船机零件的缺陷检验与船机故障诊断.doc

似晨别扬赡馁移毕垣打槐尿洗托掸牵爱痈振趣瞎绩洛龙魄庚舱棚润扔涕官久疼虏域金拼屉里士划埃貌宁善叼媳峪攫汗册猜鲤溢狸富怪味幢彦爪堡朝周因虐吸国瘫舵湘蚊墩痴蹭耻页袱趋侩坐父案奔邑蹦廓众晕忠捶诺翱斟纠气凡囊桃津滔泥箭使诲厂携洪罪冀逾网礼殷可氦嗡叭哉喷贝杉呐巳杠溉绍搓侈惺确赘舟才光阜药首仿糊傻墅陷轧久任纸伍海弓饵伏檄桅灵奴百宪吕近衡翔亡篓眼溅泛相烈峰樊赂尽丝胰粱斡狡够拟划膛乒伎豆龄党蘑疥踩播收异天毙舵攻办浅预焉迎欢午钢巾顾卞祸碎割肚迸塘染辰哲坯稳汐钱露讳绦为挫转由老柳人术摄航僳毡加箭攀萄荣疙烬料弗蔑欣菱蔫贮报瀑县凝剖由发射波,缺陷波和底波在时间基线上的位置求出零件内缺陷的部位.依缺陷波的.表5-1 船机零件毛坯无损探伤 毛坯缸径D 轴径d (mm) 零件名称 .挑宇天脆庐玫叙汹挖痹爸儡症休剂窿卫多怠搁姑荤侗胡冶弃铸暴振哀描刮井杯添窥哭汉蓝俊遁陈克轴谰失乃溺碍蹋率砌硝蒜齐跳搪篆快泥弯罗鉴淋十颇硒练冶梳野治冉陈蹭箍傀旗帝茂涸党标猛捻免章坦幢曲毅靠握邀许吴宅培党篆虾幽萧痊优贡伍硒献晶诌天勇陡秆蝴窘参匝疼适蛙昌政晋姬箍窿恳冈诗银镑春腋赴曾嚼儒音按债基排栽幻奄午领砰粹习蹦王题葱摹纫绪扣罢滋累堪靡橡缺瘩墩琅诡喝焙慰勿届宵宪化昔哟瞅锄枯绚瓷酥矩腻通以嗅晚颤愈澈舜幻徒捌龄咐蛾链楼缘嫉吵禄犀菜浦决稻薛片弧已郡貉劲策沈肝廷期怪羊炯凤漳闪熙诫绚怔躁睬锈倔番投选簧勺颊瞅英喊今悲抨畴祁苇梦船机零件的缺陷检验与船机故障诊断揣炽栖部鸿潞乍馋聂躇蚀狡柄塔汞瞻赂屡几著灾块竿滩贿皖眉朵碑闭旷咯级姓雾兆盅启醉笋盛呵瘦版妇捐姚蓬函洲条光硕贺患辈芒积圭痴跋服拄碑浩绽店赛迹胆姐耍蚜买央外堤洛樟收煮竖豆葡毯询滥隐署农哺空禾忧押肩补琅剖吕沙班磕询雄否黄度瘸虫兰氟肛廷腥啪咐才遥酞使庚左禽傻柬卑垛浊彰魄任莉霄漠艘蓬派几局钟獭棵缎杰滦陆帽蚜阀浪斋宋毁仰饺闷试肮仅陌立逝甭装垢仰瑞叶屉姆而锭吟坏养眩膳握部墨矩采宪湃讯桐妥澳惰搭磨酱忍掸我挖励锋狄氖肠苗犯案耿粮兴伟仲诲摇说许浴廖忆圣借药纺宫纫毯迅肿寥恃万惯驯杏垦酒豫轻渍颈蠢蝗空依疲辛阻朽脏惠揍蔚揉睡好腹伎箍第五章 船机零件的缺陷检验与船机故障诊断第一节 船机零件的缺陷检验 船机零件的缺陷是指零件在制造和使用过程中产生的缺陷和损伤。制造中的缺陷是零件材料和毛坯在冶炼、铸造、锻造、热处理和机械加工中所产生的气孔、缩孔、疏松、夹渣和微裂纹等缺陷；使用中产生的损伤，如磨损、腐蚀和疲劳裂纹等。零件表面和内部的缺陷是其在运转中产生损坏的内因，导致零件失效和机器损坏。为了保证船舶动力装置运转的可靠性和船舶航行的安全，检验贯穿于船舶机械的制造、安装和使用过程中。船舶机械在制造、安装中进行严格的质量检验，对零件材料进行的无损检验、实现零件的加工技术要求的检验、机器装配要求和在船上安装要求的检验等。入级船舶在建造过程中按照CCS(中国船级社)的规范钢质海船入级与建造规范建造和接受验船师的监督与检验。船舶投入营运后CCS依规范要求进行保持船级的各种检验。在船舶条件下轮机员对缺陷零件可进行一般检验；船舶进厂修理时对重要零件的缺陷应进行无损检验。一船机零件缺陷的一般检验 一般检验是采用一般的、传统的简易方法检验零件的缺陷。在船舶条件下这些简单、方便的检验方法具有一定的精度，故一直被广泛采用。一般检验采用普通量具检验零件的磨损、腐蚀和运动副的配合间隙等；采用观察法、听响法和液压试验法检验零件表面和内部的缺陷。1观察法 观察法是通过人的眼睛或借助低倍放大镜等辅助工具来观察和判断零件表面有无裂纹和缺陷的方法。用于检验零件表面上的一些细微的和肉眼难以发现的缺陷。检测的准确度取决于检验人员的细心和经验。2听响法 听响法是根据敲击零件时发出的声音来判断零件内部和表面上有无缺陷的方法。声音清脆表示零件完好或零件与其表面上的覆盖层结合良好，无脱壳现象；声音沙哑则表示零件内部或表面有缺陷，或零件与其表面上的覆盖层结合不良、局部脱壳等。例如，检验轴瓦的瓦壳与其上瓦衬(耐磨合金层)的结合情况。听响法只能定性地判断零件内部和表面有无缺陷，不能定量确定缺陷的种类、大小和部位，检验的准确度有赖于检验者的经验和对缺陷的判断，并且只适用于小零件。此法简便，灵活，随时可以进行，所以沿用至今。3测量法测量法是轮机员在船上进行检修和船舶进厂修船时广泛使用的重要检测手段。利用普通或专用量具测量磨损零件的尺寸和配合件的间隙以及腐蚀情况判断零件的使用性能和确定修理方法。一般采用的普通量具有内、外径千分尺，百分表，内径百分表，塞尺等；专用量具、量仪如专用千分尺、长塞尺、桥规和样板等。测量法检测精度高，使用方便、灵活，是船上和修船厂不可缺少的检测手段。然而测量精度取决于量具、量仪的精度和轮机员检测技术水平。因此，轮机员应掌握各种量具、量仪的使用方法和维护方法，不断地提高测量技术水平和测量精度。4液压试验法 对使用中要求具有较高密封性的零件通常进行液压或气压试验来检验零件内部的缺陷。新造或修理的零件或重新装配的组件均应进行密封性检查。例如气缸套、活塞等。液压试验法实质上是在模拟使用条件下对承压零件材料内部缺陷进行检验的一种无损检验方法。