铁谱分析技术在轴承检测中的应用课件

铁谱分析技术在 轴承检测中的应用 铁谱分析技术在轴承检测中的应 用 l铁谱分析技术的理论依据 l铁谱分析设备的类型及应用 l磨粒种类、尺寸形貌特征和故障类型的 关系 不同磨损形式磨粒形貌特征 不同磨粒特征与事故类型的对应关系 l影响铁谱分析准确性的因素及对策 l结论 参考文献 1. 铁谱分析技术的理论依据 铁谱分析技术是一种从润滑油样中分离并检测磨 损颗粒的技术，它借助磁场的作用将润滑油中的 磨损颗粒分离出来 ，并在高梯度磁力、液体黏性 阻力和重力的联合作用下，磨粒按尺寸大小有序 地沉积在显微镜基片上，制成谱片，再通过光学 方法进行定量检测。铁谱技术通过对磨损颗粒尺 寸、形貌特征及成份的分析，获得有关轴承磨损 状况和磨损机理的信息，从而对关键零件的磨损 状态进行分析判断。 2. 铁谱分析设备的类型及应用 铁谱仪根据磁铁的磁性、离线和在线、不同的发展时期，有不同 的铁谱设备产生。 2.1 分析式铁谱仪 经稀释处理的油样，经微 量泵输送到安放在磁场装 置上方的玻璃基片的上端 ，基片的安装与水平面成 一定倾斜角，便于沿油流 方向形成逐步增强的磁场 ，同时又便于油液的流动 2.1 分析式铁谱仪 可磁化金属磨粒在高梯度磁力、液体黏性阻力和重力联合 作用下，按磨粒尺寸大小有序地沉积在玻璃基片上，并沿 垂直于油样流动方向形成链状排列。 2.2 旋转式铁谱仪 首先把油样输送到置于磁 铁上方的玻璃基片的中心 ，基片和磁场装置一起回 转，使滴在基片中心的油 液迅速向四周流散，磨粒 在磁铁磁场力和离心力的 作用下，按尺寸大小沉积 排列在基片上，形成内、 中、外三个同心沉积圆环 。 2.2 旋转式铁谱仪 内环磨粒尺寸大多数在1 50m，中环沉积的磨粒尺寸通 常在120m，一般是10m 的小磨粒 铁谱片除了可在光学显微镜、 扫描电镜上进行磨粒形貌观察 外，还可在图像分析仪上进行 磨粒尺寸分布分析和磨粒成分 分析，以及在粒子计数器上进 行磨粒的铁谱定量分析。 2.3 直读式铁谱仪 在直读式铁谱仪中，磨粒 的沉积原理与分析式铁谱 仪相似，只是用一根玻璃 沉淀管来代替玻璃基片。 制备在试管中的分析油样 在重力和虹吸作用下，经 过毛细管而进人沉淀管。 2.3 直读式铁谱仪 磨粒在强磁场作用下，有 序地沉积在玻璃管底部。 大于5m的大磨粒 首先沉积，一般沉积在沉积管的入口区； 12m的小磨粒 沉积在较远处。沉积位置设有光束发射装置，光束穿过沉积 管，被设置在沉积管另一侧的光电传感器所接收，可以直接 测定磨粒浓度的读数。 2.4 在线铁谱仪 在线铁谱仪主要由探测器和分析器两部分组成。探测器 安装油路上，分析器则安装在控制室内。探测器由高梯度的 磁场装置和沉淀管、流量控制器及传感器等构成。探测器接 通油路后，润滑油流经沉淀管时，磨粒在磁场的作用下沉积 到沉淀管的内表面，传感器连续测出数值，分析器绘出相应 大、小磨粒浓度及磨粒尺寸分布状况。由于润滑油是连续流 过，所以磨粒的沉积量与润滑油流过的总量有关。当达到设 定的磨粒浓度值时，流量自动切断，一次测量便告结束。 磨粒浓度根据沉积量与润滑油流过沉淀管的油量之比来 确定。 3磨粒种类、尺寸、形貌特征和故 障类型 的关系 不同的磨损形式会产生不同种类的磨粒，而 不同种类的磨粒具有相对固定的特征。