1、熊振林熊振林Flaw Detection and Fault Diagnosisl一、船机零件缺陷的简易检验方法l二、船机零件缺陷的无损检测l1.观察法观察法（直观检验）l2.听响法：听响法：敲击零件，根据零件发出的声音来判断零件有无缺陷。如：声音清脆，表明零件完好；声音沙哑，表明零件内部有缺陷。缺点：l3.测量法：测量法：分直接测量和间接测量。通过测量检测零件的磨损和腐蚀情况等。l应用：在船上用内径千分尺检查缸套的内径，计算圆度误差和圆柱度误差。l工具：千分尺、千分表、塞尺等。专用工具（如样板）检查（如活塞顶的烧蚀情况检测）。l特点：l4液压试验法：液压试验法：对使用中要求具有较高密封性较高
2、密封性的零件进行液压或气压试验。通过检查表面有无渗漏现象，来检查表面有无穿透性裂纹穿透性裂纹等。l 液压试验标准见P70。l定义：在不破坏或基本不破坏被检查对象的前提下（包括：形状、尺寸、性能等）测量其有关的参数。如测量温度、压力、缺陷等。目前，在狭义上来说：在不破坏零件的条件下探测零件表面在不破坏零件的条件下探测零件表面及内部缺陷的方法及内部缺陷的方法,称为无损探伤称为无损探伤。l应用：l监督可控制生产过程中的质量问题l产品出厂前的成品检验和用户验收检验l产品在使用过程中的维护检验l常规检测方法常规检测方法l渗透探伤l磁力探伤l超声波探伤l射线探伤l涡流探伤l综合探伤l无损检测新技术无损检测
3、新技术（如声发射技术、激光全息检测技术、红外检测技术、及微波检测技术等）。l（一）概述：l利用超声波来检查金属或非金属材料零件内部缺内部缺陷陷的方法，称为超声波探伤。在船上的应用较广。即可检测缺陷又可检测厚度、硬度等。l（二）超声波l人耳的听觉范围（声波频率）：16Hz20KHz，频率大于20KHz的声波，叫超声波。l超声波的特点特点是：频率高，波长短，穿透力强，在介质中直线传播，遇到界面发生反射和折射。探伤用的超声波：0.45MHz。l（三）探伤原理：（三）探伤原理：l超声波入射到构件后，如果遇到缺陷（或两种介质的界面）会出现折射或反射，用探头（注：探头可以产生超声波、发射超声波和接受超声波
4、）接受，变成电信号，经放大显示在屏幕上，根据波形来确定缺陷的部位、大小和性质。脉冲发生器脉冲发生器接收放大器接收放大器工件工件 缺陷缺陷T BFl波形上有三个波：底面回波B、缺陷回波F和入射波T。根据缺陷回波的位置，可判断缺陷的位置。根据缺陷回波的高度，判断缺陷的大小。根据波形的特征，结合零件的工艺特点，以及参照缺陷图谱，判断缺陷的有无及性质（裂纹、气孔、杂质等）。l（四）种类：l按超声波的产生（压电式、机械式、磁致伸缩式）l收发方式（单收单发式、单收发式、双收双发式）l探头（直探头纵波、斜探头横波）l优点：优点：l适用的材料广（金属与非金属均可）；l可显示内部缺陷（厚度53000mm）；l适
5、合于自动化与计算机处理与显示。l缺点缺点：l对零件表面粗糙度有一定要求。l存在盲区。l对缺陷种类的识别较为困难。如果无外围设备，显示结果不可重现，有时结果难以解释。l先进的仪器也很昂贵。l（一）概述l定义定义：利用液体的流动性、渗透性及表面裂纹的毛细管作用，将表面开口性缺陷开口性缺陷显示出来的方法。l方法方法：将渗透剂涂于构件的被测表面，当表面有开口缺陷时，渗透剂就渗透到缺陷中，去除表面多余的部分，涂以显象剂，在合适光线下观察放大了的缺陷痕迹，据此来判断缺陷的种类和大小。l使用材料：渗透剂：煤油 显像剂：石灰粉或白垩粉。l操作方法：将清洗后的零件浸入煤油槽中或将煤油涂于零件表面，经过1530m
