Твердомер что это такое
В тех случаях, когда необходим контроль твердости деталей, без нарушения их структуры, не обойтись без твердомера.
Под твердометрией понимают метод неразрушающего контроля твердости различных материалов — металлов, резины, сплавов, бетона, пластмассы и других.
Твердомер — прибор для измерения твердости материала. Этот прибор используют для контроля твердости деталей. Определение твердости тех или иных материалов может понадобиться на любых производственных участках, чаще всего твердомер используют в машиностроительстве, энергетике во время проведения контроля качества изделия, в лабораториях, научно-исследовательских центрах, в железнодорожном производстве, строительстве, при входном контроле заготовок и сырья, а также при разработке новых материалов и конструкций.
Виды твердомеров
Стационарные твердомеры — ТН,ТБ,ТР, ТШ, ТК, ТВ, ТН
Определение твердости производится различными методами.
 |  |  |  |
| ТКМ-459М | ТКМ-459C | MET-УД | МЕТ-У1 |
Так выделяют несколько шкал:
Выбор шкалы осуществляется в соответствии с технической документацией.
Механизм измерения твердости с помощью твердомера заключается в следующем: на поверхность образца производится механическое воздействие, в результате которого и определятся твердость материала.
Метод Шора — измерение твердости заключается в измерении глубины проникновения в материал стального стержня при нужном усилии.
Метод Бринелля — с помощью микроскопа измеряют глубину и диаметр отпечатка шарика, который внедрен в материал.
Метод Роквелла — измерение глубины внедрения алмазного конусного или стального сферического наконечника в материал с помощью индикатора.
Метод Виккерса — внедрение в материал специальной четырехгранной алмазной пирамидки.
Также применяют методы микротвердости, ударного отпечатка, упругого отскока бойка (динамический) и другие.
Определение твердости портативными твердомерами проводят следующими методами: механическим, контактно-импедансным (ультразвуковым), динамическим.
Проверку показаний твердомеров, их первичную и периодическую проверку проводят на эталонах (образцовых мерах твердости).
Твердомер — что это, виды и как работает?
В некоторых сферах деятельности важен такой показатель, как твердость материала. От этого зависят характеристики и сфера использование детали, ее надежность и долговечность.
Что такое твердомер.
Для измерения твердости готовой детали, чтоб сделать это, не нарушая ее целостности, используют прибор – твердомер. Такое оборудование используется в разных производствах.
При помощи твердомера можно определить твердость входящей заготовки, готовой детали или любой промежуточной стадии. Им пользуются в лабораториях, исследовательских институтах и центрах. Это быстрый и удобный способ определения твердости. Подробнее ознакомиться с ассортиментом твердомеров можно на сайте компании http://synercon.ru/catalog/tverdomery/.
Виды твердомеров.
Методы, лежащие в основе работы устройств.
Принципы работы стационарных твердомеров.
Принципы работы портативных твердомеров.
Особенности современных моделей.
Современные модели могут не только использовать для измерения твердости сразу несколько методов, но и отличаться по количеству дополнительных функций.
Корпус современного твердомера может быть изготовлен из водонепроницаемого пластика, что удобно при работе в любых условиях.
Твердомер может иметь встроенную память, которая позволяет запоминать определенное количество показателей.
Советы в статье «Что входит в систему СКУД» здесь.
В некоторых моделях есть возможность подключения к компьютеру и принтеру.
Твердомер: виды, характеристики и выбор
В некоторых сферах деятельности необходимо применять контроль твердости материалов – твердометрия. Для ее проведения используется специальный прибор – твердомер, который позволяет измерить твердость изделия, не разрушая структуру материала.
Твердомеры используются и для проверки твердости входящих на производство заготовок, и для контроля качества уже готовой продукции, в лабораторных исследованиях конструкций и материалов, при их разработке, в машиностроительной и железнодорожной промышленности, исследовательских центрах и институтах, энергетических отраслях.
Устройство и характеристики
Принцип работы твердомера состоит в измерении различных показателей (в зависимости от вида прибора) при механическом воздействии на материал.
По результатам этих измерений и проводится оценка твердости материала.
В зависимости от различных параметров заготовки, например, размеров, конструкции, свойств материала, для контроля твердости могут быть использованы стационарные или портативные твердомеры.
Их конструкция отличается, в зависимости от используемого метода исследования.
Портативные модели используют в тех случаях, когда невозможно применение стационарных вариантов, например, если детали заготовки слишком велики, либо же из-за их большой массы, когда объект исследования невозможно транспортировать в лабораторию.
Твердомеры состоят из нескольких основных элементов:
• Корпус с вычислительной электроникой.
На нем имеется элементы управления, дисплей для вывода результата измерений и отображения настроек.
