chap6_无损检测技术1

1、2022-5-6工业装备故障诊断技术1无损检测技术在设备故障诊断中的应用无损检测技术在设备故障诊断中的应用一、油样分析技术一、油样分析技术 液压油和润滑油是机械设备广泛存在的两类工作油。机器运行时，液压油和润滑油是机械设备广泛存在的两类工作油。机器运行时，在油液中携带着大量的设备运行状态的信息。特别是润滑油，在旋转机在油液中携带着大量的设备运行状态的信息。特别是润滑油，在旋转机械中是必不可少的，各摩擦副的磨损碎屑都将落入其中，并随之一起流械中是必不可少的，各摩擦副的磨损碎屑都将落入其中，并随之一起流回油箱。这样，通过对润滑油的采样和分析处理，就能取得设备各摩擦回油箱。这样，通过对润滑油的采样和

2、分析处理，就能取得设备各摩擦副的磨损状况信息，从而对设备的工作状况作出科学的判断和故障分析副的磨损状况信息，从而对设备的工作状况作出科学的判断和故障分析。光谱分析和铁谱分析是应用最为广泛的油样分析技术。光谱分析和铁谱分析是应用最为广泛的油样分析技术。 光谱分析光谱分析是一种通过检测油液中的元素原子（离子或分子）在受外界是一种通过检测油液中的元素原子（离子或分子）在受外界能量激发条件下，以特定波长的光的形式释放出的能量强度，来确定油液能量激发条件下，以特定波长的光的形式释放出的能量强度，来确定油液中金属元素浓度。根据油液中某种金属元素存在与否及其含量多少，推断中金属元素浓度。根据油液中某种金属元

3、素存在与否及其含量多少，推断出这些元素的磨损发生部位及其严重程度，进而判明机器相关摩擦副的磨出这些元素的磨损发生部位及其严重程度，进而判明机器相关摩擦副的磨损状况、油液中污染成分的来源及污染水平。损状况、油液中污染成分的来源及污染水平。2022-5-6工业装备故障诊断技术2无损检测技术在设备故障诊断中的应用无损检测技术在设备故障诊断中的应用 铁谱分析铁谱分析是利用经过稀释的油液通过一块具有高磁场梯度的玻璃片或是利用经过稀释的油液通过一块具有高磁场梯度的玻璃片或玻璃管，将油液中所含的磨粒和碎屑，按其粒度大小有序地分离开来，经玻璃管，将油液中所含的磨粒和碎屑，按其粒度大小有序地分离开来，经过光学显

4、微镜观察和光密度计计数，可对磨屑的来源、产生的原因以及零过光学显微镜观察和光密度计计数，可对磨屑的来源、产生的原因以及零件的磨损程度进行定性和定量分析。但对非铁金属的磨损颗粒的检测效果件的磨损程度进行定性和定量分析。但对非铁金属的磨损颗粒的检测效果欠佳，无法有效地监测有色金属摩擦副的磨损情况。欠佳，无法有效地监测有色金属摩擦副的磨损情况。2022-5-6工业装备故障诊断技术3无损检测技术在设备故障诊断中的应用无损检测技术在设备故障诊断中的应用光谱和铁谱的区别光谱和铁谱的区别 光谱仪所检测的磨粒尺寸范围在光谱仪所检测的磨粒尺寸范围在10以下，尽管大颗粒对于诊以下，尽管大颗粒对于诊断严重磨损有着特

5、殊的意义，但是油液中小尺寸磨粒数量的迅速增断严重磨损有着特殊的意义，但是油液中小尺寸磨粒数量的迅速增加往往是磨损异常的重要前兆，因此元素光谱分析依然是磨损故障加往往是磨损异常的重要前兆，因此元素光谱分析依然是磨损故障早期预报的有效工具。与铁谱分析方法相比，光谱分析在检测有色早期预报的有效工具。与铁谱分析方法相比，光谱分析在检测有色金属颗粒方面存在明显的优越性。铁谱分析具有较高的检测效率和金属颗粒方面存在明显的优越性。铁谱分析具有较高的检测效率和较宽的磨屑尺寸检测范围（较宽的磨屑尺寸检测范围（ 1100 ），可同时给出磨损机理、磨），可同时给出磨损机理、磨损部位和磨损程度等方面的信息。在现代油样

