超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)課件

Ch9超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)機械故障診斷—Ch9超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)

超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)是無損探傷中的常用方法。在機械故障診斷中，不僅能對構(gòu)件材料本身的缺陷進行診斷，而且可在機器運行中能對材料的微觀形變、開裂以及裂紋的發(fā)生和發(fā)展的狀態(tài)進行監(jiān)測。超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)Ch9超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)機械故障診斷—Ch9超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)§9-1超聲診斷§9-2聲發(fā)射診斷技術(shù)超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)一超聲波人耳可聽的聲波頻率范圍是80～20000Hz，而頻率大于20000Hz的不可聽聲波就稱為超聲波。用于無損探傷的超聲波，其頻率為0.5～10MHz，其中采用最多的是1～5MHz的超聲波。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)二超聲波的特點超聲波波長很短，具有方向性好、能量高、穿透力強等特點。1超聲波方向性好超聲波是頻率很高、波長很短的機械波，在無損探傷中使用的波長為毫米數(shù)量級，超聲波象光波一樣具有良好的方向性，可以定向發(fā)射，在被檢材料中發(fā)現(xiàn)缺陷。2超聲波能量高超聲波頻率遠高于聲波，而能量與頻率平方成正比。因此，超聲波的能量遠大于聲波的能量。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)二超聲波的特點3能在界面上產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換4超聲波穿透力強超聲波在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時，傳播能量損失小、傳播距離大、穿透力強。在一些金屬材料中其穿透力可達數(shù)米。這是其它探傷手段所無法比擬的。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)三超聲波的類型根據(jù)超聲波傳播時介質(zhì)質(zhì)點的振動方向，與波的傳播方向是否相同，可將超聲波分為縱波、橫波、表面波和板波。1縱波介質(zhì)質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向一致的波稱為縱波。當介質(zhì)質(zhì)點受到交變應(yīng)力作用時，質(zhì)點之間產(chǎn)生伸縮形變，形成縱波。這時介質(zhì)質(zhì)點疏密相間，故縱波又稱為壓縮波或疏密波。凡能承受拉伸或壓縮應(yīng)力的介質(zhì)都能傳播縱波。固體可以傳播縱波，液體和氣體雖不能承受拉伸應(yīng)力，但能承受壓應(yīng)力產(chǎn)生容積變化，因此也可以傳播縱波。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)三超聲波的類型2橫波介質(zhì)質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向互相垂直的波稱為橫波。當介質(zhì)質(zhì)點受到交變的剪切應(yīng)力作用時，產(chǎn)生切變形變，從而形成橫波。故橫波又稱為切變波。只有固體才能承受剪切應(yīng)力，液體和氣體不能承受剪切應(yīng)力，因此橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)三超聲波的類型3表面波當介質(zhì)表面受到交變應(yīng)力作用時，產(chǎn)生沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?，稱為表面波。表面波在介質(zhì)表面?zhèn)鞑r，介質(zhì)表面質(zhì)點作橢圓運動，橢圓長軸垂直于波的傳播方向，短軸平行于波的傳播方向。橢圓運動可視為縱向振動與橫向振動的合成，即縱波與橫波的合成。因此表面波也只能在固體介質(zhì)中傳播，而且表面波的能量隨傳播深度增加而迅速減弱。當傳播深度超過兩倍波長時，質(zhì)點的振幅就很小了。因此，一般認為：表面波探傷只能發(fā)現(xiàn)距工件表面兩倍波長深度內(nèi)的缺陷。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)三超聲波的類型4板波當板件的厚度與超聲波的波長相當時，在彈性板件中傳播的超聲波稱為板波。板波可以用來探測薄板件中分層、裂紋等缺陷，也可探測復(fù)合材料粘合質(zhì)層質(zhì)量面的缺陷。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)四超聲波探傷方法

1脈沖反射法超聲波以持續(xù)極短的時間發(fā)射脈沖到被檢試件內(nèi)，根據(jù)反射波來檢測試件缺陷的方法，稱為脈沖反射法。按照判斷缺陷情況的回波性質(zhì)，脈沖反射法還可分為缺陷回波法、底面回波高度法、底面多次回波法三種。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)1°缺陷回波法根據(jù)儀器示波屏上顯示的缺陷探傷圖形進行判斷的探傷，稱為缺陷回波法。該方法是反射法的基本方法。缺陷回波法又稱為一次回波法。機械故障診斷—§9-1超聲診斷

右圖是缺陷回波探傷的基本原理。當試件完好時，超聲波可順利傳播到達底面，在底面光滑且與探測面平行的條件下，探傷圖形中只有表示發(fā)射脈沖T及底面回波B兩個信號。若試件中存在缺陷，在探傷圖形中，底面回波前有表示缺陷的回波F如圖所示。超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)2°底面回波高度法當試件的材質(zhì)和厚度不變時，底面回波高度應(yīng)是基本不變的。如果試件內(nèi)存在缺陷，底面回波高度會下降甚至消失，如圖所示。機械故障診斷—§9-1超聲診斷

