第五章 缺陷检验与故障诊断

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1、第五章 船机零件的缺陷检验和故障诊断,考试大纲:6%第一节 船机零件的缺陷检验 1.一般检验 2.无损检验 第二节 船机零件的故障诊断技术 1.状态监测 2.故障诊断,第一节 船机零件的缺陷检验,一.船机零件缺陷的一般检验 1.船机零件的缺陷： 是指其在制造和使用过程中产生的缺陷与损伤。 2.一般检验 1）定义： 一般检验主要是采用一般的、传统的简易方法对零件进行检验，是靠人的感官功能(视、听、触、嗅等)或再借助一些简单量具、常用工具进行监测和判断。 2）特点：简单而实用，为船上广泛采用。 3）常用量具： 内、外千分尺，拐档表，塞尺，游标卡尺，桥规，样板等。,4）一般检验的方法：（1）观察法：

2、主要检验零件表面的缺陷。准确性取决于检验人员的细心和经验。（2）听响法： 简便灵活，能定性检验零件表面和内部的缺陷。准确性取决于检验人员的经验和对缺陷的判断，并且只适用于小零件。例如：声音清脆表示零件完好或结合面良好或无脱壳现象； 声音沙哑表示零件内部或表面有缺陷，或结合面不好，或有脱壳现象。,（3）测量法： 是船上使用最多的检验缺陷方法，多用于零件毛坯的缺陷检验。 适用于已磨损、腐蚀和变形零件的缺陷检验。 准确性取决于量具精度和轮机人员检测水平， 因此轮机员应掌握量具的使用方法和维护方法，不断提高测量技术水平和测量精度。,（4）液压试验法: 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

3、一种无损检验方法。 通常适用于使用中要求较高密封性的零件。 例如：气缸套、活塞等。 a.通常试验压力为1.5倍工作压力(或0.7MPa)。 b.比较符合工作条件。 c.对于有较高密封性要求的零部件，或承压的零部件。 d.检查裂纹与渗漏现象。 e.检验有无内部缺陷。,二、船机零件缺陷的无损检验（NDT）,1. 无损检验的定义： 是在不损坏检测对象的前提下，探测其内部或外表的缺陷(伤痕)的现代检测技术。 1）很多重要设备的原材料、零部件、焊缝等必须进行必要的无损探伤， 2）无损检验在船舶修造中也得到广泛使用，是产品质量控制和管理的重要技术手段。如对船体钢板、焊缝及重要船机零件进行渗透探伤、磁粉探伤

4、、超声波探伤等。,2.无损检验的方法有： 1）液体渗透法；2）磁粉探伤法；3）射线探伤法；4）超声波探伤法；5）涡流探伤法；6）声发射探伤；7）红外线探伤；8）激光探伤。,3.无损检验方法的特点： 1）探测缺陷； 2）给出缺陷的定量评价； 3）定量测量零件的形状、大小、位置、取向、分布和缺陷的性质； 4）定量测量零件和材料的物理和力学性能。如：温度、残余应力、覆盖层厚度等。,4.液体渗透探伤 1）液体渗透探伤的原理： 是利用液体的流动性和渗透性以及毛细作用现象，显示零件表面上开口性的缺陷。 2）液体渗透探伤的特点： （1）使用设备简单，操作方便灵活，适宜现场作业； （2）可检查各种材料和各种形

5、状的零件； （3）但液体渗透探伤只适于表面开口性的缺陷，不能检测零件表面非开口和皮下缺陷以及内部的缺陷。,3）液体渗透法的分类：按渗透剂的不同有3种：煤油白粉法、着色探伤法和荧光探伤法等。 4）液体渗透法的基本步骤： 清洗、渗透、清洗、显像和检验。,渗透探伤原理（三）,5）煤油白粉法： 以煤油为渗透剂，石灰粉为显像剂。 （1）检验步骤：先清洗，再用煤油渗透，过15-30分钟，擦干后涂上一层白石灰粉，适当敲击零件。如果有开口裂纹，白粉上出现黑色痕迹。 （2）特点：此法简单、经济，但灵敏度不高，不精确。 6）着色探伤法: （1）着色探伤操作方法：浸液法、刷涂法和喷涂法。常用喷涂法。,在船舶条件下或

