機(jī)械故障診斷技術(shù)11_其他故障診斷技術(shù)PPT

1、第十一章 其它故障診斷技術(shù),11.1 斷口分析技術(shù),斷口記錄了斷裂過(guò)程的相關(guān)信息，是一個(gè)重要的物證。機(jī)械零部件的斷裂原因分析，涉及許多技術(shù)，他們有：材料元素組成方面的光譜分析技術(shù)；金相組織方面的金相分析技術(shù)；材料性能方面的強(qiáng)度硬度分析技術(shù)；零件結(jié)構(gòu)方面的斷口分析技術(shù)。光譜分析、金相分析、強(qiáng)度硬度分析都需要依賴(lài)精密貴重的儀器儀表，斷口分析技術(shù)靠的是人眼的觀察，它是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)就能初步分析的技術(shù)。,11.1.1 斷口分析基礎(chǔ)知識(shí),對(duì)于具有塑性特征的金屬材料，斷裂是拉伸應(yīng)力作用的結(jié)果，壓縮應(yīng)力只能造成壓潰，斷口邊緣處的擠出飛邊就是其特征，剪切斷裂的主要作用應(yīng)力仍然是拉伸正應(yīng)力，如圖11-1所示，所以軸

2、類(lèi)零件的純扭轉(zhuǎn)斷裂是沿45線開(kāi)裂。,一拉伸試棒的斷口特征,塑性材料（如結(jié)構(gòu)鋼類(lèi)）制造的拉伸試棒的斷口如圖11-2，斷口處明顯表現(xiàn)出縮頸現(xiàn)象，斷面呈杯狀。,這是因?yàn)樵跀嗔亚?，拉?yīng)力首先超過(guò)屈服極限，材料內(nèi)部的晶粒被拉伸，同時(shí)出現(xiàn)流動(dòng)。而材料表面的晶粒約束小，容易流動(dòng)補(bǔ)充，所以伸長(zhǎng)多些，而內(nèi)部的材料晶粒約束較多，流動(dòng)補(bǔ)充不易，所以在芯棒中心的晶粒首先發(fā)生斷裂，斷裂部位從中心向外延展。因而在斷面處產(chǎn)生杯狀斷口。,鋼鐵材料的主體是鐵碳合金，在從液態(tài)凝固成固體時(shí)，首先形成晶核的是純鐵的鐵素體，碳及其他合金原子則被排擠分布到晶界處，因而晶界是扭曲的，是抵抗變形錯(cuò)動(dòng)的主要部分。這就是為什么細(xì)晶粒鋼的強(qiáng)度大于

3、粗晶粒鋼的原因，鋼鐵材料的熱處理就是通過(guò)獲得不同的晶粒組織來(lái)獲得所需的機(jī)械性能。因而斷裂發(fā)生前塑性較高的鐵素體晶粒被拉長(zhǎng)，斷裂后，這些拉長(zhǎng)的痕跡被保留下來(lái)，在斷口處表現(xiàn)為參差不齊的形態(tài)，通常稱(chēng)為纖維狀。,二穿晶斷裂與沿晶斷裂,如圖11-3（a）所示，穿晶斷裂的裂紋穿過(guò)金屬材料的晶體，這是因?yàn)榱鸭y的延展總是沿著最弱方向，而材料中由鐵素體組成的晶粒處于強(qiáng)度最弱的位置，存在扭曲錯(cuò)位的晶界則是裂紋延展的阻力，晶粒愈大，裂紋擴(kuò)展愈易。,穿晶斷裂是應(yīng)力斷裂的微觀特征，晶粒表現(xiàn)為殘余的變形，斷口表現(xiàn)為纖維狀。,圖11-3（b）是沿晶斷裂的示意圖，沿晶斷裂是化學(xué)腐蝕的結(jié)果。在晶界處材料內(nèi)的雜質(zhì)全猬集于此，其中

4、有化學(xué)性質(zhì)活躍的硫、磷等，再加上各類(lèi)元素原子的鍵合度差異，存在許多薄弱環(huán)節(jié)，化學(xué)腐蝕最容易沿晶界擴(kuò)展。不銹鋼就是利用了鉻、鎳原子與鐵原子的高鍵合度，同時(shí)也在表面生成化學(xué)性質(zhì)牢固的強(qiáng)氧化膜阻擋了化學(xué)物質(zhì)的入侵，合金原子的鍵合度是改善鋼鐵材料機(jī)械性質(zhì)的重要因素。在金屬表面生成化學(xué)性質(zhì)牢固的氧化膜也是阻擋腐蝕的一種有效方式，鋁合金的陽(yáng)極氧化工藝就是走的這樣一種路線。 沿晶斷裂是化學(xué)腐蝕的微觀特征，斷口表面相對(duì)平滑。許多輸送化學(xué)物質(zhì)的管道腐蝕穿孔的主要原因就是沿晶斷裂。,11.1.2 疲勞斷口的特征,疲勞斷口是在交變應(yīng)力的作用下產(chǎn)生的。為了研究觀察疲勞斷口的特征，構(gòu)造了如圖11-4形式的試驗(yàn)裝置。,承