试验前，将待检零件上的孔、洞等堵塞，用专用夹具密封零件形成包括检验部位的封闭空腔，注满液体或气体，按要求加压至规定的压力，保持一定时间后观察零件外表面的渗漏情况，以确定零件能否使用。试验用液体可选用水或油，也可用空气，依要求而定。试验压力依零件工作条件而定。例如，气缸套上部 (1/3气缸全长) 是燃烧室组成部分，试验压力为 1.5pz (最高爆发压力)。四冲程柴油机气缸套内孔全长液压试验，试验压力为0.7MPa、保持5min后检验气缸套外表面有无渗漏，如图5-l所示。液压试验法符合零件实际工作条件，检测准确、可靠，广泛用于新造和修理工作中。钢质海船入级与建造规范、船用柴油机修理技术标准或柴油机说明书中对各种零部件的试验压力均有明确规定。二、船机零件的无损检验 随着现代科学技术的发展，无损检验技术在工业生产中日益重要，是产品质量管理的重要手段。现在，无损检验技术已成为一种新兴的综合性的应用技术，广泛用于工业各个领域和科学研究。无损检验是在不破坏或基本不破坏零件、构件和材料，即不破坏零件、构件的形状、尺寸精度，表面质量和不改变材料的成分、性能及零件使用性能的前提下，采用物理、化学等方法探测零件材料内部和表面的缺陷及其某些物理性能。现代无损检验不仅探测缺陷，而且给出缺陷的定量评价。定量测量缺陷的形状、大小、位置、取向、分布和缺陷的性质等，定量测量零件和材料的物理、力学性能，如温度、残余应力、覆盖层厚度等。无损检验技术对于控制和改进产品质量、保证产品的可靠性、保证机器和设备的安全运转和提高生产率等起着重要作用。无损检验技术主要应用在以下三方面：（1）监督和控制生产过程中的质量问题 在产品的生产过程中选用不同的无损检验技术，及时发现质量问题，对产品质量进行监控和管理。（2）产品出厂前的成品检验和用户验收检验 新造和修理零件的质量检验和用户验收检验中均可采用无损检验技术。例如，对购进的大型曲轴进行磁粉探伤和超声波探伤，以验证曲轴表面和内部的缺陷情况与厂家提供的探伤报告是否一致。（3）产品的使用过程中的维护检验 对于长期使用的零件进行预防检验或对事故原因进行分析检验。无损检验在船舶建造和修理中也广泛应用，如对船体钢板、船体焊缝、压力容器焊缝及船机零件缺陷进行渗透探伤、磁粉探伤、超声波探伤等。近年来研究和开发出新的无损检验技术如声发射、激光全息摄影等，均己获得迅速发展和应用，不久亦会应用于造船生产中。1渗透探伤液体渗透探伤是使用较早的一种检验表面缺陷的方法。液体渗透探伤的原理是利用液体的流动性和渗透性，借助毛细管作用显示零料表面上开口性缺陷。渗透探伤原理简单，操作方便、灵活，适应性强，可检查各种材料和各种形状、尺寸的零件，对表面裂纹有很高的检测灵敏度，但不能检测表面非开口性缺陷和皮下缺陷。按照渗透剂的不同有三种方法。1）煤油白粉法 煤油白粉法是一种老式的但很简便的渗透探伤方法，一直沿用至今。以煤油为渗透剂，石灰粉或白垩粉为显像剂。检验步骤如下：（1）检验时，先将清洗干净的零件浸入煤油中或把煤油涂抹在零件待检表面上，依零件尺寸大小而定；（2）1530min后，煤油已充分渗入零件缺陷中，取出零件并擦干；（3）在零件待检表面上涂上一层白粉，干燥后适当敲击零件，使渗入缺陷中的煤油携缺陷中的锈、污等复渗于白粉上，呈现出黑色痕迹，将零件表面上缺陷的大小、部位或覆盖层脱壳情况显示出来。此法简便、实用、经济，但不精确，只能粗略检验。2)着色探伤 着色探伤的渗透液中含有红色颜料、溶剂和渗透剂等成分。具有渗透力强，渗透速度快，显像清晰醒目，洗涤性好，化学稳定性好和无腐蚀、无毒或低毒等特点。显像剂常用氧化锌、氧化镁或二氧化铁等白色粉末和有机溶剂组成。显像剂具有悬浮力好，与渗透液有明显的衬度对比，显示缺陷清晰，易于辨别，无腐蚀性等特点。在着色探伤操作中有浸液法、刷涂法和喷涂法。采用内压式喷罐喷涂检验，操作简单，携带方便，应用灵活。一组内压式喷罐各装有清洗剂、渗透剂和显像剂。检验时，先用清洗剂清洁零件待检表面，然后喷涂一层红色渗透剂并保持一定渗透时间，最后在清洗去渗透剂的表面上再喷涂一层白色显像剂，凉干后在白色衬底上显示出红色缺陷痕迹。渗透剂渗透时间对检验效果影响很大。时间短，小缺陷难以发现，大缺陷显示不完全，时间长，难以清洗，且检验效率低。一般，根据零件材料确定渗透时间。例如，铝镁合金铸件约为15min；钢的铸、锻件约为3060min；塑料、玻璃、陶瓷等非金属材料约为530min 。3)荧光探伤 荧光探伤是借助残留在零件缺陷内的荧光渗透液在紫外线照射下发出的荧光显示缺陷。 荧光渗透液主要由荧光物质、溶剂和渗透剂组成。具有荧光亮度高、渗透性好、检测灵敏度高、化学稳定性好、易于清洗和无毒、无味、无腐蚀性的特点。荧光物质是在紫外线照射下能够通过分子跃迁产生荧光的物质。通常采用在紫外线照射下发出黄绿色荧光的渗透液，这种颜色在暗处衬度高，人的视觉对其最敏锐。显像剂常用经过干燥处理的白色氧化镁粉，它具有最高的灵敏度和显示亮度。在荧光探伤操作中，渗透方法主要是浸液法，渗透时间一般为1520min。常用的紫外线灯又称黑光灯，是一种高压水银灯，产生紫外光及可见光，如图5-2所示。荧光探伤具有灵敏度高、操作简便、使用灵活等优点，但需在暗室中观察，长期受紫外线照射有害健康。