6、分析技术中，常常将损部位和磨损程度等方面的信息。在现代油样分析技术中，常常将光谱分析与铁谱分析配合使用，互为补充，以提高磨损故障诊断的光谱分析与铁谱分析配合使用，互为补充，以提高磨损故障诊断的准确性。准确性。 从这个意义上讲，油样分析技术具有综合的效能，一般能够反从这个意义上讲，油样分析技术具有综合的效能，一般能够反映两个方面的诊断信息：故障来源和故障水平。映两个方面的诊断信息：故障来源和故障水平。2022-5-6工业装备故障诊断技术4二、声发射检测技术二、声发射检测技术 无损检测技术在设备故障诊断中的应用无损检测技术在设备故障诊断中的应用 声发射就是材料在外载荷（力、热、电、磁等）或内力作用

7、下以弹性声发射就是材料在外载荷（力、热、电、磁等）或内力作用下以弹性波的形式释放应变能的现象。金属材料在外部载荷下产生塑性变形是会发波的形式释放应变能的现象。金属材料在外部载荷下产生塑性变形是会发生声发射；材料中裂纹的形成和扩展过程、不同相界面间发生断裂以及复生声发射；材料中裂纹的形成和扩展过程、不同相界面间发生断裂以及复合材料的内部缺陷的形成也会称为声发射源。物体发射出来的每一个声音合材料的内部缺陷的形成也会称为声发射源。物体发射出来的每一个声音信号，都包含着反映物体内部缺陷情况和状态变化信息，因此，利用检测信号，都包含着反映物体内部缺陷情况和状态变化信息，因此，利用检测装置接收物体的发声信

8、号，经过处理、分析和研究，可推断出材料内部的装置接收物体的发声信号，经过处理、分析和研究，可推断出材料内部的状态变化和物体的结构变化。状态变化和物体的结构变化。 所谓无损检测，就是利用物质因存在缺陷而使其某一物理性能发生所谓无损检测，就是利用物质因存在缺陷而使其某一物理性能发生变化的特点，实现在不破坏或不改变被检物体的前提下，完成对该物体的变化的特点，实现在不破坏或不改变被检物体的前提下，完成对该物体的检测与评价的技术手段的总称。还包括超声检测、射线检测、磁粉检测、检测与评价的技术手段的总称。还包括超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测以及声发射检测等多种方法。这些检测方法主要应用渗

9、透检测、涡流检测以及声发射检测等多种方法。这些检测方法主要应用在压力容器、压力管道、阀门等缺陷检测；材料的性能测试、断裂疲劳腐在压力容器、压力管道、阀门等缺陷检测；材料的性能测试、断裂疲劳腐蚀等试验。蚀等试验。 2022-5-6工业装备故障诊断技术5二、声发射检测技术二、声发射检测技术 无损检测技术在设备故障诊断中的应用无损检测技术在设备故障诊断中的应用定义：定义：通俗的定义通俗的定义：无损检测指在不损坏试件的无损检测指在不损坏试件的前提下，对试件进行检查和测试的方法。前提下，对试件进行检查和测试的方法。亦称非破坏性检验亦称非破坏性检验现代无损检测的定义现代无损检测的定义：在不破坏试件的前在不

10、破坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助现提下，以物理或化学方法为手段，借助现代的技术和设备器材，对试件内部及表面代的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。法。无损检测技术及应用无损检测技术及应用无损检测技术的产生和发展无损检测技术的产生和发展：借助于现代科学技：借助于现代科学技术发展的基础产生和发展。术发展的基础产生和发展。射线照相法（射线照相法（RTRT）X X射线的发现（射线的发现（18951895年伦年伦琴射线）琴射线）超声波检测（超声波检测（UTUT）二次大战中迅速发展的声二次大战中迅速发展的声纳技术和雷达技

11、术的基础上开发纳技术和雷达技术的基础上开发磁粉检测（磁粉检测（MTMT）电磁学基础电磁学基础渗透检测（渗透检测（PTPT）物理化学的进展物理化学的进展涡流检测（涡流检测（ETET）电磁学（电磁感应）电磁学（电磁感应） 现代电子技术和计算机技术的发展和其它学科介现代电子技术和计算机技术的发展和其它学科介入无损检测领域入无损检测领域, ,使无损检测技术如虎添翼使无损检测技术如虎添翼, ,得到得到质的飞跃质的飞跃. .无损检测技术发展无损检测技术发展过程的三个阶段过程的三个阶段无损探伤无损探伤：(Non-distructive(Non-distructive Inspection) Inspecti