5、載梁的結(jié)構(gòu)情況有兩種，一種是表面光滑的矩形斷面梁（表面殘留最后精磨加工的擠壓應(yīng)力）；另一種是在最大應(yīng)力處做了環(huán)截面應(yīng)力集中溝痕的矩形斷面梁。,這種情況下，疲勞斷裂的斷口有兩種：,圖11-5表面光滑的矩形截面斷面圖。特征如下 ：,1裂源出現(xiàn)在最大應(yīng)力處，從存在原始缺陷處開(kāi)始。疲勞斷裂的裂源只有一處，一旦出現(xiàn)就抑制了其它裂源的產(chǎn)生。裂源產(chǎn)生后，因?yàn)榱鸭y擴(kuò)展緩慢，反復(fù)的張開(kāi)閉合使得表面因擠壓而光滑，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)因環(huán)境的影響，裂源處還可能出現(xiàn)銹跡。 2貝殼紋是裂紋擴(kuò)展殘留的痕跡。因試驗(yàn)梁的外表面光滑而且殘留加工的擠壓應(yīng)力，因此芯部擴(kuò)展快，邊緣擴(kuò)展慢。貝殼紋是受載荷不均勻的影響，裂紋擴(kuò)展快慢變化所留的痕跡，

6、而且隨著材料承載面積的減小逐步加大。 3終斷區(qū)，當(dāng)殘余材料承載面積上的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，發(fā)生瞬間斷裂。因此整個(gè)斷面面積與終斷區(qū)面積之比為零件的安全裕度。如圖11-5，安全裕度約為2。終斷區(qū)的宏觀表象是纖維狀。,圖11-6是存在應(yīng)力集中的矩形截面斷面圖。特征如下：,1裂源，與圖11-5相同，疲勞斷裂的裂源只有一處。 2貝殼紋，因試驗(yàn)梁的表面存在應(yīng)力集中，裂紋擴(kuò)展速度表面快于芯部。 3終斷區(qū)。與圖11-5相同，也是殘余材料承載面積上的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，發(fā)生瞬間斷裂。也可以用以判別零件的安全裕度。,1首先觀察裂源，若只有一個(gè)裂源，則表明為疲勞斷裂。多個(gè)裂源則為突發(fā)性斷裂。疲勞斷裂有一個(gè)發(fā)展過(guò)程，

7、是可以事先預(yù)防的，突發(fā)性斷裂發(fā)展時(shí)間很短，是不可預(yù)防的。 2觀察貝殼紋的走向特征，判定表面是否存在應(yīng)力集中。 3觀察終斷區(qū)，估計(jì)零件的安全裕度。,疲勞斷裂表面的判讀：,因?yàn)閳A軸的外圓始終是最大應(yīng)力區(qū)，因而可以有多個(gè)裂源在圓周上產(chǎn)生。圓周處的人字紋是存在應(yīng)力集中的表現(xiàn)，應(yīng)力集中在多數(shù)情況是車(chē)刀的刀痕造成。山脊紋是裂紋擴(kuò)展殘留的痕跡，它是由無(wú)數(shù)的45微裂紋的組合，由于受到另一斷面的約束和擠壓，山脊很低，必須仔細(xì)觀察才能察覺(jué)。純扭轉(zhuǎn)斷裂的終斷區(qū)位于圓心，這是純扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的特征。 提高傳動(dòng)軸抗疲勞的措施有：提高表面光潔度，最后工序采用磨削；使軸表面存在殘余擠壓應(yīng)力，如最后工序采用滾壓或噴丸。,圖11