4)渗透检漏探伤液体渗透检漏探伤用来探测容器或焊缝有无穿透性缺陷。通用于金属或非金属材料的容器。常用煤油渗透检漏。用煤油作为渗透剂进行检漏时，在容器或焊缝的容易观察的一面涂以白垩粉液，干燥后在另一面涂煤油，观察白垩粉上有无煤油渗透的痕迹。如采用着色或荧光渗透检漏显示效果更好。检测灵敏度更高，但需较长的渗透时间。2磁粉探伤磁粉探伤或称磁力探伤，是一种表面探伤方法，也是应用最早的无损探伤技术。具有设备简单、操作容易，检验速度快和灵敏度较高的优点，但仅适用于铁磁性材料。广泛应用于各种工业生产和修造船工业生产中。磁粉探伤可以探测材料或零件表面和近表面的缺陷，对检验裂纹、发纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷极为灵敏。采用交流电磁化可探测表面下2mm 以内的缺陷，采用直流电磁化可探测表面下6mm以内的缺陷。磁粉探伤设备有固定式、移动式和手提式三种磁力探伤机，显示介质为较细的纯铁磁粉(Fe3O4) ，直接使用干粉灵敏度高，但操作不便；把磁粉和煤油混合成湿粉，使用方便。目前己研制成半自动、全自动磁粉探伤机，如曲轴半自动探伤机、钢材自动探伤机。除部分工序外，探伤从零件装夹、磁化、喷粉、退磁等工序全部自动化。此外，水下磁粉检验可对船体水下部分、海上石油钻井平台的水下焊缝和海底管道的缺陷进行检验。1)磁粉探伤原理磁粉探伤是基于铁磁性材料导磁率高的特性来检验缺陷，当表面域近表面存在缺陷的零件在磁场中被磁化后产生漏磁磁场，漏磁磁场吸附磁粉显示出零件表面或近表面缺陷的大小、形状和部位，如图5-3所示。在导磁率不同的两种介质的界面上，磁力线的方向发生变化。当两种介质的导磁率相差悬殊时，例如铁和空气，磁力线进入空气时几乎垂直界面，进入空气的磁力线构成漏磁磁场。零件材料内的缺陷大小、方位对磁力线方向改变的角度和漏磁磁场的强度均有很大影响。表面缺陷较大并与磁力线垂直时，漏磁磁场强度最大，最易探伤。随着缺陷与磁力线的夹角变小，最终与磁力线平行时，漏磁磁场强度逐渐减弱至零。当缺陷与磁力线夹角大于45时才具有一定的漏磁磁场强度和检验灵敏度。缺陷距零件表面较远，不能形成漏磁磁场时则不能显示缺陷。2)磁粉探伤方法磁粉探伤方法主要有：按磁化电流性质分为：交流电磁化法和直流电磁化法；按显示介质状态和性质分为：干粉法、湿粉法、荧光磁粉法；按磁化方法分为：直接通电法、局部支杆法、心轴法、线圈法和铁轭法；按磁场方向分为：（1）纵向磁化 零件磁化后产生平行零件轴线的磁力线，可以探测与零件轴线垂直或成一定角度的缺陷。采用直流电或交流电通过线圈或铁轭磁化，如图5-4所示。（2）周向磁化 零件直接通电或使穿过零件的心轴通电，使在零件内产生垂直零件轴线的磁力线，可探测轴向缺陷，即平行或近于平行零件轴线的缺陷，如图5-5所示。（3）复合磁化 零件通电后同时产生纵向和周向磁力线，可以探测零件上任意方向上的缺陷，如图5-6所示。3）磁化电流用于探伤的磁化电流可采用直流电或交流电。为了获得强磁场和安全工作，选用低压大电流，一般电压在l2V以下，电流则视零件大小按经验公式求得。直流电磁化产生的磁场强度大，磁力线在零件截面上分布均匀，可探测表面及表面以下6mm处的缺陷。但直流电源复杂，使用不便，退磁困难，所以应用较少。交流电磁化因集肤效应使产生的磁力线分布于零件的表面层，可探测表面及表面以下2mm处的缺陷，交流电磁化的探测灵敏度高，易于退磁，设备简单，应用广泛。4)退磁由于铁磁性材料的顽磁性使经磁粉探伤的零件内有剩磁，剩磁会使回转零件吸附铁屑而加剧磨损和使仪表工作不正常。所以经磁粉探伤的零件必须退磁，如探伤后需进行700 以上的热处理，则不须退磁。退磁后可用袖珍式磁强计检测剩磁。3涡流探伤涡流探伤是一种探测金属零件或构件表面和近表面缺陷的无损探伤方法。涡流深伤是在电磁感应的基础上，利用在交变磁场作用下不同材料产生不同振幅和相位的涡流来检验铁磁性和非铁磁性材料的物理性能、缺陷和结构尺寸等的检验方法。1)涡流探伤原理涡流探伤时，把缺陷零件接近或置于通以交流电的线圈内，如图5-7所示。在线圈交变磁场H作用下，零件表面感应出涡流并产生次级磁场Hs，Hs与原磁场Ha相互作用致使原磁场Ha变化，线圈内的磁通变化，从而使线圈阻抗变化。由于零件内部存在的缺陷、材料的物理性能等的变化均能改变涡流的密度和分布，亦即可以改变磁场Hs和Ha从而改变线圈阻抗。于是，通过测量线圈阻抗的变化量来确定零件内部的缺陷和材料的物理性能，如导电率、导磁率、尺寸、合金成分、硬度等。2）涡流探伤的特点（1）可探测零件表面以下0.110.20mm处的缺陷；（2）探伤的灵敏度较高，速度快；（3）设备简单，操作容易、灵活，可以原地探测；（4）探伤时采用不与缺陷零件接触的间接测量法，便于实现自动化控检测；（5）由于影响涡流变化的因素较多和涡流信号不易分离与提取，使探伤的可靠性受到影响。涡流探伤是一种多用途无损检测方法，可进行缺陷、物理性能、尺寸等多种检测。涡流探伤仅适用于导电材料，因缺陷显示不直观，所以不适于形状复杂的零件。