3.3 聲發(fā)射技術(shù)設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)4.聲發(fā)射技術(shù)

1、第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 潤滑油在機(jī)器中循環(huán)流動(dòng)、攜帶著機(jī)器中零部件運(yùn)行狀態(tài)的大量信息，通過對(duì)潤滑油液的分析和研究可以判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。 超聲波有很好的指向性，可在物體界面上或內(nèi)部缺陷處發(fā)生反射、折射和繞射，可對(duì)物體內(nèi)部的缺陷進(jìn)行探查。 聲發(fā)射技術(shù)作為對(duì)材料進(jìn)行斷裂監(jiān)測(cè)的有效手段而被應(yīng)用，聲發(fā)射技術(shù)在結(jié)構(gòu)完整性的探查方面已獲得廣泛應(yīng)用。 對(duì)于運(yùn)行狀態(tài)下構(gòu)件缺陷的發(fā)生和開展進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，聲發(fā)射方法已成為不可缺少的手段。 導(dǎo)言第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 一 油樣分析方法 二 紅外檢測(cè)方法 三 超聲診斷法 四 聲發(fā)射技術(shù)要求1.熟悉油樣分析方法及其適用范圍。2.熟悉紅外監(jiān)測(cè)方法的根

2、本原理、紅外測(cè)溫系統(tǒng)的組成及其主要功能和紅外技術(shù)在設(shè)各故障診斷中的應(yīng)用3.熟悉超聲波故障診斷原理，掌握超聲探傷技術(shù)及應(yīng)4.了解聲發(fā)射現(xiàn)象、機(jī)理和應(yīng)用。本次課主要內(nèi)容第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 潤滑油在機(jī)器中循環(huán)流動(dòng)，攜帶的機(jī)器零件運(yùn)行狀態(tài)的大量信息，可以幫助分析零件磨損的類型、部位、程度和原因。 根據(jù)工作原理和檢測(cè)手段的不同，機(jī)械故障診斷油樣分析方法可分： 1.磁塞檢查法 2.顆粒計(jì)數(shù)器法 3.油樣光譜分析法 4.油樣鐵譜分析法3.1 油樣分析方法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 磁塞檢查法是在機(jī)器的油路系統(tǒng)中插人磁性探頭 (磁塞)，搜集抽液中的鐵磁性磨粒，并定期進(jìn)行觀察以判斷機(jī)器的

3、磨損狀態(tài)。 該方法簡便易行，但對(duì)早期磨損故障的預(yù)報(bào)靈敏度較差。3.1 油樣分析方法3.1.1 磁塞檢查法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 顆粒計(jì)數(shù)器方法是對(duì)抽樣內(nèi)的顆粒進(jìn)行粒度測(cè)量，并按預(yù)選的粒度范圍進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到有關(guān)磨粒粒度分布方面的信息，以判斷機(jī)器磨損的狀況。 該方法提供的數(shù)據(jù)過于籠統(tǒng)，只能作為一種輔助方法。3.1 油樣分析方法3.1.2 顆粒計(jì)數(shù)器方法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 基態(tài)原子吸收一定的能量處于激發(fā)狀態(tài)。激發(fā)狀態(tài)的原子回到基態(tài)時(shí)發(fā)射一定波長的光譜線，輻射出所吸收的能量。 每種元素的原子在激發(fā)和躍遷過程中所吸收或輻射的能量以及吸收或發(fā)射光子的波長，都是固定的。 分析

4、方法有： 1.原子吸收光譜分析法 2.原子發(fā)射光譜分析法3.1 油樣分析方法3.1.3 油樣光譜分析法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 1.原子吸收光譜分析法： 用特征波長射線激發(fā)原子后，測(cè)出原子輻射強(qiáng)度的變化，判斷出對(duì)應(yīng)元素的含量(濃度)。 試樣被吸入燃燒頭加熱變成原子蒸氣。同時(shí)，元素?zé)魺艚z由待檢元素制成發(fā)射某一特定波長的光束穿過火焰，被基態(tài)原子所吸收。儀器的檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)出吸光度，并換算成對(duì)應(yīng)元素的濃度。 該方法每測(cè)一種元素要換一種元素?zé)簦容^麻煩。3.1 油樣分析方法3.1.3 油樣光譜分析法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)2.原子發(fā)射光譜分析法： 將含數(shù)種金屬元素的原子激發(fā)后，測(cè)出其發(fā)