На стационарных вариантах может быть вмонтирован микроскоп.
• Наковальня (для стационарных вариантов) – площадка, на которую устанавливается исследуемый образец.
• Датчик с индентором – элемент механического воздействия на образец с регистратором силы этого воздействия.
В портативных вариантах соединен с корпусом гибким проводом, либо же жестко.
Существуют беспроводные модели.
Материал
Корпус, наковальня и все подвижные элементы стационарного прибора изготавливаются, как правило, из металла или прочного пластика.
Портативные устройства практически все пластиковые с герметичным корпусом.
Модели, рассчитанные на использование в полевых условиях, водонепроницаемы, и имеют резиновые накладки, защищающие прибор от ударов.
Размеры и вес
Вес некоторых стационарных твердомеров превышает 200кг, а их высота и длинна доходят до 1 м и более.
Подразумевается, что эти измерительные приборы будут установлены неподвижно, так что их размеры и масса не имеют какого-либо влияния на удобство использования.
Для портативных приборов, кроме точности замеров, важными показателями являются габариты и вес.
Переносные модели весят, как правило, 150 – 200 г (около 500 г в металлическом корпусе).
Их габаритные размеры сравнимы с рацией, инженерным калькулятором или портативным радиоприемником.
Для транспортировки используется ударопрочный кейс.
Память
Хороший портативный твердомер способен хранить показатели одновременно нескольких предыдущих замеров прибора.
Для этого он оборудован встроенной памятью.
Для переноса показателей из памяти прибора на компьютер, он может быть оснащен стандартным USB-интерфейсом.
Как правило, память для хранения показателей твердомера энергонезависима.
Иными словами, сохраненные данные не теряются при полной разрядке аккумулятора или его отсутствии.
Кром того, некоторые модели позволяют сохранять не только показатели замеров, но и его настройки.
Это удобно, так как нет необходимости перенастраивать прибор после каждого отключения.
Виды твердомеров, назначение и методы измерения твердости
Размеры этих измерительных инструментов оказывают непосредственное влияние на их классификацию, так для измерения твердости материалов приборы делятся на:
Стационарные
Имеют большие габариты и вес, используются в лабораториях для проведения измерений с минимальными погрешностями.
Опционально оборудованы интерфейсом для подключения к компьютеру, микроскопу и принтеру для распечатки результатов исследования.
Источник питания – бытовая сеть.
Имеют клавиатуру для ввода параметров измерения, результаты отображаются на встроенных дисплеях.
Портативные (переносные) твердомеры
Приборы с небольшой массой и габаритами.
Большинство из них помещаются в карман.
Несмотря на свои размеры, некоторые малогабаритные твердомеры имеют внушительный функционал.
Это и графический дисплей, и детальная настройка параметров измерений, и фотокамера, и наличие съемной карты памяти для хранения калибровок и результатов исследований.
Измерения могут проводится по нескольким шкалам одновременно, включая пользовательские варианты, выполнять пересчет между шкалами.
Ручной прибор питается от обыкновенных батареек, либо же встроенного аккумулятора.
Классификация методов измерения твердости материалов, которые лежат в основе работы твердомеров:
• Статические — группа методов, демонстрирующих сопротивление пластической деформации.
Индентор представляет собой алмазный наконечник, либо же стальной шарик, который постепенно вдавливается в поверхность материала, после чего проводится анализ оставленного отпечатка.
• Динамические — группа методов, демонстрирующих как сопротивление деформации, так и упругость.
Анализируется результат удара индентора о поверхность материала.
• Косвенные – группа методов, позволяющие оценить смежные свойства материала, например, изменение частоты пропущенной звуковой волны.
Стационарные приборы по принципу работы делятся на:
Твердомер Бринелля
В основе лежит метод вдавливания шарикового индентора в поверхность, предложенный инженером Ю. Бринеллем более века назад.
Первый в мире метод, получивший стандартизацию и широкое распространение.
Обозначение твердости – HB.
Твердомер Роквелла
В основе лежит метод вдавливания конусного индентора в поверхность, предложенный профессором Людвигом.
Для этого метода разработано несколько шкал, которые соответствуют паре индентор – нагрузка.
Шкалы имеют буквенные обозначения: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Сам же метод обозначается, как HR, к которому добавляется буква шкалы.
Твердомер Супер-Роквелла
Особенностью этого прибора является усовершенствованный метод работы на основе метода Роквелла.
Заключается он в проведении двух последовательных измерений.
Подробнее можно прочесть в ГОСТ 22975.
Твердомер Виккерса
В основе лежит метод вдавливания пирамидального индентора в материал, предложенный инженерами компании Vickers Ltd. в 1921 году.
