便携式万能力学性能检测仪.ppt

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1、便携式万能力学性能检测仪,韩国（株）Frontics介绍,韩国Frontics 成立于2000年9月，是以首尔大学国家级新材料研究所为母体而成立的高新技术企业。Frontics开发的压痕仪器能够对原材料、零部件及大型设备的安全与可靠性进行评价，能为客户提供“快速、精准的解决方案”。Frontics的压痕检测仪已经被韩国电力、核电、燃气公司、三星、浦项制铁、现代汽车、斗山重工、美国国防工业公司、威廉森管道公司、太平洋燃气电力公司、GE、埃克森美孚、壳牌、波音，日本JFE钢铁、中国国电等诸多跨国公司采用。Frontics公司与韩国电力研究院、国防研究院、铁道研究院、战略研究院、美国NASA、美国焊

2、接研究所及法国电力集团、首尔大学、大阪大学等国际著名的研究机构建立了合作关系。,便携式万能力学性能检测仪介绍,不同于破坏性检测仪器，AIS仪器压痕技术通过非破坏方法检测材料的力学性能（硬度、弹性模量、屈服强度、拉伸强度、残余应力、断裂韧性），对设备和构件进行疲劳老化评价、失效分析、寿命评估等。经过十多年的发展，Frontics已经成功研发AIS2100、AIS3000、AIS3000 Compact、AIT-U、Micro AIS、Nano AIS等多种国际领先的无损力学性能检测仪，并应用于微观和宏观领域。,便携式万能力学性能检测仪优势,检测项目：一体化检测屈服强度、拉伸强度、残余应力、弹性模

3、量、硬度、断裂韧性等性能检测特点：无损在役检测材料屈服强度、拉伸强度、硬度、残余应力、断裂韧性；可以检测不 同区域的力学性能，例如焊接区域的母材、热影响区、焊缝等 精 确 度：定量力学分析，测试数据非常精确，和破坏性检测结果完全一致。偏差小于3%。可 靠 性：国际ISO标准协会，美国机械与工程师协会，美国交通部，韩国KS标 准协会，韩国电力技术标准协会等国际上有名的标准机构制定了运用 仪器压痕技术检测拉很强度、残余应力、屈服强度的标准。携带方便：仪器重量3.5公斤，备蓄电池，方便野外作业。测试速度：测试速度非常快。一个测试点从架设固定架开始至测试数据，得到分析 报告以及拆卸固定架为止需要203

4、0分钟时间。得到的分析报告和原来 已知的数据相互对比，一目了然。测试成本：从测试数据-分析数据-打出报告都是自动完成，测试成本可以忽略不计。测试环境：不受环境，人为因素影响，设备配有野外专用电池。,几种检测技术的比较,万能力学性能检测仪带来的效益,万能力学性能检测仪可应用领域,冶金行业,石油行业,船舶行业,电力行业,化工行业,航空航天行业,铁路行业,重工行业,桥梁行业,仪器压痕技术原理,便携式万能力学性能检测仪通过在材料同一个位置连续下压测量出的载荷和深度，绘制成载荷-深度曲线。真实应力值和应变值通过数学理论公式由载荷和深度计算而来。在压头下压的过程中材料会在压痕区域产生弹塑性变形。屈服强度可

5、以从应力-应变曲线上弹性线与塑性曲线的交点计算得出，利用张力不稳定的理论计算得出抗拉强度。残余应力通过测量得到的在不同残余应力状态下载荷-深度曲线的，当给定的深度下，载荷-深度曲线偏离参考曲线的距离来计算出真实残余应力值。在无残余应力曲线的上方是压应力，下方是拉应力。断裂韧性基于临界压痕能量模型则是基于临界压痕能量模型，即当压痕深度到达临界压痕深度时曲线与XY轴所截的面积通过模拟计算后得出断裂韧性。,AIS仪器硬件,AIS3000,AIS3000Compact,尺寸:180 x 180 x 430 mm 重量:7 kg 最大载荷:300 kgf(分辨率.:5.6 gf)压头上下行程:40 mm

