工程机械故障检测与诊断无损检测技术课件

1、工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 1 无损检测技术 一些重要的零部件的失效会造成灾难性的事 故，如航空、航天器、潜水艇等，而一些制 造或使用过程中产生的缺陷常常又不是在表 面上，也不易用肉眼观察到，因此需要借助 先进的仪器设备进行无损检测。它包括以下 几类检测方法： 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 2 v射线检测射线检测 所用射线可以是x射线、射线、中子等， 它们的检测原理基本相同，不同点在于所能 检测的深度不同 ，它是利用金属基体与缺陷 对射线的吸收或透射特性不同，而将材料内 部的缺陷记录在感光片上，主要适用于检查 厚度小于500mm的铸件的内部缺陷，缺点是 分辩率低，且不能检查复

2、杂形状的零件。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 3 v声试验法检测声试验法检测 声试验法检测包括超声波探伤、声阻法探伤和 声发射探伤。 超声波探伤超声波探伤是利用超声波的指向性 、反射性和 穿透性来探测缺陷的大小 、数量及位置，其优点是 适用范围广（可检查厚度100cm 钢材内部裂纹和其 他缺陷，也可检测表面裂纹）、灵敏度高、设备简 单、操作方便，并可以现场检测；其缺点是不好检 测结构复杂的零件，需要标样，一些组织结构对回 波花样有影响。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 4 现场超声波探伤 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 5 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 6 v超声波

3、探头 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 7 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 8 v声阻法探伤声阻法探伤是利用物体的声阻大小来判断被测物体 的缺陷，目前只用于蜂窝结构的质量 检查。 v声发射法声发射法是利用裂纹扩展时发出一定频率的声音来 判断裂纹扩展速率以确定零件的寿命，属于动态无 损检测。 v超声波检测与射线检测的比较见表1。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 9 v超声波检测与射线检测的比较超声波检测与射线检测的比较 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 10 转轴裂纹声发射监测研究 v摘摘 要：要：声发射技术作为一种无损检测方法， 可以找到声发射信号和裂纹扩展之间的关系， 分

4、析材料变形与断裂机制。介绍了声发射技 术用于转轴裂纹监测的研究，分析了声发射 信号与转轴裂纹扩展之间的关系实验表明采 用声发射技术可以对转轴裂纹进行监测，证 明了声发射技术在转轴监测上的可行性。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 11 v断裂是机械和工件失效的主要形式之一，与 其他失效形式（弹塑性失稳、磨损、腐蚀等） 相比，更具危险性。转轴作为旋转机械的主 要承力部件，发生断裂可能导致灾难性的事 故，造成生命和财产的巨大损失。因此，对 转轴的裂纹监测是非常重要的。声发射（声发射（AEAE） 技术作为一种在线监测方法，可以对转轴的技术作为一种在线监测方法，可以对转轴的 完整性进行判断。完整性

5、进行判断。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 12 v 一、声发射监测原理一、声发射监测原理 v任何物体受到外力作用都会发生形变，超过 一定限度便产生裂纹以至断裂。在此过程中， 物体内部会发出不同的声音（声发射）。声 发射信号波形的幅度非常小，频率非常高， 利用非常灵敏的传感器可把物体内部发出的 微弱声信号接收下来，然后转换成电信号， 进而由声发射系统分析处理，发现物体内部 裂纹的发展情况。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 13 v金属轴在屈服点附近出现声发射计数高峰，标志着 裂纹的形成。一旦裂纹形成，转轴局部地区的应力 集中得到卸载，产生声发射。断裂过程大致可分为 三个阶段：裂纹成

6、核、裂纹扩展和最终断裂，三者 都可以成为强烈的声发射源。转轴内部发出的声信 号以弹性波的形式向四周传播，到达转轴表面，并 经过传感器转变为电信号，经过前置信号放大器放 大，再由声发射采集卡接收并进行A/D转换，成为数 字信号，传入计算机，经软件分析，就能确定转轴 上裂纹的全部发展过程，实现在线监测。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 14 v二、实验设备二、实验设备 v 图1为转轴裂纹声发射监测实验系统图，由 五部分组成，除预制实验转轴为自制外，其 他均为美国物理声学公司产品。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 15 v图2为预制实验转轴示意图，尺寸20mmx300mm， 所用材料为8