8、-7 所示為塑性材料傳動(dòng)軸純扭轉(zhuǎn)斷裂的斷口。,11.1.3 突發(fā)斷口的特征,塑性斷裂的特征是斷口殘留著塑性變形的痕跡，塑性材料的突發(fā)性斷裂是由突然超載造成的。因?yàn)樗苄圆牧现圃斓臋C(jī)械零件都有一定的安全裕度，突然超載多數(shù)是操作失誤造成過(guò)大的動(dòng)載荷，如在起吊滿(mǎn)載或近滿(mǎn)載時(shí)，快速提升或下降陡停；在轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)時(shí)突然打反轉(zhuǎn)，都能產(chǎn)生的強(qiáng)烈的慣性動(dòng)載荷。例如：某鋼鐵公司冷軋廠天車(chē)因起吊動(dòng)作過(guò)猛，引起鋼卷上下抖動(dòng)，導(dǎo)致吊具發(fā)生突然斷裂；某鋼鐵廠煉鋼轉(zhuǎn)爐因操作工在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)位時(shí)，突打反轉(zhuǎn)，造成傾動(dòng)大齒輪發(fā)生斷齒；都是操作失誤造成設(shè)備損壞的例子。 在突發(fā)性超載的應(yīng)力作用下，零件材料內(nèi)部多個(gè)裂源同時(shí)在應(yīng)力最大處出現(xiàn)及發(fā)展

9、。由于各斷裂面按各自的弱面發(fā)展，往往這些面不在同一截面，斷裂面在發(fā)展過(guò)程中必然發(fā)生轉(zhuǎn)向，與另一斷裂面匯合。斷裂面發(fā)生轉(zhuǎn)向留下的痕跡在專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)上稱(chēng)為斷裂瘤，斷裂瘤是塑性材料突發(fā)斷裂的重要特征。,突發(fā)斷口是指快速斷裂所產(chǎn)生的斷口，根據(jù)材料斷裂的特征，分為塑性斷裂和脆性斷裂兩類(lèi)。,脆性斷裂的一個(gè)重要特征是金屬材料在低應(yīng)力狀態(tài)下的突然斷裂。,脆性斷裂的斷口特征是表面較光潔，幾乎看不到金屬材料流動(dòng)變形的痕跡。這是因?yàn)榇嘈詳嗔阎饕茄刂Ы绨l(fā)展，晶界雖然扭曲，卻沒(méi)有填充滿(mǎn)，這是從液態(tài)冷卻到固態(tài)時(shí)，晶粒收縮造成的空隙。這些空隙甚至允許直徑小的原子通過(guò)，如氫原子就能通過(guò)空隙而聚集，當(dāng)然它們需要時(shí)間。因此氫脆并

10、不發(fā)生在加工完后，而是發(fā)生在安裝完成，投入生產(chǎn)的時(shí)候。例如葛洲壩電站的渦輪機(jī)殼，材料16Mn，厚50mm，武漢某廠制造完成，在電站現(xiàn)場(chǎng)安裝完，不到24小時(shí)沿圓周焊縫開(kāi)裂3/4圓，判定為氫脆斷裂。如果發(fā)生在通水發(fā)電后，就相當(dāng)麻煩。 產(chǎn)生脆性斷裂的原因很多，在一般工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多數(shù)情況常溫發(fā)生的是氫脆，低溫冷脆主要發(fā)生在制氧機(jī)等深冷設(shè)備上。氫脆的原因主要是焊條在焊接前烘干脫水不足、焊接表面有油污（機(jī)械潤(rùn)滑油是碳?xì)浠衔铮┑?。磷硫含量高的鋼材容易發(fā)生低溫冷脆，所以專(zhuān)用的低溫鋼對(duì)磷硫含量有嚴(yán)格的控制。,11.1.4 斷口分析診斷實(shí)例,某鋼鐵公司冷軋廠成品庫(kù)15噸天車(chē)是大連起重機(jī)廠制造，該種天車(chē)在冷軋廠有15

11、臺(tái)，只有成品庫(kù)中的一臺(tái)天車(chē)經(jīng)常發(fā)生主卷減速機(jī)一軸斷裂事故。斷軸部位見(jiàn)圖11-8所示，廠方經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察，發(fā)現(xiàn)每使用三個(gè)月以上就會(huì)發(fā)生，因此廠里安排組織了一批該軸的備件，不到三個(gè)月就換。但是這樣頻繁的更換仍然避免不了事故發(fā)生，一旦發(fā)生，正在吊裝的成品從空中快速墜下，近10噸的鍍錫、鍍鋅薄板從正品變成了次品。使廠里的人員不堪忍受，因此委托公司所屬的大專(zhuān)院校研究斷裂原因。,我們接到委托時(shí)，也拿到了最近的事故斷軸。斷裂部位在軸的傳動(dòng)端滾動(dòng)軸承安裝軸頸與過(guò)渡段軸頸的臺(tái)肩處，在過(guò)渡軸頸上，如圖11-9所示。這兩段軸頸的半徑相差5mm，按圖紙要求此處過(guò)渡圓弧半徑為1mm，實(shí)際上幾乎看不出來(lái)。斷軸材料：40Cr

