3.3 声发射技术第三章设备故障的油样和声光诊断技术4.声发射技术 ...

第三章设备故障的油样和声光诊断技术润滑油在机器中循环流动、携带着机器中零部件运行状态的大量信息，通过对润滑油液的分析和研究可以判断设备运行状态。超声波有很好的指向性，可在物体界面上或内部缺陷处发生反射、折射和绕射，可对物体内部的缺陷进行探查。声发射技术作为对材料进行断裂监测的有效手段而被应用，声发射技术在结构完整性的探查方面已获得广泛应用。对于运行状态下构件缺陷的发生和发展进行在线监测，声发射方法已成为不可缺少的手段。导言第三章设备故障的油样和声光诊断技术一油样分析方法二红外检测方法三超声诊断法四声发射技术要求1熟悉油样分析方法及其适用范围。2熟悉红外监测方法的基本原理、红外测温系统的组成及其主要功能和红外技术在设各故障诊断中的应用3熟悉超声波故障诊断原理，掌握超声探伤技术及应4了解声发射现象、机理和应用。本次课主要内容第三章设备故障的油样和声光诊断技术润滑油在机器中循环流动，携带的机器零件运行状态的大量信息，可以帮助分析零件磨损的类型、部位、程度和原因。根据工作原理和检测手段的不同，机械故障诊断油样分析方法可分1磁塞检查法2颗粒计数器法3油样光谱分析法4油样铁谱分析法31油样分析方法第三章设备故障的油样和声光诊断技术磁塞检查法是在机器的油路系统中插人磁性探头磁塞，搜集抽液中的铁磁性磨粒，并定期进行观察以判断机器的磨损状态。该方法简便易行，但对早期磨损故障的预报灵敏度较差。31油样分析方法311磁塞检查法第三章设备故障的油样和声光诊断技术颗粒计数器方法是对抽样内的颗粒进行粒度测量，并按预选的粒度范围进行计数，从而得到有关磨粒粒度分布方面的信息，以判断机器磨损的状况。该方法提供的数据过于笼统，只能作为一种辅助方法。31油样分析方法312颗粒计数器方法第三章设备故障的油样和声光诊断技术基态原子吸收一定的能量处于激发状态。激发状态的原子回到基态时发射一定波长的光谱线，辐射出所吸收的能量。每种元素的原子在激发和跃迁过程中所吸收或辐射的能量以及吸收或发射光子的波长，都是固定的。分析方法有1原子吸收光谱分析法2原子发射光谱分析法31油样分析方法313油样光谱分析法第三章设备故障的油样和声光诊断技术1原子吸收光谱分析法用特征波长射线激发原子后，测出原子辐射强度的变化，判断出对应元素的含量浓度。试样被吸入燃烧头加热变成原子蒸气。同时，元素灯（灯丝由待检元素制成）发射某一特定波长的光束穿过火焰，被基态原子所吸收。仪器的检测系统测出吸光度，并换算成对应元素的浓度。该方法每测一种元素要换一种元素灯，比较麻烦。31油样分析方法313油样光谱分析法第三章设备故障的油样和声光诊断技术2原子发射光谱分析法将含数种金属元素的原子激发后，测出其发射的辐射线波长，判断出油样申所含元素的种类。用高压电L5KV直接激发样品中的金属杂质，并对它们发射出的特性光谱进行分析，显示出金属的种类及含量。发射光谱分析仪器价格昂贵，但分析速度快。31油样分析方法313油样光谱分析法第三章设备故障的油样和声光诊断技术第一台铁谱仪1971年在美国研制成功。目前铁谱仪共有四种1分析式铁谱仪2直读式铁谱仪3在线式铁谱仪4旋转式铁谱仪其中前两种比较成熟，应用普遍。因此主要介绍这两种铁谱仪。