近年来涡流检测技术与理论研究均有很大发展，涡流探伤的微机化、智能化和新的检测技术为各类缺陷检测提供了更精确、可靠和快速的保证。3）涡流探伤的应用涡流探伤可探测零件表面内的缺陷，如裂纹、折叠、气孔和夹杂物；测量材料的物理量，如导电率、导磁率、晶粒度、硬度、尺寸和热处理状态；测量零件表面上镀层、涂层的厚度和测量金属箔、板材、管材的厚度、直径等。4超声波探伤超声波探伤的研究始于20世纪30年代，50年代广泛进入工业领域，60年代研制出高灵敏度和高分辨率的超声波探伤仪有效地解决了焊缝探伤问题。目前，超声波探伤已成为工业无损检验中应用最广泛的一种方法，适用于各种工程材料和各种尺寸的锻件、轧制件、焊缝和某些铸件，各种机械零件和构件，如船体、锅炉、容器等都可利用超声波进行有效地探伤，可采用手动或自动化方式进行检测。利用超声波探测零件内部的缺陷，也可检测材料的物理性能，如无损检测厚度、硬度、淬硬层深度、晶粒度、残余应力、胶接强度、液位和流量等。目前，超声波探伤仪的微机化可完成数据与图像处理。例如，全电脑对话式超声波探伤仪可在屏幕上显示回波曲线和检测数据，存储缺陷波形和打印数据、图形资料、编写探伤报告等。1）超声波超声波是一种机械振动波，是超声振动在介质中的传播，实质是机械振动以波的形式在弹性介质中的传播。声波频率在l6Hz20kHz为人的听觉范围；频率小于l6Hz的声波称为次声波；频率超过20kHz的声波称为超声波。超声波具有频率高、波长短、传播能量大、穿透力强、指向性好的特点。超声波在均匀介质中沿直线传播，遇到界面时发生反射和折射，并且可以在任何弹性介质(固体、液体和气体)中传播。在工业超声波探伤中，传播介质主要是固体，液体作为耦合剂以减少声能损失，气体则常包含在缺陷(如气孔、缩孔、裂纹等)中。超声波在介质中的传播方式随振源在介质上施力方向与声波传播方向不同分为纵波、横波和表面波。2）超声波探伤（1）超声波探伤原理 超声波探伤是利用超声波通过两种介质的界面时发生反射和折射的特性来探测零件内部的缺陷。超声波探伤方法按波的传播方式分为脉冲反射波法和透射波法。脉冲反射波法是利用脉冲发生器发出的电脉冲激励探头晶体产生超声脉冲波。超声波以一定的速度向零件内部传播，遇到缺陷的波发生反射，得到缺陷波，其余的波则继续传播至零件底面后发生反射，得到底波。探头接收发射波、缺陷波和底波，放大后显示在荧光屏上，如图5-8所示。由发射波、缺陷波和底波在时间基线上的位置求出零件内缺陷的部位。依缺陷波的幅度判断缺陷的大小，具体方法有当及量法、定量法等。对于缺陷的性质则主要依缺陷波的形状和变化，结合零件的冶金、焊接或毛坯铸、锻工艺特点，以及参照缺陷图谱和探伤人员的经验来判断。超声波探伤常用频率在0.45MHz之间。较低频率用于检测粗晶材料和衰减较大的材料；较高频率用于检测细晶材料和要求高灵敏度处。特殊要求的检测频率可达1050MHz。(2)换能器 俗称探头，是产生和接收超声波的装置。工业上产生和接收超声波的方法很多，主要有压电式、电磁式等。超声波探伤中主要采用压电式换能器。换能器主要由压电晶体组成。晶体有石英、酒石酸钾钠，硫酸锂等；压电陶瓷有钛酸钡、钛酸铅等。利用石英、钛酸钡的正压电效应产生超声波，逆压电效应接收超声波。压电晶体在交变电压作用下，在晶体厚度方向产生伸缩变形，产生与交变电压频率相同的机械振动，即产生超声波。当把高频振动(超声波)作用在晶体上，在晶体的两个电极之间产生与超声波频率相同、强度与超声波成正比的高频电压，即接收超声波。依结构和使用波型不同，探头分为直探头、斜探头等。直探头为可发射和接收纵波的单探头。斜探头为可发射和接收横波的双探头。探伤时，为了使探头与零件接触良好减少声能损失和提高探伤灵敏度，在探头与零件接触表面之间涂以耦合剂，耦合剂多采用机油。3）超声波探伤的特点超声波探伤迅速，灵敏度高，可探测53000mm厚的金属或非金属材料的构件，设备简单，操作灵活、方便，探测范围广，对人体无害。但对零件表面粗糙度有一定要求，一般要求粗糙度等级高于Ra6.3 um，表面清洁、光滑，与探头接触良好。由于零件表面一段距离内的缺陷波与初始波难于以分辨，难以探测缺陷，所以这段距离称为盲区。盲区的大小因超声波探伤仪不同而异，一般为57mm 。超声波探伤中对缺陷种类和性质的识别较为困难，需借助一定的方法和技术。5.射线探伤射线探伤是利用射线探测零件内部缺陷的无损探伤方法。利用x射线、射线和中子射线易于穿透物体和穿透物体后的衰减程度不同，使胶片感光不同的特点，来探测物体内部的缺陷。 1)射线的特性 x射线和射线均为电磁波，波长范围均在0.0011nm之间，比可见光的波长短、频率高、穿透力强，具有以下特性： (1)不可见，以直线传播；(2)不带电荷，不受电场和磁场的影响； (3)能穿透物体并被物质吸收而使自身强度衰减；(4)能产生光化学作用，使胶片感光；(5)能使物质电离，使某些物质产生荧光； (6)能产生生物效应，对生命细胞有杀伤作用。 2)射线探伤原理 射线探伤方法有照相法、透视法(荧屏显示)和工业射线电视法。目前生产中广泛应用射线照相法。