12、，調(diào)質(zhì)，HB265HB285。,在斷裂的軸頸處，我們做了以下幾點(diǎn)工作： 在圖11-9的雙線處車(chē)斷，保留斷口部分，車(chē)屑送光譜分析，檢測(cè)實(shí)際材料成分是否合格；車(chē)斷面拋光作金相組織檢查和硬度檢測(cè)（探測(cè)強(qiáng)度是否合格）。,光譜分析的結(jié)果是：材料為38Cr，含碳量略低于標(biāo)準(zhǔn)，Cr含量低于標(biāo)準(zhǔn)較多，差異比含碳量大，會(huì)影響鋼的淬透性。 金相組織為粗晶粒索氏體，硬度分布從中心到邊緣的差異大，邊緣硬度在HB225左右，中心硬度在HB180，淬透性差的效果已經(jīng)顯現(xiàn)。 但是上面所述都不是斷裂的原因，38Cr的機(jī)械性能與40Cr相差不大；硬度低的同時(shí)塑韌性則會(huì)增高；只是粗晶粒索氏體的抗疲勞的性能不好。,最終的判定是根據(jù)

13、斷口分析作出的。,圖11-10是軸的斷面圖，只有1個(gè)裂源，說(shuō)明是疲勞斷裂，而且是以拉壓彎曲為特征的斷裂。貝殼紋和圓周的人字紋都表明沿圓周存在應(yīng)力集中，貝殼紋中心擴(kuò)展慢，圓周擴(kuò)展快，這一特征明顯表明圓周處存在應(yīng)力集中。終斷區(qū)面積約為全截面面積的三分之一，即軸的安全裕度約為3，應(yīng)該有足夠的抗疲勞能力，唯一的解釋就是交變應(yīng)力的幅值高于許用疲勞應(yīng)力-1，因此加速了疲勞進(jìn)程。,還有一個(gè)特征值得注意：傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)是傳遞扭矩，軸上的應(yīng)力主要是扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。而斷面特征卻是拉壓彎曲應(yīng)力特征，這說(shuō)明造成疲勞破壞的主因是拉壓彎曲。這是聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中的特征。,傳動(dòng)軸經(jīng)常斷裂，更換頻繁。廠內(nèi)相關(guān)人員一直關(guān)注，希望解決這問(wèn)題

14、的想法很強(qiáng)烈。因此安裝鉗工在安裝時(shí)會(huì)注意按技術(shù)規(guī)范要求調(diào)整。也就是說(shuō)，聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中原因是安裝未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的可能性小。,推論：小車(chē)車(chē)體平臺(tái)的剛度不足，在聯(lián)軸節(jié)安裝對(duì)中時(shí)，車(chē)體無(wú)荷重，平臺(tái)平整，對(duì)中能調(diào)好達(dá)標(biāo)。在生產(chǎn)吊裝成品時(shí)，平臺(tái)在荷重下，局部下沉變形，使聯(lián)軸節(jié)的對(duì)中情況惡化，傳動(dòng)軸附加上彎曲應(yīng)力，由此導(dǎo)致傳動(dòng)軸疲勞斷裂。 我們?cè)诮o冷軋廠的報(bào)告中提出了上述推論，建議冷軋廠檢查小車(chē)車(chē)體的下部鋼架是否存在脫焊、開(kāi)裂等隱患，即使未能發(fā)現(xiàn)，也要采取加固車(chē)體鋼架的措施。 報(bào)告中提出的第二條措施是：將滾動(dòng)軸承安裝軸頸與過(guò)渡段軸頸處的過(guò)渡圓弧半徑改為5mm，因?yàn)榘霃?mm的圓弧容易殘留車(chē)刀刀痕，造成應(yīng)力集中。,

15、11.2 材料探傷技術(shù),材料探傷技術(shù)也分為許多種，滲透探傷、磁粉探傷、超聲波探傷、射線探傷只是一部分，還有用于在生產(chǎn)線上的渦流探傷等。,11.2.1 滲透探傷技術(shù),滲透探傷又稱(chēng)著色探傷，主要用于探測(cè)開(kāi)口型的疲勞裂紋。滲透探傷利用一組藥劑，分為清洗劑、滲透劑、顯像劑。滲透探傷的優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)便易行，藥劑已經(jīng)是現(xiàn)成的，如圖11-11所示，相對(duì)成本低廉。,圖11-11 滲透探傷劑,清洗劑無(wú)色透明，是一種溶劑。如圖11-11中黃色噴罐所示，用于清洗被探傷的表面的油污等。因此用量較多。 滲透劑為紅色噴罐，是一種紅色的藥劑，有強(qiáng)烈的刺激性和滲透、吸附能力，能溶于清洗劑。消耗量最低。 顯像劑為藍(lán)色或綠色的噴罐，