31油样分析方法314油样铁谱分析法第三章设备故障的油样和声光诊断技术1分析式铁谱仪1组成及工作原理组成铁谱仪铁谱显微镜工作原理经过稀释后的油样注入倾斜安放的玻璃基片上，油样中的磨粒在磁场力的作用下沉基片上，然后用双色显微镜或扫描电子显微镜对磨粒进观察或计数。31油样分析方法314油样铁谱分析法第三章设备故障的油样和声光诊断技术1分析式铁谱仪（2）定性分析对磨粒的形貌包括形态特征、颜色特征、尺寸大小及其差异等及成分检测和分析，以便确定故障的部位，识别磨损的类型、的严重程度和失效的机理等。分析的方法1）白色反射光用来观测磨粒的大小、形态和颜色。2）白色透射光用来观察磨粒透明程度，识别磨类型。3）双色照明红色反射光和绿色透射光同时照射。31油样分析方法314油样铁谱分析法第三章设备故障的油样和声光诊断技术1分析式铁谱仪3定量分析是对铁谱基片上大、小磨粒的相对含量进行定量检测。目的确定磨损故障进展的速度。方法检测基片上不同位置上大、小磨粒覆盖面积所占百分数。检测设备联装在铁谱显微镜上的铁谱读数器。定量分析对进行设备诊断决策十分重要。31油样分析方法314油样铁谱分析法第三章设备故障的油样和声光诊断技术2直读式铁谱仪直读式铁谱仪不需要铁谱基片和铁谱显微镜，基本结构与分析式铁谱仪类似，它用斜置于磁铁上方的沉淀管来代替铁谱基片。直读式铁谱仪具有测试速度快，数据重复性好，操作方便等优点，但不能进一步观察和折磨粒的形貌。它适用于状态监测工作。一旦发现磨损异常时，再采用分析式铁谱仪进一步观察和分析。在实际应用中两种仪器经常是相互配合使用。31油样分析方法314油样铁谱分析法第三章设备故障的油样和声光诊断技术全辐射度与热力学温度的四次方成正比。当温度有轻微物体红外辐射较大的变化。例如当T300K时，温度每增加LK辐射功率增加134。32红外监测方法321红外监测方法基本原理第三章设备故障的油样和声光诊断技术1红外探测器2光学系统3调制系统4制冷系统5显示系统6扫描系统。32红外监测方法322红外测温系统第三章设备故障的油样和声光诊断技术1红外探测器红外探测器是红外检测系统中最关键、最重要的部分，它把所接收的红外辐射变换成易于测量的电量，可分为两个大类热敏探测器光电探测器32红外监测方法322红外测温系统第三章设备故障的油样和声光诊断技术1红外探测器热敏探测器把物质受到被测物体的红外辐射的照射引起的温度变化转化为电量输出进行测试的。优点是对于各种波长的红外辐具相同的响应率光电探测器其电特性为当光子投射到这类半导体材料上时，电子一空穴对便分离，产生电信号。光电探测器对红外辐射响应时间极短，缺点是光谱响应范围有限32红外监测方法322红外测温系统第三章设备故障的油样和声光诊断技术2光学系统分为望远镜和显微镜两部分。一般是由一系列透镜和反光镜组成，其作用是把红外辐射聚焦到探测器的敏感元件上，尽可能多地吸收辐射而使探测器本身的噪声电压相对具小。32红外监测方法322红外测温系统第三章设备故障的油样和声光诊断技术3调制系统调制盘周期地阻断从目标到达探测器上的红外辐射，这样就使得探捉器的输出是一个交流信号，以便后面进行放大处理。调制盘是一种运动的装置，32红外监测方法322红外测温系统第三章设备故障的油样和声光诊断技术4制冷系统作用提高探测率和扩大探测器的工作波段。将敏感元冷却到接近OK时，可使探测器的热能含量低到不因其自身温度而自发跃迁的程度。红外探测器的制冷方法主要是利用液体气化时吸热，实际工程上常用氮气制冷，液氮气化的沸点为77K。