6、in，把零件擦干，涂上白粉，干燥后适当敲击或加热零件，渗入缺陷的煤油会复渗于白粉上，出现黑色痕迹。l特点：简便、实用、经济，但太小的裂纹不易显示（裂纹宽度不小于0.01mm，裂纹深度不小于0.03mm）。l使用材料：渗透剂：有颜色（如红色）的溶液，显象剂：白色液体，便于观察。l原理：同上。渗透时间是关键。l特点：渗透力强，渗透速度快，显像时清晰醒目，洗涤性好，化学稳定性好，无腐蚀，无毒或低毒。l渗透剂是荧光物质，当用（水银石英灯的）紫外线照射时，缺陷内残留的渗透剂会发出荧光，从而显示出表面裂纹。l比磁粉探伤灵敏、简便、灵活。缺点：需要紫外线的发射装置，暗室中进行，对人体有害。l探测容器或焊缝上
7、有无穿透性缺陷。l常用方法：煤油渗透检漏。l优点优点：在NDT中成本最低，设备简单，操作方便，适用于所有材料的表面裂纹，灵敏度比人的眼睛直接观察高510倍左右，显示结果直观。l缺点缺点：仅适用于表面开口型缺陷类型，不能检测非开口性缺陷和内部缺陷。非开口性缺陷和内部缺陷。灵敏度不太高，不便于实现自动化，无深度显示。l简称磁力探伤。广泛用于检测铁磁性材料及其构铁磁性材料及其构件的表面和近表层的缺陷，件的表面和近表层的缺陷，可检测的缺陷类型：裂纹、重叠、分层等。l原理：铁磁性材料构件的表面或近表层有缺陷时磁阻大，一旦被磁化，则会有部分磁力线外溢而形成漏磁场漏磁场，它对施加到构件表面的磁粉会产生吸附作
8、用，因而显示出缺陷的痕迹，根据磁粉的痕迹来判断缺陷的大小、取向和位置等。l周向（横向周向（横向）：磁化可检查平行于轴线方向的表面缺陷；l纵向（轴向）纵向（轴向）：磁化可检查垂直于轴线方向的表面缺陷；l复合磁化：复合磁化：同时产生纵向和周向磁力线。l磁粉磁粉：较细的铁磁粉：Fe3O4l磁化可用交、直流电进行，它们的特点：l直流电磁化直流电磁化：穿透力大，适用于表面缺陷或近表层缺陷（6mm）的显示，设备复杂。l交流电磁化交流电磁化：穿透力小，适用于表面缺陷（集肤效应,12mm），设备简单。l磁化电流磁化电流常用低电压12V，大电流10004500A，且因零件大小不同而不同。l预处理：去污、取涂层、
9、铁锈等。l后处理：退磁退磁，以免影响零件的正常工作。接反向电源，电流由大到小。l优缺点：优缺点：优点：优点：比渗透探伤灵敏，能探测近表层的缺陷；容易掌握、结果直观等。缺点缺点：仅适用于铁磁性材料的零件，无深度显示，仅对与磁力线垂直的缺陷敏感。l新进展：在探伤设备上，开发了先进的旋转磁场探伤机，可一次探测显示全方位的缺陷，并可连续探伤。其次是引入了计算机技术。l定义：定义：利用射线来检验零件内部缺陷的方法，称利用射线来检验零件内部缺陷的方法，称为。为。l原理原理：不同的物质对射线的吸收和衰减作用是不同的。当射线穿过密度大的物质时，被吸收的多，由于缺陷处的密度与金属本身的密度不同，因此在零件下面的
10、底片上就会产生不同的感光度，即在底片上显示出零件内部缺陷的大小、种类、分布状态等。l方法：方法：照相法、透视法和工业射线电视法。l射线的特性：射线的特性：l特点l优点优点：适用于所有材料，深度达500mm（钢板），底片可永久保存，可展示内部缺陷的大小、形状和位置等。l缺点缺点：射线对人体有害，缺陷的深度很难辨别，成本高（底片、暗室。化学药品等），厚件的曝光时间长，零件的两面都能操作等。l发展方向l现有常规设备的改进（如；减少重量和体积等），计算机的应用（工业CT计算机层析摄影技术），提高胶片的质量（系列化），开发便携式可移动的高能射线加速设备等。l概述l利用电磁感应的原理，使被检件的表面感应出
