CN101750453B - 巴氏合金轴承的超声检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巴氏合金轴承的超声检测方法，其选择合适的探伤仪，并制作一种软膜、高频、小直径的探头与所选定的探伤仪结合，以轴瓦底部无缺陷处为基准调节探伤仪检测灵敏度，将探头于轴承的巴氏合金凹弧面上作有规律的平行移动扫查，监测探伤仪荧光屏显示波形。当荧光屏出现异常信号波形时，判定探头所在位置的巴氏合金与钢质轴瓦的粘合存在缺陷，而当探伤仪底波完全消失，且只出现界面波时，判定巴氏合金与钢质轴瓦根本没有结合。使用本方法可方便、快捷地检测巴氏合金轴承的结合层，避免了传统检测方法对环境的污染，提高了检测效率。

Description

巴氏合金轴承的超声检测方法

技术领域

本发明涉及轴承的检测方法，尤其涉及一种巴氏合金轴承的超声检测方法。

背景技术

巴氏合金轴承常应用于各类鼓风机、汽轮机、水泵等高速旋转设备中。通常设备高速旋转轴在增高油压作用下将轴浮起，在轴与轴承间形成一层连续的油膜，并处于液体磨擦状态下运行。一旦连续油膜破坏，引起轴承过热，将会导致轴承的巴氏合金局部熔化或脱落，即所谓“烧瓦”，将会造成停机或设备严重损毁，带来重大的经济损失。轴承表面的巴氏合金是以一定温度熔化成液体后，用铸造法使巴氏合金焊着在钢质的轴承表面上，再经加工后完成。在巴氏合金和钢质轴承的焊合过程中，当轴承钢瓦座表面有锈蚀、油泥或其它的污物时将会造成液态巴氏合金与钢瓦座表面浸润不良，造成结合不好，或产生气孔；如焊合温度不够，造成巴氏合金和钢瓦座的接合处开脱，因此质量存在问题的巴氏合金轴承对设备同样存在安全隐患。为掌握巴氏合金与钢质轴承的焊合效果，对巴氏合金焊合层进行检测是非常必要的。

巴氏合金轴承是不同金属的结合，气孔、开脱等缺陷无法用肉眼或表面探伤方法来检测。由于检测条件的特殊性，常规的无损探伤方法无法检测，常规无损探伤方法采用超声波探伤仪，中国行业标准JB/T4730-94第三篇的超声检测中，明确指出超声波探伤仪工作频率范围1-5MHZ，根据频率与波长的关系λ＝c/f(c为波速)，可得到普通探头的波长。因此通常采用渗透探伤法对表面进行检测。该方法首先对轴承表面进行清洗，保证检测面上没有影响渗透检测的各种油污等；然后对被检部位进行渗透，且保证被检部位完全被渗透剂覆盖且在整个渗透时间内保持润湿状态；去除工件表面多余的渗透剂，既要防止过渡去除使检测质量下降又要防止去除不足造成缺陷显示识别困难；施加显像剂，将显像剂均匀地喷洒在整个被检表面上；观察被检工件表面是否有缺陷；检测完毕后进行清洗，去除对使用或工件材料有害的残留物。该检测方法只能对工件表面的缺陷进行检测，不能检测结合层的情况；检测过程对环境有污染，大多渗透探伤剂对环境有影响；整个检测过程中对环境温度要求较高，需控制在10℃～50℃；对检测工件的表面清洁度要求较高，不得有锈蚀、油污等；清洗以及观察检测需要时间较长，检测效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种巴氏合金轴承的超声检测方法，使用本方法可方便、快捷地检测巴氏合金轴承的结合层，避免了传统检测方法对环境的污染，提高了检测效率。

为解决上述技术问题，本发明巴氏合金轴承的超声检测方法包括如下步骤：

步骤一、选用高精度、高灵敏度的数显探伤仪，所述探伤仪电噪声＜10％、水平线性误差≤1％、垂直线性误差≤4％，且波形信号稳定，具有100dB以上的连续可调衰减器，可存储检测数据便于跟踪检测；

步骤二、制作频率为10MHz-15MHz的高频激波探头，高频激波为短声波脉冲，其声波能量集中于500mm声程范围内，波长为普通探头波长的一半，因此高频激波探头具有相当高的衰减和宽带冲击波，可以产生非常短的声波脉冲，并可区分简单的单个缺陷和缺陷区域，所述探头外径是10毫米、声阻抗值为27×10⁶Kg/m².s-35×10⁶Kg/m².s，所述探头头部是可更换的软膜；

步骤三、将制作的探头连接至所选用的数显探伤仪，以被测轴承轴瓦底部无缺陷处为基准调节探伤仪灵敏度，将探伤仪的界面波调到满幅的40％波高，将底波调到满幅的80％波高，并以此作为探伤起始灵敏度；