32红外监测方法322红外测温系统第三章设备故障的油样和声光诊断技术5显示系统包括示波器波形显示、电视图像显示、照相成像、数学转换和等温图打印显示32红外监测方法322红外测温系统第三章设备故障的油样和声光诊断技术6扫描系统。红外探测器置于光学系统焦点，每一瞬时只可以看到目标区域功能中的一小部分，机械装置使光学系统能上下和左右移动，瞬时视场就自左而右，自上而下地扫过整个目标。红外探测器“看”到任一瞬时视场时，就立即输出一个与所接受的辐射通量成正比的信号，把每一瞬时视场得到的输出放大并转换为视频信号，在荧光屏上还原成目标的图像，显示或记录下来，这就是光机扫描热成像的过程。32红外监测方法322红外测温系统第三章设备故障的油样和声光诊断技术主要是指测量目标表面某点温度的红外点温仪。按其工作原理，红外点温仪可分为1全辐射测温仪2单色测温仪3比色测温仪全辐射测温仪特点为结构简单，使用方便，但灵敏差较大。单色测温仪在测量误差方面有所改进。比色测温仪具有灵敏度高、误差小等优点，但结构复杂，价格相对较高。32红外监测方法322红外测量仪表简介第三章设备故障的油样和声光诊断技术人耳可听到的声波范围大致在20HZ到20KHZ，高于2OKHZ的就叫做超声波。用于探伤的超声波频率主要为15MHZ。超声波在探伤中得到广泛的应用原因超声波的波长以毫米计，有很好的指向性，而且频率越高，指向性越好；超声波可在物体界面上或内部缺陷处发生反射、折射和绕射，据此可对物体内部进行测量，并且波长越短，识别缺陷的尺寸越小。33超声诊断法331超声诊断基本原理第三章设备故障的油样和声光诊断技术1超声波的产生与接收探伤所用的高频超声波是在压电材料如石英、钦酸钡等的晶片上施加高频电压后产生的。在晶片的上、下两面电极上加上高频电压后，晶片就在厚度方向上产生伸缩。这样电的振荡就转换为机械振动，并在介质中进行传播。将高频振动超声波传到晶片上时晶片发生振动，两极间产生频率与超声波相同、强度与超声波强度成正比的高频电压，这就是超声波接收。质点振动方向与弹性波传播的方向力相同时，称作纵波。纵波可以在固体、气体和液体介质中传播。质点振动方向与传播方向垂直的弹性波称作横波。横波只能在固体中传播。此外还有在表面传播的表面波和在薄板中传播的板波。33超声诊断法331超声诊断基本原理第三章设备故障的油样和声光诊断技术2超声波的反射与穿透当超声波传到缺陷处、被检物底面或者不同金属结合面处的不连续部分时，会发生反射。不连续部分就是指正在传播超声波的介质与另一个不同介质相接触的界面。垂直人射时的反射和穿透当超声波垂直传到界面上时，一部分被反射，剩余部分穿透过去。这两部分的比率取决于接触界面的两种介质的密度和在该介质中传播的速度。斜射时的反射和穿透当超声波斜射到界面上时，在界面上会产生反射和折射。在斜射时，折射的穿透率与折射角有关。33超声诊断法331超声诊断基本原理第三章设备故障的油样和声光诊断技术1超声波探头机械能和电能互相转换的换能器，利用压电效应制作，发生和接收超声波。探头分为纵波探头、横波探头和表面波探头等。又分为接触式和水浸式。纵波探头用于发射和接收纵波，由保护膜、压电晶片、阻尼块、外壳、电器接插件等组成。横波探头应用波型转换得到横波，由压电晶片、声陷讲、透声楔、阻力块、电气接插件和外壳组成。横波探头的人射角和频率应根据理论计算确定。