以下是对 各类磨粒的分类： 3.1 不同磨损形式磨粒形貌特征 3.1.1 正常滑动磨粒 正常滑动磨损磨粒主要来源于：机器的正常磨损期和 磨合期。 正常磨损期产生的磨粒是由于运动零部件表面的切混 层发生局部剥落而形成的。通常这种磨粒呈薄片状，表面 光滑，尺寸较小，棱角较少，其长轴尺寸从0.515m， 厚度在0.151m 之间。磨粒形状因子，较大的磨粒约 10:1， 而磨合期产生的磨粒，一般尺寸较大，形状不规则 ，是由零部件加工表面残留的磨削波纹和突起在磨损过程 中被破碎而形成的。 3.1.2 严重滑动磨粒 严重滑动磨损颗粒产生的原因同样 有两种：擦伤和粘着磨损。擦伤磨 粒是在高负荷和速度的情况下，磨 损表面应力过高而产生的。其长轴 尺寸在15m 以上，形状因子约为 10:1，磨粒表面有划痕，且有直棱 边；粘着磨损产生的磨粒是由于过 高的载荷或速度产生过热而击穿油膜，使零部件表面发生粘 着而产生的，大多具有表面局部氧化迹象，通常还伴有大量 的氧化物存在。 3.1.3 切削状磨粒 第一种切削状磨粒，是由于较硬 的零部件可能安装不良或出现裂 纹，造成硬的锐边嵌入较软的表 面而形成的，其平均宽度为2 5m，长度约为25100m；另 一种切削状磨粒是润滑系统中的 坚硬磨粒嵌入软表面后伸出，再 切削与之相对的零部件表面而形 成的，这类磨粒尺寸较小，厚度 小到0.35m。切削状磨粒多呈螺旋形，圆圈形，曲线形。 3.1.4 疲劳剥落磨粒 疲劳剥落磨粒是高接触压力和循环 应力作用下，表面产生点蚀或麻点 而形成的，由剥落的实际材料构成 。这类磨粒的尺寸超过10m，形 状因子约为10:1，平片状，具有光 滑的表面和随机曲折的轮廓。受应 力不大的摩擦副容易产生片状疲劳 磨损磨粒，受拉伸力较大的摩擦副 表面容易产生块状疲劳磨损磨粒。 3.2 不同磨粒特征与事故类型的对应 关系 3.2.1 片状磨粒 片状磨粒是极薄的游离金属磨粒 ，其尺寸在2050m 之间。通 常可在磨粒上看到空洞。片状磨 粒是磨粒粘附在滚动元件表面之 后，经过滚动接触而形成的。片 状磨粒数量的不断增加与大量球 状磨粒同时存在，是滚动轴承存 在疲劳裂纹的标志。 3.2.2 球状磨粒 球状磨粒是在疲劳裂纹内表 面相对运动揉搓而形成的。 球状磨粒的直径多数在3m 左右，在显微镜下，具有明 亮的中心和黑色的带环。气 蚀磨损和焊接往往也产生球 状磨粒，但尺寸大于10m 3.2.3 黑色氧化物颗粒 黑色氧化物颗粒是由于 严重润滑不良或缺油而 产生的，外观为表面粗 糙不平的堆积物，由于 是有效的吸光体，在显 微镜下观察呈黑色。 3.2.4 红色氧化物颗粒 红色氧化物分为两类： 一类是由于水进入润滑系 统时产生的，以颗粒状为主 ，呈桔黄色； 另一类产生于润滑不良的 磨损情况时，为偏平状，呈 现无光的红棕色。 4. 影响铁谱分析准确性的因素及 对策 铁谱分析的准确性主要受以下因素的影响： 取样的代表性、制谱质量、磨粒识别系统。 4.1 影响取样代表性的原因及对策 正确的油样分析来自于有效的油样采集。所 取油样的代表性直接影响铁谱分析能否准确诊 断机器的故障 现场设备的取样；制谱前从样品中的取 样。 