16、是一種白色的藥劑。用于顯現(xiàn)被滲透劑侵入的裂縫。,滲透探傷的操作工藝： 1清洗被探傷的表面，如果油污重，可先用清洗油清洗表面，再用清洗劑噴洗表面，對(duì)于懷疑存在裂紋處應(yīng)仔細(xì)噴洗，使封在裂紋開(kāi)口處的油污去除，以便滲透劑滲入。稍干后，進(jìn)行下步操作。 2用滲透劑噴灑欲探傷的表面，應(yīng)均勻無(wú)漏噴。噴灑完成后，間歇15分鐘，待滲透劑滲入。滲透劑噴灑前，要搖勻，防止有沉淀。 3待滲透劑滲入完成，用棉紗破布等擦凈表面的滲透劑，必要時(shí)可以將清洗劑噴在棉紗破布上擦凈殘余的滲透劑。為防止清洗劑將滲入裂紋內(nèi)的滲透劑洗出，禁止用清洗劑直接噴洗，只能擦洗，擦洗時(shí)棉紗破布上的清洗劑不許過(guò)多。 4將顯像劑的噴罐搖動(dòng)，使沉淀的白色

17、藥劑均勻，防止堵塞噴孔。將顯像劑均勻的薄薄的以霧狀地噴在探傷表面，不要出現(xiàn)流動(dòng)，防止沖亂顯示的紅色的裂紋線，干擾判讀。 裂紋的判讀： 在白色的顯像劑干后，觀察表面。如果存在裂紋，滲入到裂紋里的滲透劑被白色的顯像劑吸引，在表面呈現(xiàn)出裂紋的跡象。紅線的走向與長(zhǎng)度即為裂紋的走向與長(zhǎng)度。豐富的經(jīng)驗(yàn)的觀察人員可以通過(guò)觀察紅線的顏色與寬度推測(cè)裂紋的深度。,11.2.2 磁粉探傷技術(shù),圖11-12 磁粉探傷裝置,磁粉探傷是對(duì)開(kāi)口型裂紋和淺層夾雜等缺陷有效的探傷技術(shù)。圖11-12顯示了磁粉探傷儀的電源箱和探傷鉗。 磁粉探傷的原理（如圖11-13）所示：大電流通過(guò)繞在磁軛上的線圈，產(chǎn)生磁場(chǎng)。兩個(gè)分開(kāi)的磁鉗與其接

18、觸的鐵磁性材料（被探傷的鋼鐵類(lèi)機(jī)械零件）共同組成磁力迴線的一部分，若鐵磁性材料在磁力迴線這部分區(qū)域內(nèi)存在裂紋等阻礙磁力線的情況，即大磁阻，在阻礙區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象。若在這種情況下，有低粘度的介質(zhì)（通常是煤油）裹挾著鐵磁性粉末流過(guò)漏磁線，則鐵磁性粉末被吸附到漏磁線上，形成一條黑線。顯示出裂紋的部位、走向、長(zhǎng)度。磁粉探傷的優(yōu)勢(shì)在于不受材料表面的粗糙程度影響，常用于對(duì)焊縫的探傷。,磁粉探傷的操作：市售的磁粉膏與煤油稀釋調(diào)和，探傷時(shí)用手壓式噴壺噴到磁鉗中間的區(qū)域流動(dòng)，同時(shí)手按下磁鉗上部的開(kāi)關(guān)，以接通電源。如果存在裂紋，磁粉則聚集在裂紋上。磁粉探傷的不足之處在于只能探測(cè)表面開(kāi)口型裂紋和淺層的裂紋。,1