12、on) 简称简称NDINDI 早期早期名称名称 探测和发现缺陷探测和发现缺陷无损检测无损检测：（：（Non- distructive TestingNon- distructive Testing） 简称简称NDTNDT 当前当前名称名称 不仅要探测发现缺陷，还包括探测试件不仅要探测发现缺陷，还包括探测试件的其它信息，如结构、状态、性质的其它信息，如结构、状态、性质无损评价无损评价：（：（Non- distructive EvaluationNon- distructive Evaluation）简称简称NDENDE新的发展阶段的名称新的发展阶段的名称 不仅要求发现缺陷，探测试件的结构、状态、

13、不仅要求发现缺陷，探测试件的结构、状态、性质，还要求获取更全面、准确和综合的信性质，还要求获取更全面、准确和综合的信息，辅以成象技术、自动化技术、计算机数息，辅以成象技术、自动化技术、计算机数据分析和处理技术等，与材料力学、断裂力据分析和处理技术等，与材料力学、断裂力学等学科综合应用，以期对试件和产品的质学等学科综合应用，以期对试件和产品的质量和性能作出全面、准确的评价量和性能作出全面、准确的评价。特种设备行业制造质量检验和特种设备行业制造质量检验和在用检验中常用的无损检测方法在用检验中常用的无损检测方法四大常规无损检测方法四大常规无损检测方法：射线检测射线检测 （Radiography Te

14、stingRadiography Testing）简称）简称RTRT超声波检测（超声波检测（Ultrasonic TestingUltrasonic Testing）简）简称称UT(UT(频率大于频率大于2000020000赫兹的声波赫兹的声波) )磁粉检测（磁粉检测（Magnetic TestingMagnetic Testing）简称）简称MTMT渗透检测（渗透检测（Penetrant TestingPenetrant Testing）简称）简称PTPT其它几种常用无损探伤方法其它几种常用无损探伤方法涡流检测涡流检测(Eddy current Testing)(Eddy current T

15、esting)简称简称ETET声发射检测声发射检测(Acoustic Emission)(Acoustic Emission)简称简称AEAE目视检测目视检测(Visual and Optical Testing)(Visual and Optical Testing) 简称简称 VTVT泄漏检测泄漏检测(Leak Testing)(Leak Testing)简称简称LTLT其它无损检测技术其它无损检测技术随着现代科学技术的发展，激光、红外、随着现代科学技术的发展，激光、红外、微波、液晶等技术都被应用于无损检测领微波、液晶等技术都被应用于无损检测领域，而传统的常规无损检测技术也因为现域，而传统

16、的常规无损检测技术也因为现代科技的发展，大大丰富了应用方法，如代科技的发展，大大丰富了应用方法，如射线照相就可细分为射线照相就可细分为X X射线射线、射线射线、中子中子射线射线、高能高能X X射线射线、射线实时照相射线实时照相、层析照层析照相相等多种方法。等多种方法。无损检测目的无损检测目的（1）保证产品质量保证产品质量借助仪器和器材，可以发现目视检查无借助仪器和器材，可以发现目视检查无法发现的内外部宏观缺陷。法发现的内外部宏观缺陷。无损检测不需破坏试件就能完成检测过无损检测不需破坏试件就能完成检测过程，可以对产品进行程，可以对产品进行100%100%检验和逐件检验，检验和逐件检验，为产品质量

17、提供有效保证。为产品质量提供有效保证。（2 2）保障使用安全）保障使用安全可以对在用设备和部件进行定期检验，可以对在用设备和部件进行定期检验，保障使用安全。保障使用安全。（3 3）改进制造工艺）改进制造工艺在产品工艺试验中，对工艺试样进行无损在产品工艺试验中，对工艺试样进行无损检验，并根据检测结果改进制造工艺，确检验，并根据检测结果改进制造工艺，确定理想的制造工艺。定理想的制造工艺。（4 4）降低生产成本）降低生产成本在产品制造过程中的适当环节正确地进行在产品制造过程中的适当环节正确地进行无损检测，防止以后的工序浪费，减少返无损检测，防止以后的工序浪费，减少返工，降低废品率，从而降低制造成本。