6、对大型零件局部进行渗透检验时，常使用便携式喷罐喷涂检验。一组便携式喷罐各装有清洗剂，渗透剂，显像剂。 渗透剂含有红色颜料。显像剂由氧化锌、氧化镁、二氧化钛等白色粉末和有机溶剂组成，悬浮性好，显示缺陷清晰，易于辨别。 （2）检验步骤：先用清洗剂清洗零件表面，再涂一层红色渗透剂，保持一段时间，然后清洗，再喷涂一层白色显像剂，凉干后可在白色衬底上显示出红色缺陷痕迹。 （3）着色探伤法的特点：检验效果与渗透时间有很大关系。一般根据零件材料确定渗透时间。通常有一定的渗透时间，在10一20分钟。在船上常用的表面探伤方法。,7）荧光探伤:（1）定义：是用紫外线照射残留在零件缺陷内的荧光物质，借助荧光物质发出

7、的荧光使缺陷显现出来。 （2）荧光物质：是在紫外线照射下能够通过分子能级跃迁产生荧光的物质。 （3）检验步骤：先清洗，再浸泡在渗透剂，然后稍微清洗一下，不要过洗，擦干后涂显像剂，采用紫外线照射，如有缺陷会发出黄绿色荧光的显像剂（含氧化镁、碳酸镁等）。（4）特点：灵敏度较高，设备简单，操作方便，需在暗室中观察，长期在紫外线下工作有损健康。,荧光探伤原理,荧光探伤示意图,8）渗透检漏探伤： （1）定义：用来探测容器或焊缝有无穿透性缺陷。常用煤油渗透检漏。 （2）检验步骤：在零件两面分别涂煤油和白石灰粉，其他步骤与煤油白粉法一样。 （3）特点：适用于金属或非金属材料的容器。,5磁粉探伤 磁粉探伤又称

8、磁力探伤，是一种表面探伤方法，是应用最早的无损探伤技术。 它是利用工件表面缺陷处形成漏磁场的原理。 1）磁粉探伤原理： 缺陷处的导磁比铁磁体差，磁阻大，会产生漏磁磁场。如图5-2 磁粉探伤原理（一） 磁粉探伤原理（二） 磁粉探伤原理（三） 磁粉探伤原理（四）,磁粉探伤原理（一）,磁粉探伤原理（二）,磁粉探伤原理（三）,磁粉探伤原理（四）,2）磁粉探伤的特点： （1）可探测零件表面或近表面的缺陷，不宜用于检查工作内部的缺陷， （2）只适用于铁磁性材料，因为铁磁性材料的导磁率高，不能用于有色金属和奥氏体不锈钢。 （3）工件磁化的磁场方向应尽可能与缺陷的方向垂直，磁力线与缺陷垂直时，漏磁场最强，最有

9、利于检出缺陷。,3）磁场方向： 可分为纵向磁化、周向磁化和复合磁化。 （1）纵向磁化：如图5-3 磁力线与轴线平行，可以探测垂直或近垂直于轴线的缺陷。 （2）周向磁化：如图5-4 磁力线与轴线垂直，可以探测平行或近平行于轴线的缺陷。 （3）复合磁化：如图5-5 可以探测任意方向的缺陷。,纵向磁化,周向磁化,复合磁化,4）磁化电流： 选用低电压大电流，一般12V以下电压。 （1）直流电产生的磁场强度大，磁力线在零件截面上分布均匀，探测深度大，可达6 mm，但退磁困难。因为直流电源的复杂和退磁困难，目前已很少使用直流电流。（2）交流电由于集肤效应，只能发现距表面2mm处缺陷，零件易退磁，且设备简单

10、。 5）退磁： 由于铁磁性材料的顽磁性，会产生剩磁，所以磁力探伤的零件必须退磁处理，否则会吸附铁屑加剧磨损，并影响周围仪表工作。,5.超声波探伤次声波频率：16Hz；可听声频率：16Hz20kHz； 超声波频率：20千赫(kHz)。 1）原理： 利用超声波通过两种介质的界面时发生反射和折射特性。 2）特点： 可以探测零件内部的缺陷。 适用于任何材料。 适用于5mm3000mm。 近表面存在盲区: 缺陷波与初始波难于区分。,3）超声波的发生和接受：利用压电晶体逆压电效应产生超声波；利用压电晶体正压电效应接收超声波。 4）据CCS规定，船用大型柴油机必须进行：（1）锻造曲轴磁力探伤；（2）连杆超声

11、波探伤；（3）尾轴超声波探伤；（4）船用锅炉钢管超声波探伤。,超声波探伤原理,超声波探伤图形,6. 射线探伤(类似医学照X光)利用射线探测零件内部缺陷的一种无损探伤方法。主要有X射线、射线和中子射线3种。 1）射线探伤原理：（1）射线易于穿透物体；（2）在穿透物体的过程中受到吸收和散射而自身强度衰减。（3）缺陷处和周围物质对射线衰减程度有差异，使胶片感光程度不同，因而获得反映零件内部情况的底片。通过对底片的观察可以了解缺陷的种类、大小和分布状况等，,射线探伤的原理,2）射线探伤的特点： （1）适用于所有的材料，能够对缺陷进行定性、定量和定位。 （2）探测厚度范围广； （3）检验费用高，设备昂贵