19、1.2.3 超聲波探傷技術(shù),超聲波探傷有利用縱波和橫波兩種，只是利用不同探頭獲得所需的效果?？v波用于探測(cè)深部的裂紋，橫波沿材料的表面?zhèn)鞑?，用于探測(cè)探頭放不到的區(qū)域，如角焊的焊縫等。 下面用縱波探傷為例，說(shuō)明超聲波探傷的原理：如圖11-14所示,超聲波探頭,縱波探傷圖,圖11-14 超聲波探傷原理,缺陷反射波,底部反射波,缺陷反射波,底部反射波,表面反射波,b. 顯示屏波形,超聲波直探頭垂直于被測(cè)金屬材料的表面，在探頭與被測(cè)面之間有耦合劑，通常是調(diào)好的化學(xué)漿糊或高粘度的潤(rùn)滑油。探頭內(nèi)的壓電晶體在電壓的作用下，發(fā)出超聲波，通過(guò)耦合劑傳送到金屬的表面，同時(shí)反射第一道回波表面反射波，超聲波穿透金屬表面

20、，直到遇到金屬內(nèi)部的裂紋等缺陷，一部分反射缺陷反射波，另一部分穿透缺陷，直到金屬材料的底部，因空氣的聲阻抗遠(yuǎn)大于金屬材料，因此發(fā)生反射底部反射波。如圖11-4 a，以上所述在顯示屏上表現(xiàn)出來(lái)。 缺陷反射波在表面反射波和底部反射波之間的位置，表現(xiàn)出缺陷所在的深度。探頭在探測(cè)面滑動(dòng)，凡存在缺陷反射波的區(qū)域即為裂紋所包含的區(qū)域。 沒(méi)有缺陷的區(qū)域，只有表面反射波和底部反射波。,超聲波探傷的優(yōu)勢(shì)在于可以探測(cè)金屬材料內(nèi)部的缺陷及范圍，同時(shí)也局限于聲阻低的金屬材料。同時(shí)也要注意：粗晶粒的材料對(duì)超聲波探測(cè)不利，特別是灰口鑄鐵，片狀石墨對(duì)超聲波的干擾很大，因此超聲波探傷不能用于鑄鐵的鑄件。利用超聲波對(duì)晶粒大小的

21、敏感性，也可以用于無(wú)損檢測(cè)熱處理對(duì)金屬組織的效果。,使用耦合劑的原因在于探頭與被測(cè)金屬之間不許有空氣，空氣對(duì)超聲波的阻抗很大，幾乎不能穿透。耦合劑填充在探頭與金屬之間，驅(qū)離空氣，所以超聲波探傷對(duì)探測(cè)表面有一定的光潔度要求。,有些表面無(wú)法滿(mǎn)足超聲波探傷對(duì)表面的要求，例如圖11-15的角焊接的焊縫。這就要利用橫波來(lái)探測(cè)焊接熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋，檢查焊接質(zhì)量。注意：在焊接部位金屬是熔成一體的，沒(méi)有圖中的那些界線。橫波探頭用的最多的地方是焊接的高壓化工球罐、橋梁鋼架等處。,11.2.4 射線探傷技術(shù),射線探傷技術(shù)利用x射線、射線對(duì)金屬的穿透能力，能比超聲波探測(cè)更深部分的金屬內(nèi)部缺陷。同時(shí)射線探傷留下相關(guān)的

22、照片能經(jīng)得起嚴(yán)格的復(fù)檢，國(guó)際上通認(rèn)為可以作為質(zhì)量索賠的證據(jù)。 射線發(fā)射裝置是一個(gè)厚鉛構(gòu)成的圓筒，為防止對(duì)人體的傷害，在使用時(shí)嚴(yán)禁在射線方向上有人。 射線穿過(guò)金屬材料，使材料背后的感光紙感光，如果材料內(nèi)沒(méi)有缺陷，則感光紙將均勻的曝光，如果存在缺陷，則缺陷處存在對(duì)射線的折射、吸收，使得穿透厚材料的射線強(qiáng)度減弱，在感光紙上留下曝光不足的痕跡。經(jīng)定影、洗像等工序后，得到缺陷的影像。 某鋼鐵公司曾向德國(guó)奧鋼聯(lián)購(gòu)買(mǎi)12根大型軋輥，價(jià)值昂貴，到貨后，用射線探傷技術(shù)檢查，發(fā)現(xiàn)其中10根存在內(nèi)部缺陷。將所獲像片寄到德國(guó)方面，提出索賠，德國(guó)方面看到像片后，立即重發(fā)了10根新軋輥。這件事告訴我們射線探傷的像片有很高