6、(分辨率.:0.1 um)加载速率:0.05 30 mm/min 连接PC:RS-422(数据线),尺寸:80 x 80 x 295(h)mm 重量:3.5 kg 最大载荷:100 kgf(分辨率:2.5 gf)压头上下行程:25 mm(分辨率:0.1 um)加载速率:0.05 30 mm/min 连接PC:RS-422(数据线),AIS3000是便携式万能力学性能检测仪的标准配置主机，可检测仪器所有的检测项目。AIS3000Compact是更便携的一种产品，相比AIS3000体积重量缩小了一半，但是AIS3000Compact由于电机只能检测拉伸强度1200Mpa以下的材料。,AIS配件,打

7、磨机,便携式电池,AIS夹具,V型固定架,适用于中小型曲面构件、设备,U型固定架,AIS夹具,适用于中小型曲面构件、设备,AIS夹具,链条固定架,适用于各种曲面或异性构件、设备,AIS夹具,曲面磁铁固定架,适用于大型曲面构件、设备,AIS夹具,平面磁铁固定架,适用于平面构件、设备,测试地点:韩国保宁热电厂(2002年4月)测试对象:汽轮机转子(直径3660 英尺,已运行22年)测试材料:ASTM A470 C1.8 固 定 架:多曲面磁铁固定架 测试项目:维修期间检测转子等设备，进行安全性评估,发电厂,测试的对象是已使用22年的涡轮转子，由于其形状是圆形的，选择使用多曲面磁铁固定架，测试点位于

8、一个狭窄的区域，凸凹不平部位15-30mm.,测试地点:韩国保宁发电厂（2009年8月)测试对象:汽轮机罩 固 定 架:平板磁铁固定架 测试目的:评估涡轮机罩磨损程度和使用寿命及所需性能评估,发电厂,发电厂,地点:韩国蔚山电厂(2005年5月)对象:对核电厂设施维修更换状况:拉伸性能评价材料:汽轮机轮外壳，转子附件:平面磁铁夹具，链条备注:测量屈服强度抗拉强度对高温条件元件的影响,图1.涡轮机外壳,图2.转子,测试地点:韩国保宁发电厂(2009年8月)测试对象:HP 转子罩 固 定 架:链条固定架 测试目的:通过检测机械性能最终评估其残余使用寿命,发电厂,发电厂,内部,外部,测量内部、外部强度

9、的差异,内部,1,2,3,4,平均,屈服强度(MPa),474,447,457,432,453,抗拉强度(MPa),582,581,563,542,567,4,1,2,3,平均值,474,447,457,432,453,582,581,563,542,567,4,外部,屈服强度(MPa),抗拉强度(MPa),1,2,3,平均值,439,404,418,420,642,622,637,634,测试地点:韩国唐津发电厂7#、8#(2008年8月)测试对象:ASME SA213T23锅炉管(800MW 锅炉管在运行中发生故障)测试项目:管道焊接前及热处理后的性能和残余应力 固 定 架:V型固定架,实

10、际的评估证明残余应力是稳定的，而且在受热状态下继续保持稳定的拉伸性能。,发电厂,发电厂,地点:韩国东西合作电厂(2005年9月)对象:CLG WTR主/旁通管，LO泵的进水管，发电机入口HDR材料:ASTM A53 Gr.B,SPW400,STPG 370无缝钢管性能附件:平面磁铁夹具，链条测量目的:由火灾引起的管道故障评估及材料原始性能指标评估,发电厂焊接弯管,测试地点:古里核电厂(2002年1月)测试对象:古里核电厂第一主冷却水管线(弯头型管道直径12英尺)工作温度:60/90测试材料:ASTM A106 B(金属),AWS E7016(焊接金属)固 定 架:链条固定架测试目的:运行20年