11、涡流，零件中存在缺陷时会改变涡流的强弱，涡流产生反作用磁场，又使检测线圈的阻抗发生变化，因此通过检测线圈的阻抗的通过检测线圈的阻抗的变化变化，来判断缺陷的有无，这种探伤方法称为涡流探测法。阻抗可用电阻和感抗表示。该方法出现于40年代，我国50年代开始研究。l由于交流感应电流的集肤效应，所以ET法仅用于导体表层（表面和近表层）的缺陷检测。l特点特点l优点：属于电学测量法，容易实现自动化和计算机化；设备可以很轻；对封闭在表层下的缺陷有很高的检测灵敏度；探伤深度比磁粉探伤所达到的深；能提供缺陷的深度信息；非接触式的检测方法等。l缺点：理论复杂；距表层较深的缺陷难检测（集肤效应）；缺陷显示不直观，不适
12、用于形状复杂零件的检测；影响因素多。l应用：缺陷检验、测量材料的物理量。l发展方向：计算机的应用和探头的改进（旋转探头、扇形探头等）。l60年代发展起来的方法。l定义：定义：利用加载条件下，零件内部缺陷运动时发射的弹性波来判断零件内部的缺陷。l原理：原理：力（外、内）变形、裂纹应变能下降弹性波。l特点：特点：（1）不受材料限制。（2）动态检测。（3）操作简单，可大面积探测和监视缺陷活动情况。（4）可依声发射波的特点和诱发条件了解缺陷形成和预测其发展。（5）受外界干扰。l应用：应用：检查内部缺陷。l（1）以磁粉探伤和渗透探伤检测表面缺陷；l（2）以涡流、磁力探伤检测近表层缺陷；l（3）以超声波探
13、伤检测内部缺陷，找出疑点；l（4）用射线探伤对内部疑点进行透视检查。l CCS对船机零件的探伤规定：对船机零件的探伤规定：P79l注：表层缺陷包括：表面缺陷和近表层缺陷；l一、概述l定义：定义：对运转中的机械设备系统的技术状态进行监测、分析和判断的科学技术。l故障诊断是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部是否正常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。通俗的讲，就是给机器或设备“看病”的技术。l发展简介：60年代起步、70年代完善、80年代进入实用。l故障诊断是船舶自动化、无人机舱的前提，是实现状态维修的关键。目前在船舶机械中，已经有广泛的应用。l3、基本内容（过
14、程）：l（1）故障监测（Fault detection）：采集故障信息l（2）特征提取l（3）故障识别（Fault Recognition）：故障模式识别l（4）故障趋势分析（Fault trending）：故障预测 +故障纠正（Fault correction）：视情维修l机械信息：力、压力、扭矩、转速、电流、电压、振动、声音、温度等。l电磁信息：电流、电压、电磁感应密度、部分放电、导磁等。l化学信息：气、液、固的信息。l性能参数分析法l振动分析l噪声监测l油液监测l红外监测l原理：原理：每一零件都有自己的固有振动频率，振动特性的突变，一定是由于某种原因引起的，通过测量振动随时间的变化曲线（
15、时域曲线），对波形进行分析（分析方法有：幅域分析、频域分析、时域分析等），找出特征信息，进行诊断（部位和原因）。l监测技术：监测技术：l振动信号的测取：配置相应的传感器。l信号处理：除掉无意义又有害的波，提取机器故障的振动信息。这是振动监测技术的核心。l状态识别：参照有关振动频谱作出判断。l诊断决策：确定对策，预测趋势。l噪声是不规则振动在空气中传播引起的，从本质上讲也是振动。根据声响的差异进行诊断是古老而有常用的方法。过去是靠人耳的感觉和经验进行，今天可以借助于仪器（如听诊器、录音机、频谱分析仪等）进行。l实例：噪声分析在机务管理中的应用，确定吊缸时间和预测零件达到磨损极限的时间等。l机械工