5、射的輻射線波長，判斷出油樣申所含元素的種類。 用高壓電(l5kV)直接激發(fā)樣品中的金屬雜質(zhì)，并對(duì)它們發(fā)射出的特性光譜進(jìn)行分析，顯示出金屬的種類及含量。 發(fā)射光譜分析儀器價(jià)格昂貴，但分析速度快。3.1 油樣分析方法3.1.3 油樣光譜分析法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 第一臺(tái)鐵譜儀1971年在美國研制成功。 目前鐵譜儀共有四種： 1.分析式鐵譜儀 2.直讀式鐵譜儀 3.在線式鐵譜儀 4.旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀 其中前兩種比較成熟，應(yīng)用普遍。 因此主要介紹這兩種鐵譜儀。3.1 油樣分析方法3.1.4 油樣鐵譜分析法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)1.分析式鐵譜儀1)組成及工作原理 組成： 鐵譜儀 鐵

6、譜顯微鏡 工作原理: 經(jīng)過稀釋后的油樣注入傾斜安放的玻璃基片上，油樣中的磨粒在磁場(chǎng)力的作用下沉基片上，然后用雙色顯微鏡或掃描電子顯微鏡對(duì)磨粒進(jìn)觀察或計(jì)數(shù)。 3.1 油樣分析方法3.1.4 油樣鐵譜分析法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)1.分析式鐵譜儀2定性分析 對(duì)磨粒的形貌(包括形態(tài)特征、顏色特征、尺寸大小及其差異等)及成分檢測(cè)和分析，以便確定故障的部位，識(shí)別磨損的類型、的嚴(yán)重程度和失效的機(jī)理等。 分析的方法： 1白色反射光：用來觀測(cè)磨粒的大小、形態(tài)和顏色。 2白色透射光：用來觀察磨粒透明程度，識(shí)別磨類型。 3雙色照明：紅色反射光和綠色透射光同時(shí)照射。3.1 油樣分析方法3.1.4 油樣鐵譜

7、分析法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)1.分析式鐵譜儀(3)定量分析 是對(duì)鐵譜基片上大、小磨粒的相對(duì)含量進(jìn)行定量檢測(cè)。 目的：確定磨損故障進(jìn)展的速度。 方法：檢測(cè)基片上不同位置上大、小磨粒覆蓋面積所占百分?jǐn)?shù)。檢測(cè)設(shè)備：聯(lián)裝在鐵譜顯微鏡上的鐵譜讀數(shù)器。 定量分析對(duì)進(jìn)行設(shè)備診斷決策十分重要。3.1 油樣分析方法3.1.4 油樣鐵譜分析法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)2.直讀式鐵譜儀 直讀式鐵譜儀不需要鐵譜基片和鐵譜顯微鏡，根本結(jié)構(gòu)與分析式鐵譜儀類似，它用斜置于磁鐵上方的沉淀管來代替鐵譜基片。 直讀式鐵譜儀具有測(cè)試速度快，數(shù)據(jù)重復(fù)性好，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，但不能進(jìn)一步觀察和折磨粒的形貌。 它適用于

8、狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作。一旦發(fā)現(xiàn)磨損異常時(shí)，再采用分析式鐵譜儀進(jìn)一步觀察和分析。 在實(shí)際應(yīng)用中兩種儀器經(jīng)常是相互配合使用。3.1 油樣分析方法3.1.4 油樣鐵譜分析法第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 全輻射度與熱力學(xué)溫度的四次方成正比。 當(dāng)溫度有輕微物體紅外輻射較大的變化。 例如當(dāng)T=300K時(shí)，溫度每增加lK輻射功率增加1.34%。3.2 紅外監(jiān)測(cè)方法紅外監(jiān)測(cè)方法根本原理第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 1.紅外探測(cè)器 2.光學(xué)系統(tǒng) 3.調(diào)制系統(tǒng) 4.制冷系統(tǒng) 5.顯示系統(tǒng) 6.掃描系統(tǒng)。3.2 紅外監(jiān)測(cè)方法紅外測(cè)溫系統(tǒng)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)1.紅外探測(cè)器 紅外探測(cè)器是紅外檢測(cè)系統(tǒng)中