Обозначается символами HV.
Существуют модификации, способные производить замеры по Микро-Виккерсу.
Твердомер по Шору
В основе лежит метод измерения высоты отскока индентора от поверхности.
Обозначается, как HS с добавлением буквы одной из шкал, соответствующих этому методу (С и D – основные шкалы).
Практическое применение данного метода ограничено, а сегодня он используется для контроля твердости неметаллических материалов.
Твердомер по Барколу
В основе лежит метод вдавливания индентора, который выполнен в форме усеченного конуса с плоской вершиной.
Считается почти универсальным, так как позволяет определять твердость большинства материалов.
Твердомер по Либу
В основе лежит метод измерения скорости отскока индентора.
Обозначается буквами HL
При работе прибора используются различные типы датчиков, каждый из которых имеет свое буквенное обозначение, которое указывается после HL.
Универсальные
Эти приборы могут использовать несколько методов определения твердости материала.
Применение каждого из перечисленных приборов ограничено в силу свойств контролируемых материалов.
Методам определения твердости соответствует одноименная шкала.
Портативные приборы по принципу работы классифицируются на:
Динамические твердомеры
Работа основана на фиксации скорости индентора датчика до удара о поверхность образца, а затем после его отскока.
Ультразвуковые твердомеры
Работа основана на внедрение датчика в поверхность материала с последующим замером частоты колебаний индентора.
На основе степени изменения частоты колебаний и проводится расчет твердости.
Комбинированные твердомеры
Способны проводить измерения описанными выше способами одновременно.
Является лучшим методом экспресс-контроля, так как позволяет получать более точные данные.
Само название “твердомер” обобщает инструменты для измерения твердости материалов в подкласс по их назначению.
• Склерометр – инструмент предназначенный для замера плотности строительных материалов, таких как: шлакоблок, кирпич, бетон и других.
В работе используются принципы отскока индентора, ультразвукового прозвучивания, оценки ударных импульсов.
Часто используются твердомеры царапающего типа со шкалой Фридриха Маоса.
• Карандашного типа – замеряет твердость лакокрасочных покрытий.
• Твердомер по Бухгольцу. Оценка результата производится через микроскоп.
• Дюрометр – измеряет твердость материала по Шору.
Плотность материала определяется путем его механического зажима.
Используется для контроля твердости по параметрам колебаний установленного на испытуемую пластину маятника в форме равнобедренного треугольника.
Применение ограничено в силу специфики прибора, так что он подходит только для контроля твердости лакокрасочного покрытия.
• Универсальные твердомеры металлов стационарного типа – высокоточные аппараты с низкой погрешностью.
Способны выводить результат одновременно по нескольким шкалам.
• Шариковые – используют метод сопротивления вдавливанию индентора в виде шарика.
Применение – измерение твердости полимерных покрытий и материалов.
Также все твердомеры можно разделить на цифровые и аналоговые.
Последний вариант встречается достаточно редко из-за относительно низкой точности измерений, которая зависит от навыков оператора.
Как правило, используется для контроля мягких материалов.
Для вывода результата имеют шкалу в виде циферблата со стрелкой, в то время, как электронные приборы оснащены цифровым экраном.
Выбор шкалы, по которой проводятся измерения, напрямую зависит от твердости испытуемого образца.
Так, шкалы Бринелля и Шора отлично подходят для контроля твердости пластика, дерева, резины и других материалов, обладающих низкой твердостью.
Шкалу Роквелла используют для материала, обладающего средней твердостью.
Шкала Виккерса подходит для очень твердых образцов.
Особенности твердомеров
Инденторы для твердомеров изготавливают в большинстве случаев из твердых сплавов.
Особенно это актуально для приборов, работающих по методу упругого отскока.
В ультразвуковых приборах на основе метода контактного импеданса индентором служит призма, изготовленная из алмаза.
Этот материал обладает одним из самых высоких модулей упругости, что позволяет получать достаточно точные результаты измерений.
Кроме того, он имеет высокий показатель износостойкости.
Что нужно знать о твердомерах
Твердомер, являясь высокоточным измерительным прибором, нуждается в периодической проверке на исправность.
Кроме того, регулярно проводится его калибровка.
Следует знать, что для каждого метода определения твердости существует свой стандарт калибровки.
Например, для стационарных твердомеров Бринелля, Виккерса и Роквелла – ГОСТ 23677-79.
В этом же ГОСТе указано, что у таких приборов средняя наработка на отказ должна составлять не менее 25 тыс. (12,5 тыс. для вариантов с вычислительными модулями) часов.
Этот параметр определяет продолжительность работы устройства до первого отказа.
При этом полный срок службы должен превышать 10 лет, в соответствие все тому же государственному стандарту.