12、，射线对人体有害，需加特殊防护， （4）在船舶焊缝和铸件等无损检验中被广泛采用。 （5）X射线和射线不可见，以直线传播； （6）X射线和射线带电荷，易受电场和磁场的影响； （7）X射线和射线能产生光化学作用，使胶片感光； （8）X射线和射线能使物质电离，使某些物质产生荧光；,7.涡流探伤 涡流探伤是一种探测金属零件或部件表面和近表面缺陷的无损探伤方法。(探测深度0.11-0.20mm)。 1）涡流探伤原理: 当载有交变电流的检测线圈靠近导电零件时，零件会感生涡流并产生次级反向磁场Hs。 涡流的大小、相位及流动形式受到零件导电性能的影响，而涡流产生的反向磁场又使检测线圈的阻抗发生变化。 因此，通

13、过测定检测线圈阻抗的变化，检查缺陷。,涡流探伤原理,2）涡流探伤的特点： （1）能对零件性能多种参数（物理量如导电率等和尺寸）作出反应； （2）对零件、组合件或整个系统进行在线或在役检验，是一种多用途的检验方法。 （3）仅适用于导电材料，对缺陷显示不直观，不适于形状复杂件。 （4）可测涂层厚度。 （5）是检测灵敏度高、速度快的一种间接探伤方法。 （6）涡流探伤是在电磁感应的基础上，利用交变磁场作用下材料产生不同振幅和相位的涡流来检验缺陷的方法。,8. 声发射探伤 1）声发射探伤原理 声发射探伤是利用加载条件下零件材料内部缺陷活动发射出声波来探测其内部缺陷。声发射探伤不仅可以大面积探测缺陷，而且

14、可以了解缺陷形成和发展。 声发射检测时必须对待检测件进行施加压力。材料或构件受力后，引起内部缺陷处或微观结构不均匀处产生应力集中，进而产生裂纹并扩展，这是一种应变能的释放过程。 声发射是材料加载后，其内部应变能的释放过程中，能量的一部分是以弹性压力波形式快速释放。,2）声发射探伤的特点： （1）声发射检验技术是一种动态无损检验方法； （2）当材料或构件产生应变或者缺陷有发展时才有声发射产生；是通过缺陷的动态信息来评价构件使用的安全性的。 （3）声发射探伤基本不受材料限制。金属、非金属材料都会产生声发射。 （4）声发射检验时易受到诸如环境噪声等的干扰。,9.综合探伤法： 1）各种探伤法比较： (

15、1)被检零件的材料: 磁粉探伤仅适用于铁磁性材料；而其他探伤法则适用于各种材料。 (2)探伤的深度: 磁粉探伤、液体渗透探伤、涡流探伤和超声波表面波探伤适用于表面或近表面探伤； 超声波脉冲反射法探伤、射线照相法和声发射适用于检测零件内部缺陷。,(3)探伤的灵敏度: 超声波脉冲反射法具有很高的灵敏度； X射线照相法、磁粉探伤、涡流探伤和荧光渗透探伤有比较高的灵敏度。 (4)探测设备: 射线照相法设备昂贵，检测费用高； 液体着色渗透法最简单。 2）各种探伤法的选用： CCS有具体规定，如表5-2。,第二节 故障诊断技术,故障诊断是实现视情维修的先决条件。 1.设备工况监测 1）定义：设备工况监测或

16、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、压力等信息，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。 2）特点：一般状态监测所采用的仪器较为简单，易于操作，对操作人员的技术素质要求也不高，所以是一种简易诊断，应该说，与故障诊断技术还是有所不同的。,3）故障的特征参数： 是指那些对故障灵敏、稳定可靠的信息。其是否被正确选用甚至决定诊断工作的成败。船机状态变化必定会影响到与之相联系的各种信息。 4）船机状态信息主要有以下3种类型: (1)机械信息: 主要有力、压力、转矩、弯矩、振动、声音、温度、转速等。 (2)电磁信息： 主要有电流、电压、电磁感应密度、导磁等。 (3)化学信息： 排烟、磨损产物、污染物等。,2.故障诊断 1）分类： 据故障诊断技术特点不同有直观检查法、性能参数分析法、振动和噪声分析法和油液分析法等。 2）故障诊断过程包括以下3个阶段工作: (1)信息采集 (2)信息分析处理(数据处理) (3)状态识别、判断和预测,