11、的核电厂冷却水管线焊接部位和受热管道机械性能评估,图.测量位置（母材/热影响区/焊接区）,测试点,#2,#9,No.Y UTS n K 位置 2 359 546 0.173 793.5 母材,398 529 0.127 712.6 热影响区 412 576 0.144 797.9 焊接区 433 526 0.093 664.6 焊接区,6 369 583 0.184 862.2 焊接区7 362 549 0.171 795.7 热影响区8 367 517 0.146 719.9 热影响区,9 321 508 0.185 751 母材,AWS 材料E7016:屈服强度(410MPa),抗拉强度(

12、530MPa)金属焊缝拉伸试验,ASMT A106 B 标准：屈服强度：245（MPa）抗拉强度：410-550（MPa）,发电厂蒸汽管道弯管,测试对象:蒸汽主管道弯头拉伸性能评价测试材料:P91合金管固 定 架:链条固定架测试目的:非破坏检测管道焊接弯头屈服强度、抗拉强度、维氏硬度测试结果:焊接弯头部分区域强度不达标,ASMT A335 P91标准：屈服强度：415（MPa）抗拉强度：585（MPa）,发电厂,测试对象:中国国内电厂P9管道 固 定 架:U型块夹具 测试目的:检测机械性能,测试地点:韩国核电能源研究所(2004年8月)测试对象:316L/304 不锈钢管道的残余应力(双坡口焊

13、接)固 定 架:链条固定架测试目的:每个焊接方法和方向对残余应力影响评估,发电厂,焊接区域,316L不锈钢（10英寸管道）残余应力,发电厂,测试对象:40Cr试块 测试目的:万能拉伸试验机的拉伸性能数据与压痕测试拉伸性能对比,发电厂,测试地点:韩国月城核电厂(2007年3月)测试对象:核电厂的部分材料、配件 测试目的:检查材料的各种性能和选择欲替代材料,测试目的是通过压痕测试检查并分析其性能，能否用国产配件替换进口配件？最终我们提供了可供选择材料的信息。,发电厂,测试对象:20CrMoV12管道 检测单位:韩国东西热电厂 检测目的:管道寿命评估,利用屈服强度的寿命评估曲线20CrMoV12,安

14、全性：高温、高压条件下运行设备，随着时间的推移，材料性能会发生变化，导致断裂、失效等问题。为了减少这些问题，需要在短时间内检测材料的力学性能，提前预防。特别是，判断老旧设备的更换周期及是否需要更换时，以检测资料为依据，并制定的替换/维修标准。经济性：购入符合发电厂的金属部件时，必须检测材料是否符合要求，造成了这部分的抽查检测量十分庞大。采用非破坏检测力学性能将使得减轻庞大费用支出和减少大量检测时间。通过这项技术，可以放心购入高品质的材料部件，进一步可以提高材料安全性、可靠性。,上图是20CrMoV12在600-610和650-660下的屈服强度，红色曲线是老化后的预计屈服强度值。,发电厂,发电

15、厂,仁川热电厂(2003年3月)加热器/减速机出口总管,保宁热电厂(2002年4月)转子,永兴热电厂(2002年7月)主蒸汽管道,大安 热电厂(2001年6月)热再热器冷回热管道,地点:韩国天燃气公司(2001年12月)对象:API 5L焊接试样测试状况:焊接处微小区域的拉伸性能评价材料:API 5L X65 30米处的管道附件:小型夹具备注:整个焊接部位的测试,图片.实验室测试(微小型夹具),(焊接试件),(示意图),石油/天燃气,产品,夹具,测试位置,石油/天燃气 地点:美国怀俄明州卡斯珀市 壳牌石油工地(2007年8月)对象:7.625英尺石油管道 状况:7.625英尺石油管道仪器压痕屈

16、服强度测试 附件:U型夹具 备注:（美国怀俄明州卡斯珀）石油天然气管道屈服强度评价,应用-生产材料的验收试验,CMTR,WPS and PQR 的验收,仪器压痕检测7.625英寸石油管道的屈服强度,参考荷兰壳牌集团（casper,WY）,应用-天然气技术研究所-盲测试验,地点：GTI（天然气技术研究所）对象：检测sub-sized 试样状况：通过表面压痕测试屈服强度材料：API 5L(API X42，X60，X65)附件：磁铁夹具，链条夹具，U型夹具,运用仪器压痕技术检测屈服强度,旧管道的验证（墨西哥国家石油公司）,应用案例（现场）,现代石油(2001年6月)#1CDU加热器(HS,HF)/H