18、工，降低废品率，从而降低制造成本。射线检测简介射线检测简介 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，使胶片感光程度的不同来探测物体内部的缺陷，对缺陷的种类、大小、位置等进行判断。 X射线又称伦琴射线，是射线检测领域中应用最广泛的一种射线，波长范围约为0.0006100 nm。X射线的频率范围约为310951014 MHz。 射线一种波长比X射线更短的射线，波长范围约为0.00030.1nm，频率范围约为3101211015MHz射线的波长分布射线检测之照相法原理 射线检测常用的方法是照相法，即利用射线感光材料(通常用射

19、线胶片)，放在被透照试件的背面接受透过试件后的射线，如下图所示。 X射线检测机架车X射线管道爬行器射线探伤的特点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;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；设备复杂、昂费检验费用高;射线有害人体健康，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、焊接件内郡的缺陷。如检测船体焊缝的质量。超声波检测简介超声波检测简介 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。 听觉范围:声波频率在l

20、6Hz-2OkHz 次声波:频率小于l6Hz的声波 超声波:频率超过2OkHz的声波 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。在工业超声波检测中传播介质主要是固体，液体作为藕合剂以减少声能损失。 超声波检测原理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。超声波检测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

21、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。超声波检测原理图解超声波检测设备与器材 超声检测设备和器材包括超声波检测仪、探头、试块、耦合剂和机械扫查装置等。 与一般的测量过程一样，为了保证检测结果的准确性与重复性、可比性，必须用一个具有已知固定特性的试样(试块)对检测系统进行校准。这种按一定的用途设计制作的具有简单形状人工反射体的试件即称为试块。超声检测用试块通常分为两种类型，即标准试块(校准试块)和对比试块(参考试块)。超声检测仪超声探头超声波检测特点厚度：探测5-3000mm厚的金属或非金属材料的构件。粗糙度：对零件表面粗糙度有

22、一定要求。一般要求粗糙度等级高于Ra6.3，表面清洁光滑，与探头接触良好。盲区：零件表面一段距离内的缺陷波与初始波难于分辨，难以探测缺陷。盲区的大小因超声波探伤仪不同而异，一般为5-7mm。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。TOFD技术定义:Time Of Flight Diffraction 衍射时差法超声检测TOFD 方法利用缺陷端点的衍射波信号探测和测量缺陷的尺寸TOFD基本结构：一发一收双探头 宽角度纵波斜探头（通常）。TOFD检测设备TOFD技术优点超声波束覆盖区域大，效率高；缺陷高度测量精确；实时成像，快速分析；非基于波幅，波幅影响小；快速、安全、

23、方便。但是TOFD信号较弱，对信噪比敏感；TOFD数据分析对检测人员要求高。TOFD技术适用范围可检工件壁厚： 欧洲：6mm 美国ASTM: 9mm/ASME:12.7mm以上时可替代射线 我国：12mm对接焊接接头（主要） 各种缺陷：裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣 错边、腐蚀减薄、未焊满等。材料： 低碳钢和低合金钢（主要），对其他粗晶和各向异性材料应有特殊方法,如不锈钢。磁粉检测简介磁粉检测简介仅适用于铁磁性材料 磁粉检测原理：是基于铁磁性材料导磁率高的特性来检验缺陷，当表面或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。

24、主要用于检测表面或浅表层缺陷。缺陷的漏磁场与磁粉的吸附渗透检测简介渗透检测简介渗透检测原理依据物理学中液体对固体的润湿能力和毛细现象为基础的(包括渗透和上升现象)。操作步骤首先将被探工件浸涂具有高度渗透能力的渗透液，由于液体的润湿作用和毛细现象，渗透液便渗入工件表面缺陷中。然后将工件缺陷以外的多余渗透液清洗干净，再涂一层吸附力很强的白色显像剂，将渗入裂缝中的渗透液吸出来，在白色涂层上便显示出缺陷的形状和位置的鲜明图案，从而达到了无损检测的目的。 渗透检测优点应用广泛、原理简明易懂、检查经济、设备简单、显示缺陷直观，并可以同时显示各个不同方向的各类缺陷。渗透检测不足之处渗透检测对埋藏于表皮层以下