7、6CrMoV7。在转轴上预制裂纹，深度 2mm。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 16 v1预制实验转轴。 v2声发射传感器。传感器用于接收材料内部的声发射信号， 其性能对测试非常重要。本实验选用R15型声发射专用传感 器，外径19mm，重量34g，可以在一65177的范围内 使用。其信号采集部分是压电陶瓷，可采集信号频率范围是 50200kHz。 v3前置信号放大器。声发射传感器的电压输出信号非常弱， 因此，需要放大器放大后再传输。实验选用的前置放大器是 一种通用放大器，可获得20/40/60dB的增益，具有单端输入 和差分输入两种输入方式。 v 4声发射采集卡。选用PCI-2声发射卡

8、，是对声发射特征 参数、波形进行实时处理的二通道声发射系统，具有18位 A/D转换、3kHz3MHz频率范围。 v 5计算机分析软件。采用AEwin TM和Wavelets软件包， 是Windows环境下的实时声发射分析软件包，包括前端数字 滤波、图解滤波、AE特征提取、报警输出、各种定位功能、 2-D和3-D图形、多参数分析、聚类分析、波形处理及相关分 析、HIT数据线形显示、统计及重放功能等。Wavelets是小 波分析软件。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 17 HTR系列声发射传感器系列声发射传感器 HTPA系列声发射传感器系列声发射传感器 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术

9、18 v美国物理声学公司（PAC公司）最新推出的 高速、高性能 声发射/接收与数据采集卡 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 19 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 20 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 21 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 22 v数字化声发射检测仪信号采集软件 v含波形参数采集、声源定位分析等功能（仪器标 配）。windows中文界面,WINDOWS环境下实时声 发射参数和波形采集、外参量输入采集。 v实时波形、参数表、相关图及定位图形显示。 v线形、平面、柱面、球面积立方体定位，罐底三维 定位，可自动布置换能器（传感器）。 v多用鼠标操作，流行windo

10、ws操作方式。 v软件设计界面简洁，操作简便。软件还具有任意参 数滤波器窗口设置，聚类，定位-参数-波形关联分 析显示等多种信号处理功能。 v信号分析软件 v多窗口选择谱分析、小波分析、神经网络模式识别 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 23 v美国物理声学公司（PAC公司）的声发射系 统 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 24 v三、实验结果及分析 v v实验过程采集到的声发射信号在时域上主要 有四种类型，如图3所示。带预制裂纹的转轴 在扭矩作用下，开始采集到的声发射信号如 图3a，信号幅值很低，最大峰值在0.5V以下， 此时裂纹并没有扩展，除了预制裂纹外，没 有新的裂纹产生，处于稳

11、定状态。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 25 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 26 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 27 v从图3b中可以看出已有较强的声发射信号，信号幅值1V左 右，为新裂纹萌生的开始。此外还可在图4a中看出，裂纹萌 生之后，发展速度缓慢，信号能量虽然增加，但幅度不高， 总能量也不大。此时的能量多集中在40100kHz之间，处于 声发射信号的低频部分，可认为此时代表裂纹萌生及缓慢发 展阶段。 v从图3c和图4b可以看出，声发射信号幅值再次变大，超过 2V，而且在能量谱上显示的信号范围主要集中于60l20kHz 之间，总能量大大增加。显而易见，裂纹正在迅速扩

12、展。可 认为此时代表裂纹快速扩展阶段。从图3d可以看出，信号继 续增强，接近4V，为整个实验过程中最强信号，预制转轴随 即断裂。除此之外，还可以在图4c中看出，在l40kHz附近能 量有一个高峰，但总能量却降低，即转轴断裂阶段释放了很 大能量。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 28 v 四、结论四、结论 v v采用声发射技术对转轴所进行的监测研究可以看出， 随着时间的变化，裂纹由萌生到发展，再到断裂， 在这三个阶段，处于不同状态的转轴所测取的信号 特征有着明显的区别，并且和实际的裂纹扩展过程 完全吻合。这对于进一步将声发射技术应用于转轴 在线监测以及故障诊断有着重要的意义。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 29 vAM485型岩体 声发射声发射监测定位 系统 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 30 v电磁检测电磁检测 电磁检测包括磁力探伤和涡流探伤 。前 者是利用磁性材料在磁场中的行为观察漏磁 场大小、数量和分布，以判别裂缝等缺陷， 适用于铁磁材料的表面与次表面缺陷（图2）。 后者是利用交流磁场产生的涡流与材料缺陷 固有特性间的关系来判别缺陷。 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 31 工程机械故障检测与诊断无损检测 技术 32 v渗透法检测渗透法检测 目前使用的有荧光检测和着色检测，它适用于 探测表面开口裂纹。荧光检测是利用荧光液可以渗