17、F-流行转 化管,GS石油(2002年2月)真空热水器水箱for asphalt(垂直式管：直径6英尺),GE电力系统（2002年11月）天然气管道（墨西哥）,在4米高度的空气管道,炼油厂管道的PQ测试,炼油厂管道,图片.API X65(天燃气管道),Zoom,地点:GE 石油天燃气公司(2003年5月)对象:天燃气管道(墨西哥 瓜达拉哈拉州)状况:地下管道的拉伸性能评价材料:API X65附件:曲面磁铁夹具备注:清理管道表层后的拉伸性能评价,石油/天燃气,强度(MPa),-5,25,300,500400,600,800700,母材区,热影响区,焊接金属,0 5 10 15 20 距离(mm)

18、,屈服强度YS,最大拉伸强度UTS,现役管道检查 墨西哥的12条干线(地下管道，沼泽地管道）,使用年限:30 年,老化管道的拉伸性能评估,石油/天燃气,高速铁路车轮、铁轨老化性能评价,车轮轮辋力学性能检测,铁轨老化性能检测,1.测量车轮加工和热处理前后的抗拉强度、屈服强度、弹性模量、残余应力等性能，保障车轮出厂合格率2.现场快速检测车轮轮辋和轨道力学性能和残余应力，评估安全性能3.反复加载的车轮荷载引发疲劳老化及磨损现象，因此发生噪音大、振动异常等现象，缩短轨道寿命。需要制定轨道磨损老化修补标准。,应用案例管道及电厂,地下管道,核电厂,发电厂,桥梁,铁路,造船,仪器压痕技术现场应用领域,4米高

19、的空气管道,地下管道,核电厂,炼油厂管道,炼油厂管道的PQ测试,电厂管道的PQ测试,应用案例（实验室）,韩国天然气公司（2001年12月）API焊接试样的测试,日本东京天然气（2003年3月）板材拉伸试样,康菲石油公司（2003年12月）储罐（低碳钢）/管道（碳钢）,Canspec(2003年12月)脆性材料,日本大阪大学（2003年7月）激光焊接试样,AIS现场测试,AIS现场测试,AIS现场测试点,AIS现场测试点,对比论证试验1,检测材料：API X60管道检测目的：论证AIS仪器测试 API X60管道拉伸性能准确性(与GE-PII提供的数据进行对比),对比论证试验2,参加试验人员：原

20、中国无损检测学会理事、华东理工大学屠耀元教授，北京春秋阳光许学龙总经理和首尔大学（CMTAC）复杂环境测试及评价中心金仁燮研究员、FRONTICS工程人员等 试验时间：2013年3月21日试验材料：S45C(ASME E6/E8单轴拉伸试样片)；压痕法测试材料：S45C(同类母材),对比论证试验3,检测材料：45号碳钢检测目的：论证AIS仪器测试 准确性,对比论证试验4,检测材料：API X80管道检测方法：X射线衍射法和AIS仪器压痕测试法,韩国燃气公社中转供应站管理软件,运用传统的应力检测技术很难对管道进行在役检测，无法建立安全评价和管理所需的有效数据库，从而对建立安全评价及管理体系造成很大困难。非破坏仪器压痕检测法可以对在役管线设备进行力学性能的在役检测，为安全评价及管理体系的建立提供有效数据库。,材料性能,对比管理,图纸检查,基本信息,检查记录,综合图,设备/维修记录,评价,每日报告,预防性检查,中转供应站危险度评价,Home|Admin|Logout,预防性检查 设备管理 资料室,评价基准,压痕法测量的成果,采用破坏性试验法时 管线停运,采集试验片 采集试验片后必须进行维修工程 试验和维修消耗大量的时间和费用 采用仪器压痕法时 可以实施在役检测 不需采集制作试验片 试验结束不需要维修 短时间内结束检测,