步骤四、对巴氏合金轴承检测，将所述探头在轴承的巴氏合金凹弧面上作有规律的平行移动扫查，监视探伤仪的荧光屏，当荧光屏显示只有来自巴氏合金轴承钢质底部的反射回波和设定的界面波时，轴承的巴氏合金与钢质轴瓦粘合完好；当荧光屏上除了反射回波和界面波，在反射回波与界面波之间还出现异常信号波形时，说明探头所在位置的巴氏合金与钢质轴瓦的粘合存在缺陷；

步骤五、记录并存储异常信号波形出现时所述探头所在轴承的位置和异常信号波形，当异常信号波形高度大于探伤仪底波高度时，判定巴氏合金与钢质轴瓦的粘合不佳，当底波完全消失即底波高度≤5％满幅，且只出现界面波时，判定巴氏合金与钢质轴瓦根本没有结合。

由于本发明巴氏合金轴承的超声检测方法采用了上述技术方案，即选择合适的探伤仪，制作一种软膜、高频、小直径的探头与所选定的探伤仪结合，以轴承的轴瓦底部无缺陷处为基准调节探伤仪检测灵敏度，将探头于轴承的巴氏合金凹弧面上作有规律的平行移动扫查，监测探伤仪荧光屏显示波形。当探伤仪荧光屏出现异常信号波形时，判定探头所在位置的巴氏合金与钢质轴瓦的粘合存在缺陷，而当探伤仪底波完全消失，且只出现界面波时，判定巴氏合金与钢质轴瓦根本没有结合。使用本方法可方便、快捷地检测巴氏合金轴承的结合层，避免了传统检测方法对环境的污染，提高了检测效率。

具体实施方式

巴氏合金轴承是不同金属间的结合，结合层气孔、结合不良等缺陷无法用肉眼或表面探伤方法来检测，要检测工件内部的缺陷只能选择超声探伤方法。按超声波探伤原理，传播中的超声波如遇缺陷，将产生回波信号并由探头接收，并在探伤仪的荧光屏上得以显示出来，根据回波信号可获知缺陷的位置及当量大小等信息。

在超声检测中，探头和探伤仪的选择是至关重要的。探伤仪要求精度高、灵敏度高、电噪声低，波形信号稳定，操作简便，且可以存储检测波形等数据以便于跟踪比较检测结果，了解检测中缺陷位置、大小和性质的变化；同时探头选择是一重要环节，超声波振动频率大大高于声波，其由换能器晶片在电压的激励下产生，由于频率高、波长短、因而其能量大，波束传输的方向性好，能量集中；超声波在均匀介质中传输时遇到声不连续界面(Discontinuity)会发生反射形成回波。探头的主要性能指标包括：脉冲宽度和工作频带特性、波束扩散角、远场分辨率、与探伤仪组合的灵敏度、盲区和始波占宽等。对于给定的受检工件，使用的频率越低，穿透能力越强，但过低的频率将导致远场分辨力和对小缺陷检出能力的降低；而频率越高，脉冲宽度变窄，分辨力提高，但穿透能力大受影响；频率上限取决于衰减量和草状波信号的大小，而下限则由检测灵敏度、脉冲宽度及声束指向性要求来决定。由于巴氏合金需要穿透的声程较小，因而选用频率为10MHz至15MHz的高频激波探头来满足分辨力要求，高频激波为短声波脉冲，其具有相当高的衰减和宽带冲击波，可以产生非常短的声波脉冲，并可区分简单的单个缺陷和缺陷区域；同时由于轴承工件曲率很大，声束扩散衰减严重，从而降低探伤灵敏度，探伤难度增大，而探头的直径对与被测工件的耦合影响至关重要，因此选择直径Φ10mm探头来满足与工件的耦合要求，探头头部设有可更换的软膜。所制作的软膜、高频、小直径探头，探头的频率高，脉冲宽度变窄，分辨力提高，软膜、小直径解决了接触面为凹弧面的耦合问题，避免了探伤时近表面的乱反射并改善了耦合条件，保证探头与轴瓦接触完好。

当超声波垂直入射到两侧声阻抗不同的薄层，若薄层厚度等于四分之一波长的奇数倍，薄层声阻抗为其两侧介质声阻抗几何平均值时，其声强透射率等于1，超声波全透射，此时检测缺陷的灵敏度最高。探头软膜的设计应考虑此因素，即软膜的声阻抗尽可能接近晶片声阻抗与巴氏合金声阻抗几何平均值，