9、最關(guān)鍵、最重要的局部，它把所接收的紅外輻射變換成易于測(cè)量的電量， 可分為兩個(gè)大類： 熱敏探測(cè)器 光電探測(cè)器3.2 紅外監(jiān)測(cè)方法紅外測(cè)溫系統(tǒng)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)1.紅外探測(cè)器 熱敏探測(cè)器 把物質(zhì)受到被測(cè)物體的紅外輻射的照射引起的溫度變化轉(zhuǎn)化為電量輸出進(jìn)行測(cè)試的。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于各種波長的紅外輻具相同的響應(yīng)率光電探測(cè)器 其電特性為當(dāng)光子投射到這類半導(dǎo)體材料上時(shí)，電子一空穴對(duì)便別離，產(chǎn)生電信號(hào)。 光電探測(cè)器對(duì)紅外輻射響應(yīng)時(shí)間極短，缺點(diǎn)是光譜響應(yīng)范圍有限3.2 紅外監(jiān)測(cè)方法紅外測(cè)溫系統(tǒng)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)2.光學(xué)系統(tǒng) 分為望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡兩局部。 一般是由一系列透鏡和反光鏡組成，其

10、作用是把紅外輻射聚焦到探測(cè)器的敏感元件上，盡可能多地吸收輻射而使探測(cè)器本身的噪聲電壓相對(duì)具小。3.2 紅外監(jiān)測(cè)方法紅外測(cè)溫系統(tǒng)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)3.調(diào)制系統(tǒng)(調(diào)制盤) 周期地阻斷從目標(biāo)到達(dá)探測(cè)器上的紅外輻射，這樣就使得探捉器的輸出是一個(gè)交流信號(hào)，以便后面進(jìn)行放大處理。 調(diào)制盤是一種運(yùn)動(dòng)的裝置，3.2 紅外監(jiān)測(cè)方法紅外測(cè)溫系統(tǒng)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)4.制冷系統(tǒng) 作用：提高探測(cè)率和擴(kuò)大探測(cè)器的工作波段。 將敏感元冷卻到接近OK時(shí)，可使探測(cè)器的熱能含量低到不因其自身溫度而自發(fā)躍遷的程度。 紅外探測(cè)器的制冷方法主要是利用液體氣化時(shí)吸熱，實(shí)際工程上常用氮?dú)庵评洌旱獨(dú)饣姆悬c(diǎn)

11、為77K。3.2 紅外監(jiān)測(cè)方法紅外測(cè)溫系統(tǒng)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)5.顯示系統(tǒng) 包括示波器波形顯示、電視圖像顯示、照相成像、數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換和等溫圖打印顯示3.2 紅外監(jiān)測(cè)方法紅外測(cè)溫系統(tǒng)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)6.掃描系統(tǒng)。 紅外探測(cè)器置于光學(xué)系統(tǒng)焦點(diǎn)，每一瞬時(shí)只可以看到目標(biāo)區(qū)域功能中的一小局部，機(jī)械裝置使光學(xué)系統(tǒng)能上下和左右移動(dòng)，瞬時(shí)視場(chǎng)就自左而右，自上而下地掃過整個(gè)目標(biāo)。 紅外探測(cè)器“看到任一瞬時(shí)視場(chǎng)時(shí)，就立即輸出一個(gè)與所接受的輻射通量成正比的信號(hào)，把每一瞬時(shí)視場(chǎng)得到的輸出放大并轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)，在熒光屏上復(fù)原成目標(biāo)的圖像，顯示或記錄下來，這就是光機(jī)掃描熱成像的過程。 3.2

12、紅外監(jiān)測(cè)方法紅外測(cè)溫系統(tǒng)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)主要是指測(cè)量目標(biāo)外表某點(diǎn)溫度的紅外點(diǎn)溫儀。按其工作原理，紅外點(diǎn)溫儀可分為： 1.全輻射測(cè)溫儀 2.單色測(cè)溫儀 3.比色測(cè)溫儀全輻射測(cè)溫儀 ：特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但靈敏差較大。單色測(cè)溫儀 ：在測(cè)量誤差方面有所改進(jìn)。比色測(cè)溫儀：具有靈敏度高、誤差小等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)較高。3.2 紅外監(jiān)測(cè)方法紅外測(cè)量儀表簡介第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 人耳可聽到的聲波范圍大致在20Hz到20kHz，高于2OkHz的就叫做超聲波。 用于探傷的超聲波頻率主要為1-5MHz。 超聲波在探傷中得到廣泛的應(yīng)用原因： 超聲波的波長以毫米計(jì)，有很好