4.1.1 现场从设备中的取样 现场取样应该从取样时间、部位、频率考虑 着手，制定相关细则。 (1)取样部位的合理性。在润滑油循环系统取 样时，应在润滑油流经摩擦付之后，过滤之前取 样；在油箱中取样时应考虑磨损金属的沉积效 应。避免在底部、死角处取样，一般在离箱底部 lOcm处取样。始终固定在同一位置取样。 4.1.1 现场从设备中的取样 (2)取样时间的合理性。所取油样应充分携带润 滑系统中各种磨损金属颗粒和污染杂质循环系统 应在开机过程中取样；在油箱取样时。也应尽可能 在开机状态下取样，否则应在停机后立即取样。 (3)取样频率的合理性。 对于已建立润滑磨损状态监测的机器，要定期取样 ，制定明确的取样频率；对于还没有建立监测制度 的机器。现场设备人员根据监测目的随机取样。 4.1.2 制谱前从样品瓶中的取样 4.1.2.1油样的加热与搅拌 为使油样更具有代表性，在从取样瓶中取 出分析油样前，应对油样加热并搅拌。从润滑 系统中取出的油样在取样瓶中存放后，磨粒会 在重力的作用下产生沉降，部分磨粒还会粘附 到取样瓶壁上。因此在从取样瓶中取出少量油 样进行铁谱分析之前，必须使磨粒重新均匀悬 浮在油样中，为此需对油样进行加热处理。 4.1.2.1油样的加热与搅拌 (1)将油样加热到655，并保持30min以上。加热的目 的是为了降低样品黏度，便于对样品振荡。 (2)旋紧瓶盖，用手剧烈振摇油样瓶，振荡样品35min， 使沉淀而聚集的磨粒充分分散。 (3)用刚清洗过的吸液管迅速取出所需数量的分析油样，然 后立即进行铁谱分析。抽取油样量的方法一般有称重法 和体积比量法两种。 (4)以后每次从油样瓶中取出少量油样进行试验前，必须再 加热和振荡。 (5)取样瓶应采用无色透明玻璃瓶，以便观察油样情况。 4.1.2.2 油样稀释 稀释处理包括黏度稀释和浓度稀释。 （1）浓度稀释 在润滑油样中加入一定比例的与原油样同一牌号的洁净 润滑油，以降低油样中所含磨粒的浓度。当油样中磨粒浓度 含量过高时，在沉积过程中会造成磨粒在铁谱片入口处产生 大量的磨粒“堆积”现象。发生这种“堆积”现象后，对单 个磨粒的观察分析无法进行；入口处大量磨粒的“堆积”还 会产生局部附加磁场，从而引起小磨粒的提前沉积，破坏磨 粒在铁谱片上的正常分布。由于小磨粒的提前沉积并覆盖在 大磨粒上，因而会大大影响对大磨粒的观察。 4.1.2.2 油样稀释 (2)黏度稀释 在经浓度稀释处理后的油样或原润滑油样中加入一定比例 的有机溶剂以降低分析油样的黏度。因为油样的黏性阻力直 接影响着磨粒在铁谱仪中的沉积效应，油样通过黏度稀释后 ，将会加快磨粒在磁场作用下的沉积过程和油液的流动性。 黏度稀释溶剂一般采用四氯乙烯。油样与溶剂的体积稀释 比为：在分析式铁谱仪上分析的油样一般为3:1在直读铁谱仪 上分析的油样一般为1：1。对于一些黏度较高的油样，可根 据情况适当加大稀释溶剂的用量。稀释后粘度以加样时滴状 为度。 4.2 影响制谱质量因素及对策 (1)仪器。制谱前应清洁仪器。用稀释剂冲洗加样 管，清洁玻璃基片、特别是使用一段时间后清 洁磁场十分重要。 (2)加样。样品的粘度的控制.加样时样品以滴状为 好，线状加样速度过快，加样到最后少量时充 分振摇试管，把油品中信息全部转移至玻璃基 片上。 (3)冲洗。冲洗时冲洗剂为线状。不可突然性加速 。否则会丢失部分信息。非磁性金属偏多时速 度可慢些。冲洗完毕后慢慢进行干燥。 4.3 影响磨粒识别的原因及对策 4.3.1 影响磨粒识别的因素有以下几方面： (1)仪器：显微镜的质量问题会影响磨粒的识别， 镜头的清晰有利于磨损颗粒的识别。透射光源和 反射光源调节不当也会影响磨粒的识别。 (2)磨粒认识：对磨粒的成分定性不准确。机器的 润滑系统是包含多个摩擦付的过程，所以各种金 属的磨粒和高温产生的效果以及污秽的原因会 造成对各种沉积的玻璃基片上的颗粒定性不准确 。 4.3.1 影响磨粒识别的因素有以下 方面： (3)经验不足：磨粒的识别需要具有丰富的经验 ，同时要对设备各摩擦付和磨损原因要有深刻 的了解，对设备运行状况和各部件有充分的掌 握。 (4)理论学习：作为磨粒识别人员要不断学习,积 累磨粒识别的经验，提高故障诊断的准确性。 4.3.2 提高磨粒识别的措施 (1)对于重点设备，从设备更换下来的损坏部件 表面刮下金属磨粒，混入标准油中，制成谱片 ，在显微镜下观察颜色、形貌，为进一步了解 部件提供依据。 (2)对已发生事故的设备，也取样进行铁谱分析 ，由于已经知道设备磨损部位，磨损原因，所 以更有助于提高磨粒的识别。 4.3.2 提高磨粒识别的措施 (3)针对公司设备的特点，编制主要设备磨粒图 谱。从而对一些典型金属(铸铁、低合金钢、 中合金钢、铜合金、铝合金)的磨损颗粒的识 别水平得以提高，同时也提高了故障的诊断能 力。 结论 1、根据磨损颗粒大小和浓度的分析来推断设备的磨损 程度； 2、根据磨粒的大小和外形来推断磨粒产生的原因和类 型； 3、根据磨粒的成分来推断磨粒产生的部位； 4、根据长期和短期磨损趋势分析，能预测出设备中将 要发生失效的主要部件位置，可以使设备减少维修费 用、减少设备配件库存、减少设备大修次数。 铁谱技术是监测设备故障和运行状态的一项有效的监测 技术。 有待于进一步提高和发展的问题： 对铁谱监测技术的操作程序、定量和定性方面实施标准 化。在这个基础上积累和建立各种机器设备的监测标准 ，尽力减少对人的依赖。 以行业、系统为单位。组织力量建立自已的典型磨粒谱 图。尢其是故障谱图和磨粒的材质识别。深入研究磨粒 形貌的磨损机理。 运用在线监测和离线监测相结合，对大型设备加大在线 监测的频率。 提倡铁谱技术和光谱技术以及理化分析相结果的综合诊 断技术。 充分运用铁谱技术和计算机结合。进行技术数据储存、 处理。实施有效的监测。 参考文献 1 影响铁分析准确性的因素及对策 作者：水友花 胡军华 选自润滑与密封 2 铁谱分析技术的麿屑群理论作者：杨志伊，李浩平， 选自润滑与密封。 3 基于磨屑群理论的铁谱分析中磨屑群的选取作者：刘玉斌，李柱国。 4 机械故障诊断计算机辅助铁谱分析方法研究作者：曹亚斌，袁建畅， 选自机械设计与制造。 5 基于 铁 谱 分 析 的 发 动机磨损状态监测研究作者：张 菊， 选自沈阳农业大学硕士学位论文。 6 油液监测技术实现手段的比较分析 作者：杨成，马媛慧， 选自润滑油 7 基于铁谱技术的磨损颗粒智能识别研究 作者：朱磊，选自上海交通大 学学术硕士学位论文集 参考文献 8 油液分析技术在压