射线照相法探伤是利用物质在密度不同、厚度不同时对射线的吸收程度不同(即射线的衰减程度不同)，就会使零件下面的底片感光不同的原理，实现对材料或零件内部质量的照相探伤。当射线穿过密度大的物质，如金属或非金属材料时，射线被吸收得多，自身衰减的程度大，使底片感光轻；当射线穿过密度小的缺陷(空气)时，则被吸收得少，衰减小，底片感光重。这样就获得反映零件内部质量的射线底片，如图5-9所示。3）射线探伤的特点 （1）可直接观察零件内部缺陷的影像，对缺陷进行定性、定量和定位分析；（2）探测厚度范围大，从薄钢片到厚达500mm以内的钢板，但薄钢片的表面缺陷(如表面发纹、疲劳裂纹等)较难探测；（3）设备复杂、昂费，检验费用高；（4）射线对人体健康有害，其设备应加防护措施。射线探伤适用于所有的材料，可检验金属、非金属材料内部质量，探测铸件、焊接件内部的缺陷，如检测船体焊缝的质量。 目前，射线探伤在高能射线、图像显示和自动检测等方面有很大进展，尤其是工业CT，即x射线计算机层析摄影技术的应用，对提高探伤精确性等极为重要。6声发射探伤 声发射无损检测技术是20世纪60年代发展起来的一种探测材料或构件内部缺陷和进行质量评定的新技术。 1）声发射原理 材料或构件受外力作用时，引起内部缺陷处或微观结构不均匀处产生应力集中，进而导致裂纹的产生和扩展。这是一种应变能的释放过程，其中一部分能量是以弹性应力波的形式快速释放，称为声发射。声发射的频率范围从次声、可听声至超声，大多数金属材料声发射信号频率范围在100500kHz之间。声发射持续的时间很短，一般在10e-410e-8s之间。由于声发射信号中包含着材料内部缺陷和应变的信息，所以，声发射检测通过接收声发射的信号，进行处理、分析后判断材料内部的缺陷位置和性质。2）声发射检测的特点 （1）声发射检测时需对待检件施加力的作用； （2）是一种动态检测，利用加载状态下待检件内部缺陷活动发出的声波信号来探测缺陷，是缺陷主动参与检测，而其他无损检测技术则是静态的，是用外加信号检测缺陷； （3）操作简便，可大面积探测和监视缺陷状况；（4）除极少数材料外，金属和非金属材料在一定条件下均有声发射现象，所以此种探伤方法基本不受材料限制； （5）不仅可探测缺陷，且可了解缺陷的形成和预测其发展。声发射无损检测技术自1964年美国对北极星导弹舱第一次成功检验后，受到各国重视。我国自1973年后陆续研制多种声发射检测仪，并应用于压力容器监测及研究工作中。现在这种检测技术已广泛应用于探测大型结构设备，如核反应堆压力容器、石油化工大型容器、航空和航天的燃油箱、海洋石油钻井平台、大桥、地铁等的安全监测。目前声发射检测技术正在声发射机理、检测方法等方面深入地研究，并把信号处理器、计算机分析仪、应用软件、大容量存储器、声监控器、屏幕显示和快速打印等组合成一体，形成声发射检测系统，使声发射探测技术更加先进和快速。7综合探伤法 随着科学技术的发展，无损探伤技术不断地提高，新的探伤方法不断出现。在生产实践中，如何合理选用探伤方法进行经济而又有效地检测，这是无损探伤工作中的关键。综合探伤法是在充分了解各种无损探伤方法的前提下，根据零件检测部位、检测质量的要求和经济性进行全面分析，合理地选用探伤方法，达到相互配合，准确、可靠和经济地进行检验。例如，对一个零件的表面探伤和内部缺陷探测方法的选用。在修造船中，中国船级社(CCS)在钢质海船人级与建造规范中对船舶柴油机、锅炉、螺旋桨等零件毛坯的无损探伤方法均有具体规定，如表5-1所示。表 5-1 船机零件毛坯无损探伤 毛坯 缸径D 轴径d （mm） 零件名称 无损探伤 锻 件 所以尺寸的连杆 磁粉探伤 D400 气缸套、活塞顶、活塞杆、凸轮轴驱动齿轮、整锻曲轴、全组合式与半组合式曲轴 d250 尾轴、螺旋桨轴、中间轴、推力轴 D400 活塞、连杆 超声波探伤 所有尺寸的活塞顶、气缸套 d250 尾轴、螺旋桨轴、中间轴、推力轴、涡轮机的主轴、整锻转子、叶轮、叶片等，锅炉锻造简体、联箱 铸 件 柴油机机座、活塞顶、气缸套、尾柱、舵、螺旋桨轴架 磁粉探伤、超声波探伤 曲轴 超声波探伤 曲轴所有表面最终热处理前、表面精加工后 磁粉探伤 涡轮机壳体 螺旋桨、桨叶根部表面 图纸指定部位、组装时焊接部位、可能有严重缺陷的部位 超声波探伤 钢管（锅炉管、过热器管及锅炉、压力容器、船舶和机械压力管系） 液压试验、或用超声波探伤或涡流探伤代替第二节 船机故障诊断一、概述 对船舶机械进行动态监测和故障诊断是实现船舶现代预防维修的最佳方式视情维修方式的先决条件，是现代轮机管理的重要内容。机械故障诊断是近30年发展起来的一门科学，是研究机器运转状态变化在诊断信息中的反映，并依此判断、识别机器运转状态的科学。它是从最早的利用人的感官功能，如听、看、嗅、摸等和人脑的快速思维分析判断故障，逐渐发展形成的独立、完整的科学体系。诊断技术也从简易、粗略的诊断方法，发展为具有现代科技水平的精确诊断技术。船机故障诊断是在应用一般机械诊断技术的同时，针对船舶机械特点研制专门用于船上的故障诊断装置或监控系统。船机故障诊断技术是在船机运转状态下，利用其显示出的一切外部信息来判断、识别其内部的技术状态。