13、的指向性，而且頻率越高，指向性越好；超聲波可在物體界面上或內(nèi)部缺陷處發(fā)生反射、折射和繞射，據(jù)此可對(duì)物體內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量，并且波長越短，識(shí)別缺陷的尺寸越小。 3.3 超聲診斷法超聲診斷根本原理第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)1.超聲波的產(chǎn)生與接收 探傷所用的高頻超聲波是在壓電材料(如石 英、欽酸鋇等)的晶片上施加高頻電壓后產(chǎn)生的。 在晶片的上、下兩面電極上 加上高頻電壓后，晶片就在厚度方向上產(chǎn)生伸縮。這樣電的振蕩就轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，并在介質(zhì)中進(jìn)行傳播。 將高頻振動(dòng) (超聲波)傳到晶片上時(shí)晶片發(fā)生振動(dòng)，兩極間產(chǎn)生頻率與超聲波相同、強(qiáng)度與超聲波強(qiáng)度成正比的高頻電壓，這就是超聲波接收。 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與彈性

14、波傳播的方向力相同時(shí)，稱作縱波。 縱波可以在固體、氣體和液體介質(zhì)中傳播。 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向垂直的彈性波稱作橫波。 橫波只能在固體中傳播。 此外還有在外表傳播的外表波 和在薄板中傳播的板波。3.3 超聲診斷法超聲診斷根本原理第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)2.超聲波的反射與穿透 當(dāng)超聲波傳到缺陷處、被檢物底面或者不同金屬結(jié)合面處的不連續(xù)局部時(shí)，會(huì)發(fā)生反射。 不連續(xù)局部就是指正在傳播超聲波的介質(zhì)與另一個(gè)不同介質(zhì)相接觸的界面。 垂直人射時(shí)的反射和穿透： 當(dāng)超聲波垂直傳到界面上時(shí)，一局部被反射，剩余局部穿透過去。這兩局部的比率取決于接觸界面的兩種介質(zhì)的密度和在該介質(zhì)中傳播的速度。 斜射時(shí)的反射

15、和穿透： 當(dāng)超聲波斜射到界面上時(shí)，在界面上會(huì)產(chǎn)生反射和折射。 在斜射時(shí)，折射的穿透率與折射角有關(guān)。3.3 超聲診斷法超聲診斷根本原理第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)1.超聲波探頭 機(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的換能器，利用壓電效應(yīng)制作，發(fā)生和接收超聲波。 探頭分為縱波探頭、橫波探頭和外表波探頭等。又分為接觸式和水浸式。 縱波探頭用于發(fā)射和接收縱波，由保護(hù)膜、壓電晶片、阻尼塊、外殼、電器接插件等組成。 橫波探頭應(yīng)用波型轉(zhuǎn)換得到橫波，由壓電晶片、聲陷講、透聲楔、阻力塊、電氣接插件和外殼組成。 橫波探頭的人射角和頻率應(yīng)根據(jù)理論計(jì)算確定。3.3 超聲診斷法檢測(cè)儀器與設(shè)備第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)2.

16、超聲波診斷儀超聲波診斷儀種類繁多，常見的分類如下。 1) 按發(fā)射波連續(xù)性分 連續(xù)波探傷儀、共振式連續(xù)波探傷儀、調(diào)頻式連續(xù)波探傷儀、脈沖波探傷儀。 2) 按缺陷顯示方式分 A型顯示探傷儀、B型顯示探傷儀、C型顯示探傷儀。 3) 按通道分，有單通道探傷儀、多通道探傷儀。 目前使用最多的是脈沖反射式超聲波探傷儀。3.3 超聲診斷法檢測(cè)儀器與設(shè)備第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)探傷技術(shù)： 1.脈沖反射法 2.共振法 3.穿透法 點(diǎn)擊圖片觀看超聲探傷視頻3.3 超聲診斷法超聲探傷技術(shù)及應(yīng)用第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)1.脈沖反射法 脈沖反射法是用一定持續(xù)時(shí)間、一定頻率發(fā)射的超聲脈沖進(jìn)行缺陷診斷的