Первичная проверка осуществляется изготовителем.
Как выбрать твердомер?
Прежде чем приступить к выбору твердомера, необходимо определиться, с какими материалами предстоит работа.
От этого напрямую зависит метод контроля твердости.
Если важным требованием является точность замеров, а прибор будет использоваться в лаборатории предприятия, предпочтение отдается стационарным вариантам (в идеале — универсальным).
Для проведения замеров вне лабораторных условий, единственным верным решением будет покупка переносного твердомера.
Так как использование каждого метода ограничивается различными факторами, необходимо опираться на приведенные критерии.
Основные критерии
• Метод определения твердости.
Лучше приобрести комбинированный прибор, так как динамический метод хорошо подходит для геометрически простых массивных деталей, а ультразвуковой – небольших образцов материала сложной формы.
Современные портативные приборы имеют сложную электронику, чувствительную к внешним воздействиям.
Ее должен защищать ударопрочный влагостойкий (или вовсе водонепроницаемый) корпус с резиновыми накладками для удобства удержания.
• Связь с индентором.
Производители предлагают 3 варианта подключения датчика с индентором к регистрирующему оборудованию (основному модулю): встроенный, проводной или беспроводной (связь по Bluetooth).
От выбора зависит удобство использования.
• Возможность комплектации дополнительными типами датчиков.
• Возможность подключения к ПК и внешнему принтеру напрямую.
• Возможность работать с несколькими шкалами и преобразование результатов между шкалами.
Производители твердомеров
Пользовательское меню практически всех зарубежных твердомеров не имеет русского языка.
Это приводит к неудобству их эксплуатации в русском сегменте пользователей.
При этом, отечественные производители выпускают приборы, которые ничем не уступают зарубежным аналогам.
Среди зарубежных производителей по качеству измерительных приборов следует отметить PCE, Mitutoyo, Smart Sensor, Proceq SA, Sinowon, Krautkramer – GE.
Твердомеры преимущества, особенности и сферы применения
Твердомеры (также их называют склерометры или дюрометры) – приборы высокой точности, которые предназначены для проверки твердости деталей. Целостность самой детали при их использовании не нарушается. Твердомеры можно заказать на сайте http://tpmarket.ru/tverdomery. Компания «Импульс» представляет широкий ассортимент разнообразных моделей по демократичным ценам.
Когда применяются
Данные механизмы применяются для определения прочности металлов и других веществ. Это может быть лакокрасочная продукция, резина, пластмасса и т.пр. Нередко вместе с твердомерами приобретают металлические слитки, которые служат контрольным образцом и эталоном твердости.
Прочность конструкций необходимо проверять для контроля качества на производстве, а также в лабораториях, где разрабатываются новые механизмы. Установление твердости происходит по определенной схеме: на образец оказывается механическое воздействие заданной силы, после чего определяется его прочность. Сегодня твердомеры являя.тся необходимым инструментом. Без них невозможно производство основной части деталей и конструкций.
Когда не обойтись без проверки на прочность?
Яркий пример использования данных приборов – тестирование на прочность бетона при возведении мостов и эстакад.
Данные приборы обладают возможностью:
Классификация твердомеров
Твердомеры классифицируются по нескольким параметрам.
Для контроля твердости в условия цеха или лаборатории применяют стационарные приборы, в полевых условиях для замеров применяют портативные (переносные) механизмы.
Портативные твердомеры обладают рядом неоспоримых достоинств:
Эти модели чаще всего оснащаются ультразвуком или динамическим принципом работы, т.е. измеряют скорость датчика, с которой он отталкивается от поверхности изделия. Однако ультразвуковые образцы обладают одним недостатком – они требуют систематической калибровки для замеров нестандартных материалов.
Выбирая твердомер, учитывают материал, из которого выполнено тестируемое изделие.
Твердость предметов измеряют по 4 распространенным шкалам:
ООО «Импульс» является ведущим производителем испытательного оборудования с России и странах СНГ. На рынке компания находится более 15 лет. Ее продукция обладает всеми необходимыми сертификатами и соответствует мировым стандартам. Так что если вы заинтересованы в покупке продукции, которая будет вас устраивать по всем параметрам, обращайтесь в «Импульс». Здесь вам предложат самые выгодные условия сотрудничества. Можете быть в этом уверены.
