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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、美国焊接研究
2、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、AIS3000Compact、AIT-U、MicroAIS、NanoAIS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、弹性模量、硬度、断裂韧性等
3、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2030分钟时间。得到的分析报告和原来已知的
4、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
5、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AIS3000AIS3000Compact 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 (分辨率.: 0.1 um) 加载速率 : 0.05
6、 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配件打磨机便
7、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，测试点位于一个狭窄的区域，凸凹不平部位1
8、5-30mm. 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发电厂内部外部测量内部、外部强度的差异内部内部1234
9、平均平均屈服强度(MPa)474447457432453抗拉强度(MPa)5825815635425674123平均值平均值4744474574324535825815635425674外部外部屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)123平均值平均值439404418420642622637634 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。发电厂发电厂发电厂
10、地点: 韩国东西合作电厂(2005年9月)对象: CLGWTR主/旁通管，LO泵的进水管，发电机入口HDR材料:ASTMA53Gr.B,SPW400,STPG370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
11、/热影响区/焊接区）测试点#2#9No.YUTSnK位置23595460.173793.5母材33985290.127712.6热影响区44125760.144797.9焊接区54335260.093664.6焊接区63695830.184862.2焊接区73625490.171795.7热影响区83675170.146719.9热影响区93215080.185751母材AWS材料E7016:屈服强度(410MPa),抗拉强度(530MPa)金属焊缝拉伸试验ASMTA106B标准：屈服强度：245（MPa）抗拉强度：410-550（MPa）发电厂蒸汽管道弯管发电厂蒸汽管道弯管测试对象: 蒸汽主
12、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ASMTA335P91标准：屈服强度：415（MPa）抗拉强度：585（MPa）发电厂发电厂 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发电厂焊接区域图.链条连接316L不锈钢（10英寸管道）残余应力发
13、电厂发电厂 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
14、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。发电厂发电厂发电厂发电厂 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(2
15、002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图片. 实验室测试(微小型夹具)(焊接试件焊接试件)(示意图示意图)石油石油/天燃气天燃气产品产品夹具夹具测试位置测试位置石油/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服强度测试 附件: U型夹具 备注: （美国怀俄明州卡斯珀
16、）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)/HF-流行转 化管GS石油(2002年2月)真空热水器水箱for as
17、phalt (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图片. API X65 (天燃气管道天燃气管道)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石油/天燃气天燃气强度 (MPa)-525300500400600800700母材区热影响区焊接金属 0 5 10 15 20 距离(mm)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
18、(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石油/天燃气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观测老化层厚度变化（通过的吨位）可以确定通过的吨位和磨损关系，可以预测轨道的下次研磨修补期压痕检测能预测疲劳、老化层厚度掌握研磨修补期压痕测试结果，老化指数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
19、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：APIX60管道检测目的：论证AIS仪器测试APIX60管道拉伸性能准确性(与GE-PII提供的数据进行对比)对
20、比论证试验2参加试验人员：原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(ASMEE6/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：APIX80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
21、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。NCC材料性能材料性能材料性能材料性能对对比比管理管理管理管理图纸检查基本信息检查记录综合图综合图设备/维修记录评价评价每日报告每日报告预防性预防性检查检查中转供应站中转供应站危险度评价危险度评价Home | Admin | Logout预防性检查预防性检查 设备管理设备管理 资料室资料室评评价基准价基准价基准价基准运用仪器压痕法的老化管线管理模式运用仪器压痕法的老化管线管理模式运用仪器压痕法的老化管线管理模式运用仪器压痕法的老化管线管理模式压痕法测量的成果采用破坏性试验法时
22、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-短时间内结束检测将仪器压痕法测得的在役设备力学性能数据形成有效数据库。利用在役设备的力学性能数据库进行日常安全评价和管理，形成更为高效的安全评价/管理体系。标准1.韩国KS产业标准1).运用仪器压痕技术规范金属材料拉伸性能测试标准“KSB0950标准”(2002年)2).运用仪器压痕技术规范焊接部残余应力测试标准“KSB0951标准”(2005年)2.韩国电力技术标准(2006年)运用仪器压痕技术规范
23、拉伸性能和残余应力测试标准“KEPIC-MDFA370标准”标准1.美国标准运用仪器压痕技术规范材料拉伸性能和残余应力测试标准“ASME-2703(Sec.IX)标准”2.国际标准（2008年制定）运用仪器压痕技术规范金属材料拉伸性能和残余应力测试标准“ISO/DTR-29381标准”案例- -交通部新法规美国联邦法规第186到199部分第3卷49标题2000年10月修订美国联邦政府印刷局引用: 49CFR192美国交通部新规定（发布）192部分部分通过了天然气运输管道通过了天然气运输管道: 联邦安全标准联邦安全标准192.107 管道屈服强度(1) 如果管道根据本部分附件BII-D所述进行拉
24、伸测试，the lower of the following:(i) 80%的屈服强度由拉伸试验测定(ii)最低屈服强度由拉伸试验确定(2) 管道进行如本段b)(1)所述的拉伸试验，最低屈服强度为24,000 p.s.i. (165 Mpa）192.14 维护服务(一)以前使用的钢管维护无须有资格，如果操作使用本部分应准备如下的书面程序，对此进行了以下要求： (1) 管道的设计、制造、运行和维护过程中必须进行充分的测试，确定能否安全运行，并提供足够的历史记录美国交通部新规定（交通部第192部分）2. 美国管道管理规定(交通部新法规规)检测在运行中管道的拉伸性能是非常必要的 P=(2 St/D)
25、 x F x E x TP =设计压力磅每平方英寸（千帕）计。S =屈服强度磅每平方英寸（千帕）确定按照Sec 192.107。D =公称外径英寸（毫米）的管道。T =公称壁厚的管英寸（毫米）。如果这是未知的，按照Sec.192.109。附加壁厚所需外载荷按Sec.192.103不包括计算设计压力。.F =设计测定系数 依据Sec.192.111E =纵向共同系数，依据Sec.192.113T =温度降额系数 依据Sec 192.115. Ref.: Sec. 192.10560交通部 192 规定的管理数数据1. 1. 工作压力工作压力 为了判断（评价）安全的工作压力，需要检测屈服强度为了判断（评价）安全的工作压力，需要检测屈服强度2. 2. 屈服比屈服比 屈服比不能超过屈服比不能超过 0.85: 0.85: 检测管线的屈服强度和拉伸强度检测管线的屈服强度和拉伸强度- 有原始数数据时 应用原始的屈服强度值或实际检测的屈服强度值-没没有原始数数据时 应用交通部-192.107的最低屈服强度值 (建议采用实际测试的屈服强度值)1.通过ISO9001:2009/ISO9001:2008质量认证证书证书国国际际专专利利专专利利合合作作协协定定韩韩国国专专利利专利