17、方法，其結(jié)果用示波管顯示。 缺陷回波高度是隨缺陷的增大而增高的，所以可用來估計(jì)缺陷的大小。當(dāng)缺陷很大時(shí)，可移動(dòng)探頭，按顯示缺陷的范圍求出缺陷的延伸尺寸。3.3 超聲診斷法超聲探傷技術(shù)及應(yīng)用第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)2.共振法 應(yīng)用共振現(xiàn)象診斷工件的缺陷。 探頭把超聲波輻射到工件上后，通過連續(xù)調(diào)整發(fā)射頻率，改變波長。當(dāng)工件的厚皮為超聲波半波長的整數(shù)倍時(shí)，入射波和反射波相互疊加便產(chǎn)生共振。 工件中假設(shè)存在較大的缺陷或厚度改變，將使共振現(xiàn)象消失或共振點(diǎn)偏移。 可診斷復(fù)合材料的膠合質(zhì)量、板材點(diǎn)焊質(zhì)量、均勻腐蝕量和板材內(nèi)部夾層等缺陷。3.3 超聲診斷法超聲探傷技術(shù)及應(yīng)用第三章設(shè)備故障的油樣和聲光

18、診斷技術(shù)3.穿透法 采用兩個(gè)探頭，一個(gè)發(fā)射超聲能量，另一個(gè)接收超聲能量。 透過被檢零件的超聲能量取決于零件內(nèi)部的狀態(tài)，被檢件內(nèi)部嚴(yán)重疏松或有氣穴，大局部能量就會(huì)反射或散射，另一探頭所接收到的能量就會(huì)減少，根據(jù)比較發(fā)射脈沖和接收脈沖的幅值，判斷材料粘接質(zhì)量和檢查出內(nèi)部的缺陷。3.3 超聲診斷法超聲探傷技術(shù)及應(yīng)用第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)4. 超聲方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探查的優(yōu)點(diǎn): 超聲診斷目前被廣泛地應(yīng)用在鍛、鑄件的缺陷診斷、焊縫的缺陷診斷以及關(guān)鍵件的在線監(jiān)測(cè)上。 1靈敏度高，反響快，可以迅速確定缺陷的位置。 2滲透力強(qiáng)，可以檢測(cè)原材料; 3不需拆開機(jī)器。3.3 超聲診斷法超聲探傷技術(shù)及應(yīng)用第三章

19、設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù) 聲發(fā)射技術(shù)產(chǎn)生于金屬在被拉伸或相變過程中會(huì)發(fā)出聲響的物理現(xiàn)象。 在機(jī)械設(shè)備的故障診斷中，聲發(fā)射技術(shù)已成為對(duì)材料進(jìn)行斷裂監(jiān)測(cè)的有效手段而被應(yīng)用。 主要內(nèi)容 1.聲發(fā)射機(jī)理 2.聲發(fā)射信號(hào)的傳輸 3.聲發(fā)射技術(shù)的特點(diǎn) 4.聲發(fā)射技術(shù)測(cè)量的參數(shù)描述3.3 聲發(fā)射技術(shù)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)1.聲發(fā)射機(jī)理 聲發(fā)射是以彈性波形式釋放應(yīng)變能現(xiàn)象。 材料受外載荷作用時(shí)，內(nèi)力結(jié)構(gòu)的不均勻及各種缺陷的存在造成應(yīng)力集中，使局部應(yīng)力分布不穩(wěn)定。當(dāng)這種狀態(tài)到達(dá)一定程度時(shí)，將產(chǎn)生應(yīng)力的重新分布，從而到達(dá)新的穩(wěn)定狀態(tài)。 金屬材料由于晶格的位錯(cuò)、流變、龜裂和晶界滑移，或者由于內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生和開展，均要釋放彈性波。 這種被釋放的應(yīng)變能，一局部是以應(yīng)力波的形式發(fā)射出去，由于最先被注意到的應(yīng)力發(fā)射現(xiàn)象是人耳可聽領(lǐng)域的聲波，所以就稱它為聲發(fā)射。例如，錫鳴就是金屬錫在人耳能夠聽到的聲頻范圍內(nèi)的聲發(fā)射現(xiàn)象。 其實(shí)，應(yīng)力波發(fā)射的頻率范圍從次聲到超聲，遠(yuǎn)比聲頻廣得多。多數(shù)金屬特別是鋼、鐵材料，應(yīng)力波發(fā)射大局部處于超聲范圍，檢測(cè)頻率大都在10030OkHz。3.3 聲發(fā)射技術(shù)第三章設(shè)備故障的油樣和聲光診斷技術(shù)2.聲發(fā)射信號(hào)的傳輸 內(nèi)部的點(diǎn)狀聲發(fā)射聲源以球面波等速向各個(gè)方向發(fā)射彈性波;而位于外表的聲發(fā)射源除了球面波的形