Портативный твердомер – важный инструмент для ТД и ЭПБ опасных производственных объектов
Портативный твердомер – карманный (наладонный) прибор, позволяющий измерять твёрдость объектов в полевых и цеховых условиях. В отличие от стационарных твердомеров, они позволяют производить измерения безобразцовым способом, без вывода объектов из эксплуатации. Портативные твердомеры зачастую попросту незаменимы при проведении технического диагностирования, экспертизы промышленной безопасности и освидетельствования технических устройств, зданий и сооружений. Связано это с тем, что твёрдость – одна из важных характеристик, указывающая на способность материала сопротивляться поверхностной деформации под действием более твёрдого тела. Зная твёрдость того или иного металла, можно судить о его сопротивляемости трению, износостойкости, обрабатываемости, устойчивости поверхностных слоёв к разрушению и пр. Всё это позволяет рассчитывать остаточный ресурс объекта контроля.
Именно поэтому, несмотря на все методологические и юридические нюансы, о которых мы расскажем в этом тексте, такие приборы применялись, применяются и будут применяться. Просто потому, что они позволяют экономить десятки (если не сотни) миллионов рублей ежегодно, избавляя от необходимости вырезать из работающего оборудования образцы для последующих испытаний на стационарных аппаратах.
Портативные твердомеры применяются для контроля изделий из металла, пластика и резины. Мы сосредоточимся на тех, которые предназначены для измерения твёрдости металлов.
Но для начала
Надо понимать, что портативные твердомеры хоть и могут определять твёрдость в тех же шкалах, что и стационарные приборы – Бринелля, Роквелла, Виккерса и других – однако отличаются от них в корне, поскольку реализуют совсем другие методы измерений. Результаты в HB, HRC, HL, HV и других шкалах получаются путём пересчёта по некому алгоритму математической обработки. У каждого производителя портативных твердомеров он свой. Какого-либо единого стандарта здесь нет – за исключением разве что справочных, допускающих иные соотношения различных шкал в технически обоснованных случаях. Пример документа с такими справочными таблицами – РТМ 3-1947-91 «Конструкторские нормы. Металлы и сплавы. Переводные таблицы твёрдости». Из зарубежных – ASTM E 140-10.
Классические же стационарные твердомеры реализуют прямые методы измерений непосредственно по методам и в шкалах Бринелля, Виккерса, Микро-Виккерса, Роквелла и Супер-Роквелла. Однако такие аппараты стоят дороже, отличаются внушительными габаритами, более требовательны к квалификации оператора. Но главное – для работы с ним нужно иметь обустроенную испытательную лабораторию и, самое неприятное, готовить образцы. Это долго и дорого, а в случае эксплуатируемого оборудования – зачастую попросту невозможно.
Важно: портативные твердомеры не следует путать с твердомерами переносными. Последние, по сути, отличаются от стационарных твердомеров лишь конструктивным исполнением, более компактными размерами, меньшим весом. Но реализуют они измерения твёрдости по тем же методам Бринелля, Роквелла и т.д. В первом случае принцип действия предполагает статическое вдавливание шарикового наконечника и последующее измерение диаметра отпечатка. Метод Роквелла тоже подразумевает статическое вдавливание шарика либо алмазного конуса и последующее измерение глубины вдавливания наконечника. Это уже механические испытания (разрушающий контроль) в чистом виде. Портативные твердомеры тоже оставляют отпечатки на исследуемой поверхности, но гораздо меньших размеров.
Но опять же: законодательно пока нигде не обговорено чёткое разделение переносных и портативных твердомеров. Так, Федеральные нормы и правила по эксплуатационному контролю металла и продлению срока службы основных элементов котлов и трубопроводов тепловых электростанций (утверждены Приказом Ростехнадзора от 15.12.2020 года №535) содержат п. 68. Согласно ему, измерение твёрдости металла «проводится переносными твердомерами непосредственно на объекте» приборами «механического, физического или физико-механического воздействия» с погрешностью «не более ±5%». Формально, портативные приборы можно подверстать под эти требования.
И хоть твердометрия такими приборами не относится к области аттестации персонала или лабораторий НК – однако существуют основания относить данный вид контроля именно к НК. Подробнее этот аспект мы разберём ниже, а пока сосредоточимся на физических основах.
Методы измерения твёрдости портативными твердомерами
Что касается массивного основания, то в идеале это должна быть поверочная плита массой не менее 20 кг, толщиной не менее 70 мм, с шероховатостью не более Ra=0,32 мкм. Отклонение плоскостности рабочих поверхностей не должна превышать 3 мкм. Более точные требования к допускаемым массивным основания приведены в указанном выше стандарте.
Мы позволим себе не останавливаться подробно на более специфичных технологиях – например, для измерения твёрдости композитов и мягких металлов по Барколлу. Далее сосредоточимся на аппаратуре для указанных трёх методов, как на самых востребованных при ТД и ЭПБ технических устройств, зданий и сооружений на ОПО.