16、作状态的改变一般会导致温度的改变,如轴承的损坏或润滑不良,会导致温度的升高。l红外检测红外检测原理：红外线（0.751000m）是具有强烈的热效应的辐射波，是不可见的光，物体的温度与辐射能（功率）有一定的关系。温度升高，热辐射增大。l温度温度辐射能（红外线）辐射能（红外线）红外探测器红外探测器信号分析。信号分析。l仪器：红外热像仪、红外热电视、红外测温仪。l特点：非接触测温、测温速度快、灵敏（0.010.1）、测量范围宽（502000）.l应用：火车车轴的检测；锅炉的检测；高架高压线的检测、军事领域等。l所谓油液分析是指收集润滑剂所谓油液分析是指收集润滑剂,对润滑剂的性质对润滑剂的性质及润滑剂
17、中的微粒进行定性和定量分析及润滑剂中的微粒进行定性和定量分析,以判断以判断机器工作是否正常机器工作是否正常,进行故障诊断和预报的方法进行故障诊断和预报的方法。l这种方法使用很广,是目前中国船级社推荐使用的监测方法。常用的油液分析方法有:l 润滑剂理化性能分析润滑剂理化性能分析(常规分析常规分析)l磨粒检测（光谱分析、铁谱分析、磁塞检测、磨粒检测（光谱分析、铁谱分析、磁塞检测、颗粒计数）颗粒计数）l根据润滑剂本身性能的变化来判断磨损状态。防根据润滑剂本身性能的变化来判断磨损状态。防止因润滑不良而导致的故障。止因润滑不良而导致的故障。lA原理：原理：润滑剂的性能与机械设备的磨损状态、设备的使用寿命
18、有着密切的关系,可以说润滑剂性能的劣化必然会导致机械设备磨损状态的劣化,因此对润滑剂进行理化性能指标的监测,就可以达到磨损状态间接监测的目的,可以防止因润滑不良而导致的失效。通过检测油品的性质、观察其变化,是监测润滑条件改变造成机械磨损失效的最简单、最直接的方法。（类似于贫血与健康的关系）lB方法：经验法、滤纸法、化验法。lC、润滑油的理化性能指标及监测、润滑油的理化性能指标及监测l1)粘度：粘度：必检指标,对润滑状态影响最大,。l2)总碱值总碱值：防止造成机械设备的酸腐蚀。l3)水份水份：会造成油的乳化,难以形成油膜,使润滑效果变差,此外还会加速设备的腐蚀。l4)闪点：表示油着火危险性的指标
19、,决定了工作温度的高低。l5)机械杂质：油中的各种沉淀物,如砂土、磨粒等,反映油品的纯洁性,含量高时会加速磨损。l6)其它：如灰分、残炭、水溶性酸碱等。l使用时可根据实际情况,选择其中几个进行监测,达到对设备润滑条件监测的目的。l定义：定义：利用光谱分析的方法,鉴别润滑油中磨粒的成分和数量,据此预测被监测对象的磨损状态的方法,称为光谱油料分析光谱油料分析。l原理：原理：就是利用各种分子或原子都有自己的特定的光谱波长。根据分析时这些特征光谱是否出现否出现及出现的强弱及出现的强弱,来分析化学成分来分析化学成分。如:部分元素的特征谱线波长：铜(Cu)3247埃；铁(Fe)3270埃；铅(Pb)283
20、3埃；铝(Al)3092埃；锡(Sn)2354埃l类型：类型：光谱分析按应用可分为发射光谱分析发射光谱分析和和原原子吸收光谱分析子吸收光谱分析。l光谱油料分析的实施光谱油料分析的实施l元素的来源元素的来源l金属元素(Fe,Ni,Al,Sn,Pb等),来自金属零件的磨损产物;l污染元素(Si,Ca等),来自空气或冷却水;l添加剂元素(P,S,Cl等),来自油的添加剂。l分析方法的内涵分析方法的内涵(实质实质)：是根据油液中元素的种类及是根据油液中元素的种类及含量含量,反推出磨损零件及磨损的程度。反推出磨损零件及磨损的程度。元素的种类-磨损零件;元素的含量-磨损的程度。l光谱分析判断标准光谱分析判
21、断标准：在通常情况下,滑油中元素的浓度值的高低,反映了磨损量的大小,可以用元素浓度值的大小及变化趋势大小及变化趋势,作为判断故障的依据。l光谱监测技术在柴油机中的应用：光谱监测技术在柴油机中的应用：光谱监测磨粒来源光谱监测磨粒来源l定义：铁谱技术(Ferrography)是利用高梯度强磁场,将润滑剂中所包含的磨粒按其粒度大小有序地沉积下来,然后借助于其它各种分析方法对磨粒进行定性和定量分析的技术。l原理原理：将润滑剂流过一个高梯度强磁场,利用磁力把铁磁性磨粒或污染物微粒从润滑剂中分离出来,并按颗粒的大小有序地沉积,然后借助于光学或电子手段可以获得磨粒形貌、大小、浓度、成分等方面的信息。l测定的