這種依據(jù)底面回波的高度變化判斷試件缺陷情況的探傷方法，稱為底面回波高度法。超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)3°底面多次回波法當透入試件的超聲波能量較大，而試件厚度較小時，在試件完好無缺陷的情況下，超聲波可在探測面與底面之間往復(fù)傳播多次，示波屏上出現(xiàn)多次底波B1、B2、B3等。如果試件存在缺陷，則由于缺陷的反射以及散射而增加了聲能的損耗，底面回波次數(shù)減少；同時也打亂了各次底面回波高度依次按指數(shù)衰減的規(guī)律，并顯示出缺陷回波，如圖所示。這種依據(jù)底面回波次數(shù)，而判斷試件有無缺陷的方法，即為底面多次回波法。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)四超聲波探傷方法

2穿透法穿透法是依據(jù)脈沖波或連續(xù)波穿透試件之后的能量變化來判斷缺陷情況的一種方法，穿透法常采用兩個探頭，一個作發(fā)射用，一個作接收用，分別放置在試件的兩側(cè)進行探測。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)四超聲波探傷方法

3共振法聲波（頻率可調(diào)的連續(xù)波）在被檢工件內(nèi)傳播，當試件的厚度為超聲波的半波長或半波長的整數(shù)倍時，由于入射波和反射波的相位相同，則引起共振，因而儀器可顯示出共振頻率點，用相鄰的兩個共振頻率之差，可以算出試件厚度。當試件內(nèi)存在缺陷時，將改變試件的共振頻率。依據(jù)試件的共振特性，來判斷缺陷情況的方法稱為共振法。共振法常用于試件測厚。機械故障診斷—§9-1超聲診斷超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)

聲發(fā)射技術(shù)是根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波來判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷程度的一種動態(tài)無損檢測技術(shù)。由于該方法能連續(xù)監(jiān)視結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的全過程，因此得到了廣泛應(yīng)用。機械故障診斷—§9-2聲發(fā)射診斷技術(shù)超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)一常用的油液污染度評定方法1稱重法稱重法是測定單位容積油液中所含顆粒污染物的重量，反映的是油液中污染物的總值，而不反映污染物的特性、尺寸大小和分布狀況。讓l00ml油樣通過0.45μm孔徑的預(yù)先稱重的干燥薄膜，污染物滯留在薄膜上，然后用溶劑洗去薄膜上的油液，待干燥后稱得薄膜的增重克數(shù)即為污染物顆粒的重量。將所得的污染物顆粒重量與油液污染度重量分段標準進行比較，便可以確定油液的污染度等級。機械故障診斷—§9-2聲發(fā)射診斷技術(shù)超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)一常用的油液污染度評定方法2計數(shù)法顆粒計數(shù)法是測定單位容積油液中顆粒污染物的尺寸及分布，來表示油液的污染度等級。計數(shù)方法有光學(xué)顯微法和自動計數(shù)法。機械故障診斷—§9-2聲發(fā)射診斷技術(shù)超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)一常用的油液污染度評定方法3光測法以可見光照射油液，并用光接收器接收油液的透射光，由于油液中污染物的存在，將發(fā)生吸收、散射或反射，所以采用光接受器接受透射光，并將其轉(zhuǎn)化成電信號顯示，即能反映油液污染程度。但由于不同油液的顏色有差異，即使同一型號油液，經(jīng)使用后其顏色也會變深。因此僅用透射光檢測，其結(jié)果的可比性差。光測法的儀器精巧、使用簡便、其結(jié)果明確，可用于監(jiān)測油液污染的發(fā)展趨勢。機械故障診斷—§9-2聲發(fā)射診斷技術(shù)超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)一常用的油液污染度評定方法4電測法電測法是通過檢測油液的電化學(xué)性能，來分析油液的污染狀況?？煞譃殡娙莘ㄅc電阻法。1o

電容法以污染油液作為電介質(zhì)，不同污染物程度的油液，其介電常數(shù)不同，測出電容變化量（相對于同型號新油）便可了解油液污染情況。2o

電阻法油液電阻率的大小與其中的水分、雜質(zhì)含量及溫度有關(guān)，因而在一定溫度下測出油液電阻值的大小，便可得知油液的污染情況。機械故障診斷—§9-2聲發(fā)射診斷技術(shù)超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)一常用的油液污染度評定方法5淤積法污染的油液流經(jīng)微小間隙或濾網(wǎng)時，固體顆粒會逐漸淤積堵塞，引起壓差和流量的相應(yīng)變化，油液污染程度不同，其變化量也不同。以濾網(wǎng)作傳感元件時，淤積法可分為壓差恒定測量和流量恒定測量兩種。機械故障診斷—§9-2聲發(fā)射診斷技術(shù)超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)一常用的油液污染度評定方法6綜合法綜合法就是通過物理、化學(xué)分析和觀察對比的方法對油液品質(zhì)進行綜合評價。為便于現(xiàn)場使用，常將多種檢測器組成便攜式試驗箱。試驗箱內(nèi)大致包括下列檢測器件：鎖緊式吸油用注射器或電動真空泵組件、取樣濾膜、溶劑濾膜、顯微鏡及照明配件、對比用標準照片、粘度計、水分計，比重計、各類試劑、試紙、以及各種容器等。檢測項目有粘度、水分、堿、全酸值、污染度、比重等。機械故障診斷—§9-2聲發(fā)射診斷技術(shù)超聲及聲發(fā)射診斷技術(shù)二油液污染狀態(tài)檢測儀器1油液污染物體積濃度檢測儀確定油濃污染物