Датчики для портативных твердомеров
Классификация датчиков для измерения твёрдости по методу Либа приведена в ГОСТ Р 8.969-2019. В соответствии с данным стандартом датчики подразделяются на 7 типов: D (DC), S, E, DL, D+15, C, G. Соответственно, в зависимости от этого результаты измерений выражаются в единицах HLD, HLS, HLE, HLDL, HLC, HLG и т.д. Кстати, с методом Роквелла та же история – в зависимости от вариантов сочетания индентора и нагрузки там предусмотрено целых 11 шкал.
Для измерений в труднодоступных зонах предусмотрены датчики с длинным и узким стержнем. Ввиду того, что ультразвуковые датчики реализуют другой метод измерения, то в отличие от датчиков для метода Либа, они могут быть изготовлены в очень компактном исполнении. Пример – датчик типа К для приборов серии ТКМ-459, позволяющий проводить контроль внутри труб малого диаметра.
Наконец, датчик SPR – для статического метода, поставляемый с портативными твердомерами «Константа КТ». Индентор представляет собой алмазный конус с углом заострения 100±0,5 мм. Предварительная нагрузка составляет 1 кг, основная – 4 кг (итого в сумме 5 кг или 50 Н).
К вопросу о правовом статусе портативных твердомеров
По состоянию на июль 2021 года в России нет ни одного стандарта по UCI-методу и только один – по Leeb-методу (за рубежом их три – ISO 16859-1, ISO 16859-2, ISO 16859-3). В большинстве нормативно-технических документов, особенно в старых, даны ссылки на ГОСТ 9012-59 «Металлы. Метод измерения твёрдости по Бринеллю» и ГОСТ 9013-59 «Металлы. Метод измерения твёрдости по Роквеллу». Оба стандарта, в свою очередь, отсылают к ГОСТ 23677-79 «Твердомеры для металлов. Общие технические требования», который распространяется только на стационарные приборы.
Само измерение твёрдости как вид контроля при техническом диагностировании и экспертизе промышленной безопасности, как следует из разъяснений Ростехнадзора от сентября 2015 года, может относиться именно к неразрушающему контролю, а не к разрушающим испытаниям. Но не факт, так как прямого ответа в тех разъяснениях нет – дан только критерий. И портативные твердомеры, с одной стороны, ему соответствуют (ОК не нужно выводить из эксплуатации, вырезать из него образцы, потом ремонтировать). С другой – даже при работе с ультразвуковыми датчиками хоть и минимальные, в сотые или даже тысячные доли мм, но отпечатки всё же остаются. Считается ли это «нарушением целостности»? Скорее всего, однозначного ответа нет, как всё зависит от того, требуется ли после этого ремонт. Если такие маленькие отпечатки не мешают эксплуатации ОК – то, по логике, твердометрия может относиться к НК. Если же ремонт требуется – то это уже разрушающие испытания. Но это всё – теоретические рассуждения. К тому же есть такой документ, как НП-105-18 «Правила контроля металла оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок при изготовлении и монтаже». Любопытен он тем, что согласно п. 33, контроль твёрдости относится к неразрушающим методам. В то же время п. 55 и 56, описывающие порядок такого контроля, ссылается на ГОСТ 9013-59 и ГОСТ 2999-75. Оба стандарта предполагают отбор образцов, что не очень вяжется с сутью НК.
Как бы то ни было, в ГОСТ Р 56542-2019 «Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов» нет упоминаний про измерение твёрдости. В правилах аттестации персонала неразрушающего контроля – ни в СДАНК-02-2020, ни в СНК ОПО РОНКТД-02-2021. В Единой системе оценки соответствия (Координирующий орган – НТЦ «Промышленная безопасность») аттестация по измерению твёрдости однозначно относится к разрушающим испытаниям. Она проводится в соответствии с СДА-24-2009 «Правила аттестации (сертификации) персонала испытательных лабораторий».
Но самое главное, наверно, то, что рассматриваемые нами приборы благополучно вносятся в Государственные реестры СИ РФ и стран СНГ. По состоянию на сентябрь 2021 года, например, во ФГИС «Аршин» числится 42 записи по запросу «твердомеры портативные». Это значит, что они официально утверждены национальными органами по техническому регулированию и метрологии. Применительно к РФ, например, регистрация в реестре Росстандарта позволяет использовать СИ для работ, на которые распространяется закон №102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». Свой реестр есть в ОАО «РЖД» – там тоже немало приборов данного типа (примеры – серия ТКМ, серия ТЭМП). Ещё есть руководящий документ РД ЭО 0027-2005 «Инструкция по определению механических свойств металла оборудования атомных станций безобразцовыми методами по характеристикам твёрдости», который не только разрешает использовать портативные твердомеры, но и содержит чёткие к ним требования.