22、内容包括:l(1)磨粒的浓度,它反映了机器磨损的严重程度。l(2)磨粒的大小和形貌,它反映了磨粒产生的原因和机理,如由轻微磨损产生、由疲劳磨损产生。l(3)磨粒的成份,它反映了磨粒的来源,即发生磨损的零件。l分类：l分析式铁谱系统，它由两部分组成:分析式铁谱仪和铁谱显微镜。l直读铁谱仪(Direct Reading Ferrograph)：用来直接测定油样中磨粒的浓度和尺寸分布,只能作定量分析,但比分析式铁谱仪的定量分析准确,检测更简单、迅速、成本低。l利用安装在润滑系统中一个磁性探头,采集润滑油中的铁磁性磨粒,然后进行分析。特点：l 是一种简单的在线监测方法;成本低。l 一般只能收集大的磨粒
23、,尺寸范围在25400m,小磨粒磁矩小,不易收集;l 当磁性探头达到饱和后,磁头就失去吸附磨粒的能力,会失去很多的信息;l 探头一般要经常更换,一般2527小时更换一次,比较繁琐;l 这种方法一般适用于单一摩擦副的监测(如齿轮、轴承等)。l（一）概述（一）概述l1、定义：、定义：通过监测机械设备的性能指标，将这些数据分析处理，并同基准参考值进行比较，得出机械运行状态的结论，从而进行故障诊断与趋势分析的方法。l所谓性能参数监测实质上是把被监测对象性能的变化同所谓性能参数监测实质上是把被监测对象性能的变化同其产生的原因联系起来的监测方法其产生的原因联系起来的监测方法。具体方法是：测定机械设备的各项
24、性能参数值（如温度、压力、油耗等），将这些参数进行处理，然后同基准参数值进行比较，得到结论（如偏高、偏低、过高、过低等），从而可以看出机械在性能方面存在的问题，并进行分析判断其故障部位及发展趋势。“趋向分析”侧重于多次监测结果之间的比较及参数的变化趋势。l2、特点l优点：优点：简单易行，无须添置复杂的设备，设备上的仪表往往就是监测仪器。l缺点：缺点：对一些早期故障不敏感，有时故障发展到一定的程度才会导致性能参数的变化。l3、性能参数的比较方法l对标比较：将测得的数据与标准值进行比较；l纵向比较：将本次测得的数据与以往的数据进行比较；l横向比较：将测得数据与周围同种设备的性能指标进行比较，如某缸
25、的数据与其它气缸的数据进行比较。l4、性能参数监测应注意的问题l选择的监测参数应与故障之间应具有较高的的灵敏度和较好的对应性；l选择的监测参数最好能借助于机械上现有的仪表就可测得或添置较少的测量仪器即可；l监测参数应具有足够的信息量，并具有典型意义；l要注意监测数据的积累、加工处理等，从中归纳出有规律的东西；l要注意诊断规则与经验的积累，为创建专家系统做准备。l一般步骤为：测量记录分析，具体实施时有以下几种方法：l由操作人员记运行日记，这种方法最原始，仍在用；l半自动化系统：仪表测量或遥测，并自动显示；l自动化系统（或专家系统）：自动进行测量、记录、分析处理、打印输出、自动报警和进行干预等。l概述：性能参数监测是柴油机监测的基本方法之一，目前应用很广。l监测参数：输出功率：总的技术指标，与燃烧系统的故障关系密切，一般规定功率下降20为大修标准。燃油消耗率：经济性指标。其它：如滑油温度、冷却水温、滑油（或冷却水）压力、废气温度等。l柴油机拉缸的监测：拉缸是柴油机的一种常见故障。其常见的外部特征有：柴油机曲柄箱通气口的排烟明显增多、转速自动降低、功率下降、机油温度明显升高、振动加剧等,根据这些参数的特征变化,就可诊断故障是否存在。
