法蘭表面粗糙度對理化檢驗數據的影響分析

邢金濤，馬維強，李東東，李 祚

中國石油長慶油田分公司技術監測中心 （陜西 西安 710018）

法蘭檢驗主要項目包括外觀檢查、鋼印標志檢查、幾何尺寸檢查、理化檢驗，其中理化檢驗包括化學元素分析及硬度檢測，是法蘭檢驗中的重要檢驗項目。在現有檢驗流程中，法蘭進行打磨后，方可進行化學元素分析及硬度測量，檢驗流程繁雜且現場存在金屬粉塵污染，對檢驗人員及檢驗環境有較大危害。通過方案的制定和實施，研究表面粗糙度對法蘭理化檢驗數據的影響，確定法蘭自動檢驗系統中打磨質量的衡量標準。

1 方案制定

隨機選取4組法蘭，3個為1組，要求每組規格不同。對每片法蘭測量3個部位，分別為打磨前、打磨后、清洗劑清洗后。每個測量部位檢測項目分別為粗糙度、硬度、化學元素。測量完成后對檢測數據進行分析對比，確定法蘭表面粗糙度對于硬度及化學元素的影響程度。

1）法蘭測量部位如圖1所示。

圖1 法蘭測量部位示意圖

2）檢測評定標準?；瘜W元素和硬度：NB/T 47008—2017《承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件》。粗糙度：GB/T 1031—2009《產品幾何技術規范（GPS)表面結構輪廓法表面粗糙度參數及其數值》[1]。

3）檢測設備。化學元素：便攜式直讀光譜儀Test-MASTE-PRO。硬度：里氏硬度計DHT-300；粗糙度：粗糙度測量儀300C。

2 方案實施

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

法蘭打磨后，先用砂輪機對測量部位2打磨，打磨時力度大小應適當控制，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型快速揮發型清洗劑，測量時先用棉布擦拭測量部位3，然后對測量部位3進行多次噴射，待其揮發干后，對粗糙度、硬度、化學成分測量。

每個測量部位的每個測量項目測量3次，測量結果填入測試表，1片法蘭填1張表格。

3 測量數據分析

3.1 清洗法蘭對檢測數據的影響

先用棉布對法蘭外表面多次擦拭，以除去表面雜質及部分油污，然后直接對部位1進行粗糙度、硬度、化學成分測量[3]。清洗選用DPT-5型快速揮發型清洗劑對部位3進行噴射清洗、擦拭，待其揮發干后進行粗糙度、硬度、化學成分測量。對擦拭、清洗狀況下各項測試數據進行統計分析結果見表1。

清洗后，粗糙度、硬度、化學元素測量數值變化不大，其中③、⑥組測量數據中化學元素中含碳量略有下降，測量值滿足了標準要求。

3.2 表面打磨對檢測數據的影響

用砂輪機對測量部位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、化學成分測量，測試結果見表2。

法蘭打磨后表面粗糙度可以達到0.964～2.299μm之間，硬度及光譜檢測數據更加穩定，各項測試結果滿足標準要求。

3.3 不同粗糙度下檢測數據對比分析

打磨前、清洗后和打磨后，法蘭表面粗糙度、硬度及化學元素測試有了一定的變化，對不同粗糙度下的各項檢測數據進行對比。

從選取的9組測試數據來看，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據相對穩定，其打磨后比打磨前略大10 HB。光譜測試時，表面粗糙度過大，測量數據跳動較大，有時無法激發，評判較為困難，打磨后測量數值較穩定、準確，且含碳量有所降低。

表1 擦拭、清洗狀況下粗糙度、硬度及化學元素測試結果

表2 打磨后粗糙度、硬度及化學元素測試結果

4 法蘭表面粗糙度對硬度及光譜檢測的影響分析

由于相關標準中對法蘭表面粗糙度無明確要求，不同廠家、規格的法蘭，甚至同批次、同規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，當粗糙度＜3.3μm時，通過清洗，硬度測量結果變動不大，光譜檢測也能夠相對準確測量到相關數值，一般情況下能夠滿足檢驗要求。當法蘭粗糙度在3.3～5.2μm，雖然各項檢測能夠正常開展，硬度值比打磨后測試數值略小10 HB，含碳量也比打磨后測試數值略大。當測量值在標準規定的臨界值左右時，未經打磨，其測量方法與GB/T 17394.1—2014《金屬材料里氏硬度試驗第1部分：試驗方法》[4]中關于硬度測試時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射光譜法（常規法）》[5]中關于分析樣品表面平整、潔凈的要求不相吻合，其檢測數據將給結果判定帶來不確定性和爭議。當法蘭粗糙度＞5.2μm時，表面粗糙度過大，除硬度檢測數據輕微的偏差給結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，光譜檢測會產生漏氣，導致激發光室氣壓不穩定、激發聲音不正常、激發點變白、樣品表面氧化層等影響測量結果，甚至無法正常激發，無測量數據。

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，確保了硬度測量數據的真實性以及光譜儀的正常激發，測試數據穩定、準確。

5 結論

當法蘭粗糙度＜3.3μm時，法蘭理化檢驗可以直接進行硬度測量和化學元素分析；當法蘭粗糙度＞3.3μm時，則應進行打磨處理后，方可確保測量數據準確、可靠。通過現場實測，較大一部分廠家的法蘭表面粗糙度＞3.3μm，因此法蘭表面進行打磨在現階段必不可少。綜上所述，當表面粗糙度＜3.3μm時，法蘭理化檢驗可以直接進行硬度測量和化學元素分析，因此在后續自動打磨裝置研制時，應以粗糙度＜3.3μm為衡量標準。