23、的證據(jù)力。,11.3 油液分析技術(shù),油液分析包含物理指標(biāo)分析、化學(xué)指標(biāo)分析等，在機(jī)械故障診斷領(lǐng)域，油液分析技術(shù)主要是鐵譜分析技術(shù)。它是對(duì)油中機(jī)械磨損的殘余物質(zhì)進(jìn)行分析的常用技術(shù)，在我國(guó)，鐵道系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用這一技術(shù)，診斷機(jī)車(chē)的磨損故障。,鐵譜分析技術(shù)的原理如圖11-16所示。 在機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑油回油管處取油樣1012 ml，取樣瓶只能用不與油樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的玻璃瓶。用稀釋劑稀釋?zhuān)ǔＳ玫南♂寗┦瞧停?，用漏斗緩慢地滴到備樣的玻璃片上，玻璃片上制有圍?dǎo)堰，并傾斜于下部的磁鐵，如圖11-16所示。 油樣所流過(guò)的流道處于漸變的磁場(chǎng)，微小鐵磁性顆粒先沉積下來(lái)，大顆粒的鐵磁性顆粒在流體沖刷和重力作用下移動(dòng)

24、到磁力大的地方才沉積。這樣自然形成由小到大的排列，鐵譜分析的樣片才算完成。如果要作為設(shè)備的檔案資料長(zhǎng)期保存，則還可以噴霧一層透明高分子膜給與固結(jié)。,備制好的鐵譜樣片放到高倍顯微鏡下，觀察磨屑顆粒的形態(tài)，可以從磨粒的形態(tài)判斷磨損的程度。邊緣不規(guī)則，長(zhǎng)、寬度在5m以上，厚度大于3m的顆粒是疲勞磨損的產(chǎn)物，其大小，密集程度反映了疲勞磨損的程度。厚度在13m，較長(zhǎng)的窄條顆粒是硬質(zhì)物體切削下來(lái)的，類(lèi)似車(chē)屑的形態(tài)，同樣其大小，密集程度反映了磨料磨損的程度。在備制中，非鐵磁性有色金屬顆粒也會(huì)因沉積的鐵磁性顆粒的阻擋，留在玻璃片上，銀白色的來(lái)自鋁合金、巴氏合金等制成的滑動(dòng)軸承，金紅色的來(lái)自銅合金制成的零件。通

25、過(guò)這些觀察和記錄與前次的觀察記錄比較，就可以得出設(shè)備現(xiàn)在的狀態(tài)。 鐵譜的定性分析是使用鐵譜顯微鏡對(duì)鐵譜樣片上沉積的顆粒形狀、尺寸大小、形貌和成分進(jìn)行分析，建立磨損狀態(tài)類(lèi)型和磨損顆粒形態(tài)的相互關(guān)系，判別磨損程度，確定失效情況和磨損部位的過(guò)程。 鐵譜的定量分析是通過(guò)探測(cè)特定區(qū)域的遮光情況，用一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)的數(shù)值來(lái)描述設(shè)備磨損特征和磨損狀態(tài)的方法，也是鐵譜診斷技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。,油液分析的實(shí)例：,圖11-17 磨粒比趨勢(shì)圖,某路政公司利用鐵譜技術(shù)監(jiān)測(cè)攤鋪機(jī)液壓系統(tǒng)的磨損狀況。 利用鐵譜技術(shù)對(duì)攤鋪機(jī)的液壓油進(jìn)行了定期檢測(cè)，取油樣部位是液壓振搗馬達(dá)腔體的回油管；取油樣周期為15個(gè)工作日左右。自2002年5

26、月28日起至2003年6月14日止，共采集了油液樣品16份。對(duì)液壓油的檢測(cè)讀數(shù)的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖11-17。,其中曲線是大顆粒數(shù)量DL與小顆粒數(shù)量DS的比值，第5次與第6次的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，從鐵譜定量分析的結(jié)果看，液壓系統(tǒng)的磨損率較高，但在較短的時(shí)期內(nèi)基本上達(dá)到了相對(duì)穩(wěn)定的低磨損狀態(tài)。,從油液樣品中出現(xiàn)的磨粒類(lèi)型及分布情況來(lái)看，該機(jī)器在監(jiān)測(cè)運(yùn)行前期的狀況與其處于磨合階段的磨損很類(lèi)似，磨損率比較大，在加強(qiáng)對(duì)駕駛員的操作培訓(xùn)和對(duì)機(jī)器的維護(hù)管理后，磨損情況有了一定的改善。但在5月中旬以后，大小磨粒讀數(shù)比率（DL/DS）居高不下，而且在后期的油樣中出現(xiàn)了個(gè)別尺寸比較大的鐵磁性粘著擦傷顆粒，說(shuō)明在一定時(shí)期內(nèi)存