Что касается контроля непосредственно на ОПО при проведении технического диагностирования или экспертизы промышленной безопасности, то порядок измерений определяется документацией на контроль. Чаще всего это техническое задание, в котором обговаривается количество и местоположение точек для замеров (например, не менее 2-х или не менее 4-х точек на шурф при обследовании промысловых трубопроводов). Встречаются ТЗ, которые предписывают измерение твёрдости в тех же точках, по которым проводилась ультразвуковая толщинометрия. В других ТЗ добавляется оговорка о том, что количество точек зависит от срока службы ОК (чем он старше, тем больше замеров требуется). Наконец, в ТЗ может быть указано, что контроль проводится по индивидуальным программам, которые разрабатываются исполнителем (то есть испытательной лабораторией) и утверждаются заказчиком.
Измерение твёрдости динамическим портативным твердомером
Каждый тип датчиков рассчитан на свою шероховатость: Ra=0,4 мкм, Ra=1,6 мкм, Ra=2,0 мкм, Ra=7,0 мкм, Ra=12,5 мкм и т.д. Шероховатость проверяется по аттестованным образцам шероховатости либо при помощи профилометров. Также нужно убедиться, что на поверхности нет покрытий (гальванические покрытия – отдельный случай, для них есть специальные датчики), накипи, ржавчины, смазочных материалов, загрязнений и пр.
Контроль начинается с выбора марки металла в настройках прибора и с выбора шкалы измерений. Современные приборы позволяют задавать в настройках параметры объекта, учитывать геометрию и пр. Проводить контроль рекомендуется на чистой поверхности минимум в 5 мм от края объекта (10 мм для датчиков типа G) и в 1 мм от ближайшего отпечатка после предыдущего замера. Согласно п. 7.7 в ГОСТ Р 8.969-2019, расстояние между центрами отпечатков должно составлять не менее трёх диаметров отпечатка.
Далее, держа датчик в воздухе, нужно взвести пружинный механизм. После установки датчика нужно убедиться, что он расположен строго перпендикулярно поверхности ОК и плотно прижат к ней. После нажатия спусковой кнопки боёк, на конце которого расположен шариковый наконечник из карбида вольфрама или иного твёрдого сплава, падает в направляющей трубе на поверхность. Находящийся внутри бойка постоянный магнит наводит в катушке индуктивности электродвижущую силу, которая конвертируется в значение твёрдости в соответствии с выбранной шкалой. Результат отображается на дисплее электронного блока. Если направление удара бойка не совпадало с направлением силы тяжести, то в зависимости от фактического угла наклона, типа датчика и диапазона получаемых значений следует вносить поправку в соответствии с Приложением А из ГОСТ Р 8.969-2015.
Чтобы получить более точные результаты, в каждой точке может потребоваться серия из 3–5 измерений с вычислением среднего значения.
Измерение твёрдости ультразвуковым портативным твердомером
Для начала нужно убедиться, что шероховатость поверхности не превышает предельных значений для выбранного датчика. Для одних шероховатость не должна превышать Ra=3,2 мкм, для других – не более Ra=0,8 мкм. Некоторые датчики на рынке позволяют проводить контроль даже при Ra=12,5 мкм. Она должна быть чистой, сухой и обезжиренной. После шлифовки поверхность должна остыть, чтобы не допустить искажения результатов из-за нагревания.
Далее – нужно определиться с местом для замера. Чтобы избежать краевого эффекта, точка для прикладывания датчика должна располагаться не менее чем в 5 мм от края и не менее чем в 1 мм от полученных ранее отпечатков.
Датчик нужно устанавливать перпендикулярно к поверхности ОК. Затем нужно плавно надавить на корпус датчика, удерживая его двумя руками для большей устойчивости. Под действием калиброванной силовой пружины на резонатор (стальной стержень с алмазной пирамидкой) воздействует фиксированная нагрузка, вследствие чего индентор вводится в контролируемый материал. По завершении измерения прибор издаёт звуковой сигнал (такая функция реализована в ТКМ-459М, ТКМ-459С, «Константа КТ», ТВМ-УД и других). После этого датчик нужно поднять в воздух. Прибор пересчитывает величину относительного изменения частоты резонатора в твёрдость по выбранной шкале и показывает значение на дисплее.
Что касается нагрузки, то для метода UCI она может составлять 1, 1.5, 5 или 10 кг. Чаще всего датчик соответствует одному конкретному значению, но есть исключения – датчики к Equotip Live UCI с регулируемой нагрузкой 1–10 HV.
Как и в случае с динамическими датчиками, для получения более достоверных результатов может потребоваться серия из 3–5 замеров на каждом участке (с соблюдением указанных выше отступов между точками).