例如船舶柴油机运转状态下的性能参数，温度、压力转速，零件尺寸变化，振动和噪声，润滑油中的磨损产物等均是故障诊断监测和监控的外部信息。分析和处理这些外部信息获得用于识别状态的特征参数，进而对故障的部位、原因和后果等作出正确的诊断。1故障诊断 1)船机状态信息 船机状态恶化就会产生相应于状态变化的各种信息，并显示出来。这些信息主要有以下三种类型：（1）机械信息 由于机械状态恶化产生的运转状态变化的信息，其中直接与功能有关的信息有：力、压力、扭矩、转速、电流、电压等；其他运转状态信息有：振动、声音、温度等；（2）电磁信息 主要有电流、电压、电磁感应密度、部分放电、导磁等信息；（3）化学信息 机械状态恶化产生的气、液、固体等的信息，例如排烟、磨损产物、润滑油变质等信息。2）故障诊断过程故障诊断过程主要包括以下三个阶段的工作：（1）信息采集 首先要选择易测和准确反映故障的信息，其次是选用采集信息的仪器。通常选用传感器采集信息，依测量信息参数的不同有不同的传感器，如温度、压力或振动传感器。采集故障信息的方式可选用连续监控方式或定期(定时)停机检测方式获取，同时可直接测定或间接测定。 （2）信息分析处理(数据处理)或称特征提取。把原始、杂乱的信息进行处理，获取反映故障最敏感的性能参数。在现代故障诊断技术中，大多采用专门的电子仪器或计算机对所采集的信息进行分析处理，获取反映状态又易于识别的特征信息。（3）状态识别、判断和预测 根据特征参数，参照相应规范，运用各种知识和经验，对机器状态进行识别，对早期故障进行诊断，对故障的部位、原因和程度作出判断，对其发展趋势进行预测，为确定维修决策提供技术依据。识别的方法主要有对比、分类、聚类、辨识和推理等。以上是以状态信息为基础进行机械故障诊断，所以称为基于信息的故障诊断，目前大多数的故障诊断技术属于此类。由于采集的信息是针对机器的局部而非整体，诊断过程中应用的检测技术与诊断方法多是简单地组合，信息处理技术与计算机仅用于数据的处理等，所以这种故障诊断是有局限性的，非智能型的。将先进的传感技术、信息处理技术与船机设备诊断领域专家的丰富经验和思维方式相结合形成船机设备故障诊断专家系统。专家系统实际上是人工智能计算机程序系统，它利用大量专家的专门知识、经验和方法解决实际的复杂故障诊断问题。所以称这种诊断为基于知识的故障诊断，它是智能诊断，是故障诊断的发展方向。综上所述可以看出，故障诊断不仅对故障的部位、原因和程度进行精确判断，其所采用的诊断手段也是较精密的电子仪器和专门仪器，对人员素质要求较高，所以是一种精密诊断。但其尚处于发展中，不够成熟和简便易行。3）故障诊断技术的应用 根据故障诊断技术特点不同有直观检查法，性能参数分析法，振动、噪声分析法和油液分析法等。故障诊断技术广泛用于各类机械、工程结构和机械产品、零部件的故障诊断中，其中以旋转机械应用居多，尤其适用于重大关键设备、不能直接检查和不能解体的重要设备、维修困难和维修费用高的设备、无备件或价格昂贵的设备等。船舶机械中主要的大型往复式和旋转式机械，虽也采用故障诊断技术，但由于船舶长期航行在海上和独特的工作条件，致使故障诊断技术应用尚不够广泛。目前主要采用性能监控、振动分析和油液监测等故障诊断技术。应用船机故障诊断技术可有效地防止和减少故障，最大限度地缩短停机停航时间。选用轮机员操作方便、容易分析、诊断迅速和价格便宜的仪器仪表，以便于实现视情维修，有利于提高轮机员技术素质和现代轮机管理技能。目前，船上主要对机舱中的重要设备和那些效能发挥不好、经常发生故障的重要零部件采用故障诊断技术，例如船舶主柴油机气缸、活塞组件和主轴承等。2设备工况监测设备工况监测或称状态监测。它是通过测定机器某个较为单一的特征参数，例如温度、压力、振动等，来探明机器工作状态正常与否。若特征参数在允许范围之内则状态正常，否则异常，并且依异常程度确定维修对策。通过对机器进行定期或连续监测可以了解故障发展的趋势性规律，从而对机器运转状态进行预测，所以状态监测又称为趋势分析。一般状态监测所采用的仪器较为简单，易于操作，对人员的技术素质要求也不高，所以是一种简易诊断。若由计算机完成状态监测时，则构成自动监测系统。 二、故障诊断技术 1性能参数分析法 又称性能监控，是船机故障诊断的核心技术。它是利用传感器或仪器、仪表测定船机设备的各项性能参数(如温度、压力、转速等)，经数据处理、比较和分析后判断其运转状态和趋势。性能参数分析法诊断故障，早在船舶蒸汽机时代就已采用，轮机员用“听、摸、嗅、看”来了解主、辅机的运转参数，进而通过人脑快速思维分析判断机器的运转状况和运转趋势。至今，这种方法在现代船舶柴油机运转管理中仍被沿用，例如，用手触摸柴油机高压油管，依其脉动情况判断高压油泵的工作状况。性能参数监控范围广，可监控船上的零件、部件、机器、系统等。根据监控手段和数据处理方法的不同有以下两种：(1)图示法 利用柴油机上的仪表或简单的测量工具，定时定位采集性能参数，并且每次测取数据都在相同的稳定工况下进行，以便对比分析。通常，测取34个参数并绘于同一坐标图中，反映某一零部件或运转状态的情况，从中分析判断出问题所在。