25、的缺陷是无能为力的，它只能检查开口暴露于表面的缺陷。 涡流检测简介涡流检测简介涡流检测的基本原理涡流检测的基本原理当导电体靠近变化着的磁场或导体作切割磁力线运动时，由当导电体靠近变化着的磁场或导体作切割磁力线运动时，由电磁感应定律可知，导电体内必然会感应出呈涡状流动的电电磁感应定律可知，导电体内必然会感应出呈涡状流动的电流，即所谓流，即所谓涡流涡流。),(ZZ 设此涡流是因一通以交变电流的检测线圈接近导电体产生，设此涡流是因一通以交变电流的检测线圈接近导电体产生，则由电磁感应理论可知，与涡流伴生的感应磁场会与原磁场则由电磁感应理论可知，与涡流伴生的感应磁场会与原磁场叠加，结果使得检测线圈的复阻

26、抗发生改变叠加，结果使得检测线圈的复阻抗发生改变, ,由于导电体内由于导电体内感应涡流的幅值、相位、流动形式以及其伴生磁场不可避免感应涡流的幅值、相位、流动形式以及其伴生磁场不可避免要受导电体的物理以及其制造工艺件能的影响，因此通过监要受导电体的物理以及其制造工艺件能的影响，因此通过监测检测线圈阻抗的变化即可非破坏地评价被检材料或工件的测检测线圈阻抗的变化即可非破坏地评价被检材料或工件的物理或工艺性能及发现某些工艺性缺陷，此即物理或工艺性能及发现某些工艺性缺陷，此即涡流检测的基涡流检测的基本原理本原理。激励线圈放置在试件表面激励线圈放置在试件表面( (a) a) 无缺陷时涡流场的分布；无缺陷时

27、涡流场的分布；( (b)b)有缺陷时涡流场的分布有缺陷时涡流场的分布激励线圈环绕在试件表面激励线圈环绕在试件表面( (a) a) 无缺陷时涡流场的分布；无缺陷时涡流场的分布；( (b)b)有缺陷时涡流场的分布有缺陷时涡流场的分布检 测 目检 测 目的的影响涡流特性的因影响涡流特性的因素素用途用途探伤探伤缺陷的形状、尺寸缺陷的形状、尺寸和位置和位置导电的管、棒、线材及零部导电的管、棒、线材及零部件的缺陷检测件的缺陷检测材 质 分材 质 分选选电导率电导率混料分选和非磁性材料电导混料分选和非磁性材料电导率的测定率的测定测厚测厚检测距离和薄板厚检测距离和薄板厚度度薄膜和薄板厚度的测量薄膜和薄板厚度的

28、测量尺 寸 检尺 寸 检测测工件的尺寸和形状工件的尺寸和形状工件尺寸和形状的控制工件尺寸和形状的控制物 理 量物 理 量测量测量工件与检测线圈之工件与检测线圈之间的距离间的距离径向振幅、轴向位移及运动径向振幅、轴向位移及运动轨迹的测量轨迹的测量涡流检测的应用涡流检测的应用涡流检测的特点涡流检测的特点1)1) 对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高。对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高。2)2) 应用范围广，对影响感生涡流特性的各种物理和工艺因素应用范围广，对影响感生涡流特性的各种物理和工艺因素均能实施检测。均能实施检测。3)3) 在一定条件下，能反映有关裂纹深度的信息。在一定条件下，

29、能反映有关裂纹深度的信息。4)4) 不需用耦合剂，易于实现管、棒、线材高速、高效的自动不需用耦合剂，易于实现管、棒、线材高速、高效的自动化检测。化检测。5)5) 可在高温、薄壁管、细线、零件内孔表面等其它检测入法可在高温、薄壁管、细线、零件内孔表面等其它检测入法不适用的场合实施检测。不适用的场合实施检测。涡流的趋肤效应和渗透深度涡流的趋肤效应和渗透深度交变电流分布的趋肤效应：交变电流分布的趋肤效应：当交变电流通过导体时，分布在导体横截面上的电流密度当交变电流通过导体时，分布在导体横截面上的电流密度是不均匀的，即表层电流密度最大，越靠近截面的中心电是不均匀的，即表层电流密度最大，越靠近截面的中心电流密度则越小。流密度则越小。在线检测在线检测无损检测应用特点无损检测应用特点（1 1）要与破坏性检测相结合）要与破坏性检测相结合由于无损检测具有的局限性，不是所有的需由于无损检测具有的局限性，不是所有的需要测试的项目和性能都