取平均才能得出相对真实的硬度值。对于要求极高的工件,工艺上只允许测一、二点取硬度值,重复性不好的机器,根本无法满足要求,这已经不是精度的问题了。
         
        通常国内硬度计的精度为±6HL,其重复性也就是±6HL。最大跟最小值相差12HL值。好点的机器包括瑞士进口的是±4HL,而国内有的机器已经可以做到±2HL了。这种高重复性机器在实际工作中的作用是不言而喻的。通过对比与实践,重复性更能体现硬度计的好坏。
         
        3、系统误差
        根据里氏硬度计的测量原理及试验标准,其标准测量值均是按照垂直向下测量时得出的。当需要按一定角度(水平或向上)测量时,其测量条件已经不再符合测量标准的要求了。此时,测出的结果随角度的变化而有所不同,同时,在相同的角度下,对硬度值高低不同的工件,其产生的误差也是不同的。所以,测试的角度和不同硬度的工件所带来的测量误差是一种复合的影响。这就是里氏硬度计原理上的系统误差。
         
        如何解决这种系统误差,各厂家使用的方法也不尽相同。有线性和非线性补偿二种不同的解决方法。目前市面上绝大多少硬度计厂家包括进口品牌用的都是非线性补偿的方法。具体做法就是按照探头测量角度每45°的变化进行补偿,主要有斜下45°、水平、斜上45°及垂直向上。同时再根据每个角度按照每50HL值从低到高进行补偿。根据分析,可以看出这种补偿显然是非线性的,是跳跃式,每个补偿值之间有很大的台阶。虽然,理论上单纯这一种误差可以通过补偿来满足精度要求,但在实际中加上其它因素,如重复性、线性精度差等,而生产的误差累计和叠加,其偏差值可以是巨大的。而这方面,用户是很难发现的。有些用户就是忘了设置测试角度,甚至不知道要改变仪器上的角度设置,造成工件的硬度测量问题,带来不必要的损失。
         
        线性补偿就是将补偿过程进行数字化处理,细化到每个HL值进行补偿,大大提高补偿的精度。基本上与向下的测量效果是一样的。
         
        国内新推出一款全角度里氏硬度计,不仅是线性补偿,甚至是全角度范围内线性补偿。需要指出的是,全角度与自动识别方向是二个概念。全角度里氏硬度计的特点不仅是没有角度设置,其实就不存在所谓的角度问题。在全角度范围内均为线性测量。而自动识别冲击方向,只是方向的设置由机器代替手动,但根本的非线性问题并没有解决。
         
        全角度硬度计在实际工作中,为广大用户提供了高效而可靠的硬度测试手段。对于批量多截面工件的硬度测试,对于大型结构件的现场测试,更是便利。
         
        就目前而言,各厂家都是以硬度计在标准试块上的示值来表明该产品的精度水平。用户也是以此来验收是否合格的依据。很显然这是不够的,还需要做其它方面进一步地检验。这里给出几个方法,供大家参考。
        1、对随机试块进行重复性检验。在试块的同一部位多次打值,每次测试点仅离开上次测试点5mm左右,不必关心示值与试块本身的差异,只看重复性好不好。由于试块本身的热处理工艺,使得试块表面硬度随部位不同有很大差异。通常中间硬,边上软。如果随机在试块上胡乱打值,既看不出所以然,也无法分辨机器的好坏。
        2、自备里氏硬度高、中、低标准试块。通过对高、中、低块的检验,可以判断机器的线性精度是否合格。
        3、对试块进行水平和向上测试,以此判断机器的系统误差怎样。
         
        总之,影响硬度计精度的因素是多方面的,只有每个环节都控制好才能使产品的综合性能达到满意的程度。如果上述3项检验都合格,相信你手里的产品一定是一款非常精准的性能优越的好产品。

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