27、在潤(rùn)滑不良的現(xiàn)象；銅合金疲勞顆粒的出現(xiàn)說(shuō)明滑履已磨損；鋁合金疲勞顆粒的增多和大尺寸切削顆粒的出現(xiàn)，說(shuō)明液壓馬達(dá)軸套的鋁錫合金瓦有了較嚴(yán)重的磨損。 根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，我們對(duì)柱塞泵和液壓馬達(dá)進(jìn)行了檢修，實(shí)際拆檢結(jié)果證實(shí)：柱塞泵有1個(gè)滑履磨損嚴(yán)重，已經(jīng)堵塞了其潤(rùn)滑油孔，鄰近幾個(gè)柱塞的滑履磨損也比較嚴(yán)重；液壓馬達(dá)軸瓦的磨損相當(dāng)嚴(yán)重。,對(duì)于油液中的鋁、銅等弱磁性有色金屬磨粒和非磁性磨粒（如巴氏合金、橡膠密封件等），可在制備譜片時(shí)在樣品油液中加入納米級(jí)四氧化三鐵顆粒和表面活性劑來(lái)收集，此時(shí)的油液稀釋劑和固定劑宜選用四氯乙烯。液壓油中的顆粒有很大一部分是氟橡膠密封件的碎片，只有利用磁流體的磁化作用才能沉積氟橡膠

28、碎片，達(dá)到判斷密封件狀況的目的。這樣，又?jǐn)U大了鐵譜分析技術(shù)的應(yīng)用范圍，為更準(zhǔn)確的故障診斷提供了更多的依據(jù)。,鐵譜分析技術(shù)中磨粒識(shí)別、判斷是最為重要又比較復(fù)雜困難的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理這些工作，雖然已進(jìn)行了許多智能化技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究，但離實(shí)用化還有一定距離，目前主要還是靠分析人員通過(guò)鐵譜顯微鏡觀察來(lái)完成。它要求分析人員具有摩擦學(xué)知識(shí)、失效分析及故障診斷學(xué)知識(shí)以及與被監(jiān)測(cè)的機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能等有關(guān)知識(shí)。通常根據(jù)磨粒的成分、尺寸、形狀及表面形貌的磨粒產(chǎn)生的原因，從而推斷磨損機(jī)理，為故障診斷提供依據(jù)。,11.4 紅外熱像技術(shù),紅外熱像技術(shù)又稱(chēng)為紅外熱成像技術(shù)，是能夠?qū)⑽矬w發(fā)出的紅外輻射熱轉(zhuǎn)變成

29、可見(jiàn)圖像的技術(shù)。主要用于工業(yè)爐窯的狀態(tài)及電控柜的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，它將對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)從點(diǎn)狀監(jiān)測(cè)變?yōu)閷?duì)溫度場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。無(wú)論在工業(yè)上還是軍事上都有廣泛的應(yīng)用前景。 正常工作的電控柜，只要有電流流過(guò)，各元器件必然存在電阻，損耗的電功率以發(fā)熱的形式散發(fā)，在電控柜內(nèi)形成一定的熱圖像。如果剛測(cè)到的熱圖像反映出異常的溫度點(diǎn)，無(wú)論是升高或降低，都意味著電流的流動(dòng)出現(xiàn)不正常，異常的溫度點(diǎn)的對(duì)應(yīng)部位存在故障。溫度降低，意味著通過(guò)電流下降甚至斷流；溫度升高，意味著元器件的電阻值增大，都是應(yīng)及時(shí)處理的故障隱患。,圖11-18是煉鋼轉(zhuǎn)爐的熱圖像，轉(zhuǎn)爐在煉鋼過(guò)程中，上部的吹氧管沖出的氧氣攪動(dòng)鋼水翻騰，使?fàn)t內(nèi)的耐火爐襯因沖刷而減薄，如果減薄到一定程度，將發(fā)生漏鋼等惡性事故。泄漏的鋼水一旦接觸到含水的地面或混凝土都將引起爆炸，1500多的鋼水無(wú)論濺到什么地方都是一場(chǎng)大火?，F(xiàn)代大型煉鋼廠一爐鋼水都在百?lài)嵰陨?，漏在地上有幾百平方米，而鋼廠的地面也有大量的設(shè)備，如液壓連鑄機(jī)、鋼坯輸送機(jī)等。,在圖11-18中，根據(jù)從爐內(nèi)傳出的熱量大小使?fàn)t壁呈現(xiàn)不同的溫度，溫度在熱圖像中是用不同的顏色表示。圖中深紅色的區(qū)域溫度最高，即爐壁最薄處?，F(xiàn)代鋼廠為延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐的使