Меры твёрдости для поверки и калибровки портативных твердомеров
Для каждой шкалы предусмотрены свои эталонные меры твёрдости: МТВ – для Виккерса, МТБ – для Бринелля и МТР – для Роквелла, МТСР – для Супер-Роквелла. Меры поставляются комплектами по несколько экземпляров, каждый из которых рассчитан на свой диапазон значений. Так, в наборе МТР предусмотрено 5 мер различной твёрдости: 25±5 HRC, 45±5 HRC, 65±5 HRC, 83±3 HRA, 90±10 HRB. В комплекте МТБ – три образца, в МТВ – четыре. Всё это меры из стали, хотя в продаже можно найти образцы из алюминия (производства «МЕТ», например).
Эталонные меры твёрдости второго разряда изготавливаются в соответствии с ГОСТ 9031-75, ГОСТ 8.062-85, ГОСТ 8.063-2012, ГОСТ 8.064-94. Они внесены в Государственный реестр СИ РФ, подлежат периодической поверке и, по идее, должны использоваться для стационарных твердомеров, реализующих указанные методы. Однако специальных мер для портативных твердомеров не существует. ГОСТ Р 8.969-2019, например, даёт лишь рекомендацию по выбору эталонных мер твёрдости для поверки: их следует выбирать таким образом, чтобы твёрдость была близка к ожидаемому результату измерений. А потому в описаниях типа к приборам, внесённым в Госреестр СИ, указываются всё те же меры второго разряда МТВ, МТР, МТБ. Исключение составляет разве что ГОСТ Р 8.695-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Металлы и сплавы. Измерения твёрдости по Виккерсу. Часть 2. Поверка и калибровка твердомеров», в котором указано, что он применим и к портативным твердомерам.
Поверка портативного твердомера по эталонным мерам твёрдости предполагает выполнение серии измерений на каждом образце с определением абсолютной погрешности для каждого из них, по каждой шкале. Требуемое количество замеров (чаще всего – не менее пяти) и пределы допускаемой абсолютной погрешности прописываются в методиках поверки к приборам. Поверка производится в аккредитованных метрологических службах, по каждой шкале и во всех диапазонах измерения, в которой прибор может выполнять контроль.
Что касается калибровки, то оператор вправе выполнять её самостоятельно. Потребность в этом возникает, например, при слишком сильных отклонениях показаний на эталонных мерах. Кроме того, калибровка может понадобиться при контроле материалов, не предусмотренных в настройках прибора (какие-нибудь редкие стальные сплавы и пр.). Калибровка портативного твердомера выполняется по одному или двум эталонным образцам твёрдости. Выполняется серия измерений, после чего прибор высчитывает среднее значение, которое оператор вручную корректирует для соответствия допускам. Далее необходимо повторно провести несколько замеров и убедиться, что показания соответствуют допустимому пределу. Современные приборы позволяют сохранять несколько калибровок под разные типы материалов и датчиков. В каждом отдельном случае калибровка представляет собой некий поправочный коэффициент к таблицам пересчёта или к исходным градуировочным характеристикам преобразователей.
Приложение В к стандарту по методу Либа ГОСТ Р 8.969-2019 рекомендует проверять работоспособность портативного твердомера перед каждым применением. Предполагается проведение минимум трёх замеров на эталонной мере, подобранной в соответствии с ожидаемыми результатами измерений и расположенной на прочной опоре.
По мере эксплуатации меры «забиваются». Так как у них только одна рабочая поверхность, то после того, как примерно 70% её площади покрываются отпечатками от инденторов, нужно покупать новый эталон.
Производством мер твёрдости занимается «Завод испытательных образцов» (Иваново), «МЕТ» и др. Но заказать их можно у любого из тех производителей, о которых мы расскажем в финале этого текста.
Как выбрать портативный твердомер
В качестве отправной точки – рекомендуем вот этот видеосюжет от специалистов НПП «Машпроект». Последовательные ответы на озвученные там вопросы помогут определиться с правильным выбором.
Если есть утверждённые методики/инструкции/нормативные требования – то отталкиваться нужно от них. Что касается методов, то повторимся: если нужно контролировать тонкие лёгкие изделия и/или оставлять минимальный отпечаток, то лучше брать прибор с поддержкой UCI-метода. Если требуется более высокая достоверность показаний и позволяют весогабаритные характеристики объекта контроля – то лучше проводить измерения динамическим методом. Чтобы получить универсальный инструмент для разных задач – выгоднее немного доплатить и приобрести комбинированный прибор.
Где купить портативный твердомер
В числе спонсоров портала «Дефектоскопист.ру» – сразу три уважаемых производителя таких приборов.