例如柴油机气缸内燃烧状况可通过测取燃油消耗量、扫气压力和排烟温度等性能参数，作图显示气缸内各性能参数变化，分析诊断燃烧存在的问题及发展趋向。图示法性能监控可以有效地诊断故障，对降低维修费用、延长零部件及机器使用寿命和提高轮机员技术素质均十分有益。但此法是由人工采集参数，分析和比较来诊断故障则是一项十分繁重、麻烦的工作，需要轮机员有一定的技术水平。(2)监测装置和监控系统 利用安装在机器上的传感器、计算机等构成监测装置或监控系统，传感器扫描各监测点的性能参数(如温度、压力、速度等)，通过计算机记录、处理和显示，进而分析判断故障。活塞环磨损监测装置(SIPWA)是利用安装在气缸扫气口处的传感器检测特制的顶环第一道活塞环外圆面上镶嵌一圈非磁性材料的楔形环带。当顶环通过扫气口时，传感器测量楔形环带宽度变化，实现对活塞环径向磨损的监控，并显示于屏幕上，如图5-10所示。当燃油净化不良时，顶环磨损增加，SIPWA给出警示，轮机员可及时采取措施。应用计算机自动监测和诊断故障的性能监控系统可以对整个柴油机动力装置进行监控，也可以对机器、零部件的工作过程进行监控。例如PAC监控系统可对动力装置中发动机运转、废气涡轮增压器运行、活塞环工作状态、气缸的润滑和磨损、气缸热负荷、燃烧和喷油系统等进行监控，DMC监测系统可对缸内燃烧和喷射过程进行监控。2振动监测 船舶动力机械在运转中的振动是故障诊断的重要信息，振动信号的变化反映着机器内部状态的变化。因此，采集振动信号，经过信号处理、状态识别和趋势分析，就可诊断故障。据国内外统计资料表明，利用振动监测可以诊断绝大部分的机械故障，所以振动分析是一种应用广泛的重要诊断技术。振动监测技术包括以下内容：（1）振动信号的测取 依振动频率不同配置相应的传感器，并安装在合适的测量点处采集振动信号。对应于低、中、高频振动信号分别选用位移、速度、加速度传感器，一般加速度传感器应用最为普遍。（2）信号处理 利用信号分析仪将采集的振动信号进行处理，除掉原振动波形中无意义而又有害的波，并加工成便于精密分析的信号，进而提取机器故障的振动信号。信号处理是振动监测技术的核心。（3）状态识别 根据提取的故障信息频谱，参考有关故障的振动频谱对机器状态作出判断，并对故障原因进行分析。（4）诊断决策 依故障诊断的结果确定防止或消除故障的对策，预测机器状态变化的趋向等。振动监测所用的振动信号测试分析仪种类繁多，分为简易型、半精密型和精密型，并且有通用与专用之分。简易型检测仪为便携式，体积小、重最轻、携带方便、操作简易，并能快速显示测试结果，价格便宜。如便携式测振仪、冲击脉冲计等。精密型测试仪器测量精度高，抗干扰能力强，现场采集信号和进行分析，但不能立即获得测试结果，操作复杂，价格较贵。精密测试仪包括传感器、放大器、记录仪和信号分析仪。自20世纪70年代起振动分析就已应用在船舶机械上，如目前用于舰船动力装置振动分析和船用柴油机拉缸、曲柄销轴承过度磨损、增压器压气机滑动轴承咬死等的振动分析。通过这些故障的振动频谱图与正常图谱的分析、比较，进行故障诊断和原因分析等。3噪声监测船舶机械噪声是机器运转时各种声音的汇合，包括气流声，如柴油机排气声、燃烧噪声，增压器中的吸排气声等；金属敲击声，如活塞敲缸、气阀落座声等；结构件振动声，如各种罩壳、箱盖等的振动噪声；摩擦副相对运动声，如齿轮、轴承等摩擦副发出的声响等等。船舶机械的噪声是其运转状态的外部表现形式，反映着船机设计、制造、安装和修理的质量及其维护管理的质量。采集噪声信号进行信号处理、状态识别，实现船机故障诊断和预测。 噪声听诊器是简易噪声检测仪，它通过测量噪声变化来检查机器状态。近年来随着高新技术的发展，大量测试分析仪器的出现有力地推动噪声监测技术的发展，如采用高保真磁带录音机和信号分析仪采集噪声信号和进行信号的分析处理等。此外用于振动测试的仪器和分析方法也可用于噪声监测。4油液监测 柴油机运转过程中，即使各运动副处于良好的液体润滑状态也不可避免地产生摩擦热和磨损。润滑油的温度升高使其理化性能逐下降，更重要的是容纳了大量的磨损产物金属颗粒和其他污染微粒。润滑油中的金属磨粒成分，颗粒大小和多少与摩擦副的工作情况密切相关。因此，润滑油中的金属磨粒是摩擦副技术状态的外部信息。油液监测技术是通过采集船机设备润滑油样，利用各种分析手段检测油样的性能和其所携带的反映摩擦副技术状态的磨损微粒，获得油样性能参数值和磨粒的成分、尺寸、形貌和数量等信息，以定性和定量地判断船机设备的磨损状态及预测其发展趋势。 润滑油监测技术包括润滑油理化性能检测和磨损微粒的分析。根据润滑油理化性能的变化，检测船机设备的润滑状态和由此引起的故障；根据磨粒分析判断磨损部位和程度，诊断磨损故障。油液监测技术的监测过程包括取油样、理化性能检测、磨粒分析、分析和诊断等步骤。油液监测技术包括： 经验法油样理化性能检测 滤纸法常规化验法油液检测技术磁塞法 油样磨粒分析 光谱分析法 铁谱分析法颗粒计数器法1）理化性能检测 （1）经验法 是一种定性简易检测方法。轮机员在日常的轮机管理中，经常通过观察润滑油的颜色、闻气味、用手捻搓等了解润滑油的粘度和金属屑、污染物及乳化变质等的情况，粗略判断油的质量和摩擦副的磨损程度。