33超声诊断法332检测仪器与设备第三章设备故障的油样和声光诊断技术2超声波诊断仪超声波诊断仪种类繁多，常见的分类如下。1按发射波连续性分连续波探伤仪、共振式连续波探伤仪、调频式连续波探伤仪、脉冲波探伤仪。2按缺陷显示方式分A型显示探伤仪、B型显示探伤仪、C型显示探伤仪。3按通道分，有单通道探伤仪、多通道探伤仪。目前使用最多的是脉冲反射式超声波探伤仪。33超声诊断法332检测仪器与设备第三章设备故障的油样和声光诊断技术探伤技术1脉冲反射法2共振法3穿透法点击图片观看超声探伤视频33超声诊断法333超声探伤技术及应用第三章设备故障的油样和声光诊断技术1脉冲反射法脉冲反射法是用一定持续时间、一定频率发射的超声脉冲进行缺陷诊断的方法，其结果用示波管显示。缺陷回波高度是随缺陷的增大而增高的，所以可用来估计缺陷的大小。当缺陷很大时，可移动探头，按显示缺陷的范围求出缺陷的延伸尺寸。33超声诊断法333超声探伤技术及应用第三章设备故障的油样和声光诊断技术2共振法应用共振现象诊断工件的缺陷。探头把超声波辐射到工件上后，通过连续调整发射频率，改变波长。当工件的厚皮为超声波半波长的整数倍时，入射波和反射波相互叠加便产生共振。工件中若存在较大的缺陷或厚度改变，将使共振现象消失或共振点偏移。可诊断复合材料的胶合质量、板材点焊质量、均匀腐蚀量和板材内部夹层等缺陷。33超声诊断法333超声探伤技术及应用第三章设备故障的油样和声光诊断技术3穿透法采用两个探头，一个发射超声能量，另一个接收超声能量。透过被检零件的超声能量取决于零件内部的状态，被检件内部严重疏松或有气穴，大部分能量就会反射或散射，另一探头所接收到的能量就会减少，根据比较发射脉冲和接收脉冲的幅值，判断材料粘接质量和检查出内部的缺陷。33超声诊断法333超声探伤技术及应用第三章设备故障的油样和声光诊断技术4超声方法进行现场探查的优点超声诊断目前被广泛地应用在锻、铸件的缺陷诊断、焊缝的缺陷诊断以及关键件的在线监测上。1）灵敏度高，反应快，可以迅速确定缺陷的位置。2）渗透力强，可以检测原材料3）不需拆开机器。33超声诊断法333超声探伤技术及应用第三章设备故障的油样和声光诊断技术声发射技术产生于金属在被拉伸或相变过程中会发出声响的物理现象。在机械设备的故障诊断中，声发射技术已成为对材料进行断裂监测的有效手段而被应用。主要内容1声发射机理2声发射信号的传输3声发射技术的特点4声发射技术测量的参数描述33声发射技术第三章设备故障的油样和声光诊断技术1声发射机理声发射是以弹性波形式释放应变能现象。材料受外载荷作用时，内力结构的不均匀及各种缺陷的存在造成应力集中，使局部应力分布不稳定。当这种状态达到一定程度时，将产生应力的重新分布，从而达到新的稳定状态。金属材料由于晶格的位错、流变、龟裂和晶界滑移，或者由于内部裂纹的产生和发展，均要释放弹性波。这种被释放的应变能，一部分是以应力波的形式发射出去，由于最先被注意到的应力发射现象是人耳可听领域的声波，所以就称它为声发射。例如，锡鸣就是金属锡在人耳能够听到的声频范围内的声发射现象。其实，应力波发射的频率范围从次声到超声，远比声频广得多。多数金属特别是钢、铁材料，应力波发射大部分处于超声范围，检测频率大都在10030OKHZ。33声发射技术第三章设备故障的油样和声光诊断技术2声发射信号的传输内部的点状声发射声源以球面波等速向各个方向发射弹性波而位于表面的声发射