即 $Z=\sqrt{Z_1\·Z_2}=33.5\×{10}^6\mathrm{Kg}/m^2.s,$

式中Z₁为探头晶片声阻抗，Z₂为巴氏合金声阻抗。

上述Z为理论的计算值，为适应实际检测需要，探头的声阻抗值可选择一定的范围，如27×10⁶Kg/m².s-35×10⁶Kg/m².s。

经测试比较，探头在轴承的巴氏合金面探测时，各类波形易于区分，而在轴承钢面探测时，结合层波形与底面波形太接近不易区分。

根据以上所述，本发明巴氏合金轴承的超声检测方法包括如下步骤：

步骤一、选用高精度、高灵敏度的数显探伤仪，所述探伤仪电噪声＜10％、水平线性误差≤1％、垂直线性误差≤4％，且波形信号稳定，具有100dB以上的连续可调衰减器，可存储检测数据便于跟踪检测；

步骤二、制作频率为10MHz-15MHz的高频激波探头，高频激波为短声波脉冲，其声波能量集中于500mm声程范围内，波长为普通探头波长的一半，因此高频激波探头具有相当高的衰减和宽带冲击波，可以产生非常短的声波脉冲，并可区分简单的单个缺陷和缺陷区域，所述探头外径是10毫米、声阻抗值为27×10⁶Kg/m².s-35×10⁶Kg/m².s，所述探头头部是可更换的软膜；

步骤三、将制作的探头连接至所选用的数显探伤仪，以被测轴承轴瓦底部无缺陷处为基准调节探伤仪灵敏度，将探伤仪的界面波调到满幅的40％波高，将底波调到满幅的80％波高，并以此作为探伤起始灵敏度；

步骤四、对巴氏合金轴承检测，将所述探头在轴承的巴氏合金凹弧面上作有规律的平行移动扫查，监视探伤仪的荧光屏，当荧光屏显示只有来自巴氏合金轴承钢质底部的反射回波和设定的界面波时，轴承的巴氏合金与钢质轴瓦粘合完好；当荧光屏上除了反射回波和界面波，在反射回波与界面波之间还出现异常信号波形时，说明探头所在位置的巴氏合金与钢质轴瓦的粘合存在缺陷；

步骤五、记录并存储异常信号波形出现时所述探头所在轴承的位置和异常信号波形，当异常信号波形高度大于探伤仪底波高度时，判定巴氏合金与钢质轴瓦的粘合不佳，当底波完全消失即底波高度≤5％满幅，且只出现界面波时，判定巴氏合金与钢质轴瓦根本没有结合。

本发明巴氏合金轴承的超声检测方法制作一种软膜、高频、小直径的探头与所选定的探伤仪结合，以轴瓦底部无缺陷处为基准调节探伤仪检测指标，将探头于轴承的巴氏合金凹弧面上作有规律的平行移动扫查，监测探伤仪荧光屏显示波形；当荧光屏出现异常信号波时，判定探头所在位置的巴氏合金与钢质轴瓦的粘合存在缺陷；使用本方法可方便、快捷地检测巴氏合金轴承的结合层，避免了传统检测方法对环境的污染，提高了检测效率。

Claims (1)

1.一种巴氏合金轴承的超声检测方法，其特征在于，本方法包括如下步骤：

步骤一、选用高精度、高灵敏度的数显探伤仪，所述探伤仪电噪声＜10％、水平线性误差≤1％、垂直线性误差≤4％，且波形信号稳定，具有100dB以上的连续可调衰减器，.可存储检测数据便于跟踪检测；

步骤二、制作频率为10MHz-15MHz的高频激波探头，高频激波为短声波脉冲，其声波能量集中于500mm声程范围内，波长为普通探头波长的一半，并可区分简单的单个缺陷和缺陷区域，所述探头外径是10毫米、声阻抗值为27×10⁶Kg/m².s-35×10⁶Kg/m².s，所述探头头部是可更换的软膜；

步骤三、将制作的探头连接至所选用的数显探伤仪，以被测轴承轴瓦底部无缺陷处为基准调节探伤仪灵敏度，将探伤仪的界面波调到满幅的40％波高，将底波调到满幅的80％波高，并以此作为探伤起始灵敏度；

步骤四、对巴氏合金轴承检测，将所述探头在轴承的巴氏合金凹弧面上作有规律的平行移动扫查，监视探伤仪的荧光屏，当荧光屏显示只有来自巴氏合金轴承钢质底部的反射回波和设定的界面波时，轴承的巴氏合金与钢质轴瓦粘合完好；当荧光屏上除了反射回波和界面波，在反射回波与界面波之间还出现异常信号波形时，说明探头所在位置的巴氏合金与钢质轴瓦的粘合存在缺陷；

步骤五、记录并存储异常信号波形出现时所述探头所在轴承的位置和异常信号波形，当异常信号波形高度大于探伤仪底波高度时，判定巴氏合金与钢质轴瓦的粘合不佳，当底波完全消失即底波高度≤5％满幅，且只出现界面波时，判定巴氏合金与钢质轴瓦根本没有结合。