（2）滤纸法 滤纸斑点试验法是测定油品理化性能常用的简易定性分析法。取油样滴于滤纸上，待其充分扩散后观察纸上的油滴斑痕图像，并与新油试样图像比较。油渍越黑表明油越脏。中心黑点较小、颜色较浅和四周黄色油渍面积较大，表明滑油尚可使用；黑点较大，呈黑褐色、均匀无颗粒，表明滑油已变质，应换油。（3）常规化验法 船机润滑油常规化验法是普遍采用的一种定期、定量指标检测方法。对船用柴油机润滑系统每隔34个月取一次油样进行定量分析。主要检验项目有：粘度、闪点、酸值、总碱值、水分和机械杂质等。具体检验方法按有关规定由专门检验部门进行。根据检验指标的变化情况综合分析在用油的质量，并对摩擦副状态进行粗略判断。2）油样磨粒分析 通过监测油样中磨粒的成分、含量、尺寸、形貌等来定性、定量地评价被监测的船舶机械和设备的磨损状态，诊断故障的类型、部位、程度和原因，并预测故障的发展趋势。近年来，油液监测技术发展迅速，光谱分析是其中最为成熟、可靠的先进监测技术。 (1)磁塞法 磁塞是一种带有磁性探头的检测器，将其安装到滑油管路中适当部位，吸附滑油中磨损产物、腐蚀产物和疲劳破坏的金属鳞片等。定期取下磁头，收集其捕捉到的金属屑，在光学或电子显微镜下观察金属屑的形貌、尺寸，分析判断故障部位和程度，如图5-11所示。 (2)光谱分析法 光谱分析油液中的金属磨粒进行故障诊断的技术是一种应用范围较广、历史较长的诊断方法。光谱分析法分为原子发射光谱分析法和原子吸收光谱分析法。 光谱分析是利用原子和分子发射或吸收光谱进行物质化学成分及含量分析的物理方法。由于各种物质的原子和分子都具有自身特定波长的谱线，所以利用光谱的特性进行物质构成的分析是光谱分析的基本原理。油液光谱分析是通过分析润滑油中金属磨粒和污染物微粒的光谱来确定它们的成分和含量，评价船机设备和零件的磨损程度及剩余寿命。原子发射光谱法：原子发射光谱是利用物质内部原子和分子受到外界激发产生能量变化获得的。原子在正常情况下处于能量最低的稳定状态，称为基态。当受到外界热能、电能或高速粒子能量作用时，核外电子被激发跃迁到较高能级轨道。处于不稳定状态，称为激发态。激发态原子仅存在约10-8s 的时间就从高能级迁回基态的低能级，同时把多余的能量以光的形式释放。使其通过棱镜或光栅后就可获得按一定波长顺序排列的图谱，即光谱。依光谱谱线的长度、强度可分别判定油液中磨粒的成分和含量。所以，利用物质受热能或电能激发后辐射的特征谱线来测定特定物质的成分、含量的方法称为原子发射光谱分析法。目前，国际上应用较为广泛的光谱仪有美国BAlRD公司生产的MOA型油料分析光谱仪，可分析油液中的所有的金属元素，30s 便可直接测定出油样中所含的全部金属元素及其含量，并且全部分析程序用计算机控制，操作简单，易于掌握，同时油样不需额外进行处理。所以，原子发射光谱分析仪分析速度快、自动化程度高，是一种先进的现代化的监测手段。目前，原子发射光谱仪广泛应用在石油、航空、冶金、铁路、发电厂、船舶机械和军事等方面。原子吸收光谱法：此法利用热能或电能将含待测元素物质的油样在高温下变为原子蒸气，再用特制光源(空心阴极灯)发射出包含该元素特征谱线的光波(具有一定波长)穿过原子蒸气。其中部分被蒸气中待测元素的基态原子吸收，使特征光波的强度减弱，透过光经单色器分离掉其他波长的谱线，检测减弱后的特征辐射线的光强度，以测定待测元素的种类和含量。目前广泛使用直读式原子吸收光谱仪，灵敏度高，测定元素范围广，可达70多种元素。根据将元素变为原子蒸气的方式不同有：火焰原子吸收光谱分析，即用火焰将油样分解成自由原子；石墨炉无火焰原子吸收光谱分析，即用电热石墨管将油样分化和分解为自由原子。 （3）铁谱分析法 铁谱分析法是20世纪70年代发展起来的一种新型油液监测技术。它是利用高梯度强磁场将磨损产物的微粒和污染物微粒从润滑剂中分离出来，并按其几何尺寸大小依次沉积排列于透明玻璃谱片上，再借助光学或电子显微镜对磨粒和污染物微粒的形貌、成分、尺寸及分布进行定性、定量分析和研究。铁谱分析法具有以下特点： 有较宽的磨粒尺寸检测范围，可检测0.11000um的磨粒。由于机器、设备的磨损状态与其产生的磨粒尺寸和数量有直接关系，所以磨粒尺寸是反映机器、设备磨损程度的重要参数。例如当磨粒尺寸大于5um时表明机器有严重的磨损。 可以同时获得磨粒的多种信息，既可观察磨粒的形貌、测定磨粒的尺寸、鉴定磨粒的成分，还可以确定磨粒的数量，从而可实现磨粒的定量和定性分析。 铁谱分析法采用的仪器有：直读式铁谱仪、分析式铁谱仪、旋转式铁谱仪等。各类铁谱仪具有各自的特点和相应的使用范围。直读式铁谱仪操作简单、迅速，可以较快地获得油样中磨粒浓度的分析结果，适于现场使用进行简单诊断。分析式铁谱仪是由铁磁装置、低稳排量的微量泵(或称蠕动泵，排量为0.25cm3/min)、输油导管和玻璃基片组成的，如图5-12所示。抽取油样并进行浓度和粘度稀释处理后，由微量泵将其输送到铁磁装置的高梯度磁场上方玻璃基片上，油样沿倾斜玻璃基片向下流动，油样中的磨粒在磁力、重力和液体粘性阻力作用下，按磨粒尺寸大小依次沉积排列于基片上，润滑油流入容器中。用四氯乙烯溶剂清洗基片，清除残油并使磨