最新资讯
联系方式

首页 > 轴承知识

滑动轴承的超声波无损检测

发布时间：2012-06-01 浏览次数：759

作者：杨杰
（成都圣三强铁路配件有限公司）
　　对滑动轴承进行超声波探伤，检查轴承内部的各种危害性缺陷。滑动轴承的合金层内不得有气孔（空气的膨胀系数远远大于合金的膨胀系数，在高温工作环境中膨胀凸起，形成早期疲劳源，使轴瓦过早疲劳失效，造成碾瓦甚至烧轴等情况）、夹渣、裂纹、折叠等缺陷（统称合金内异质薄层缺陷），且合金层与钢背层要有足够的结合强度。合金内的质量缺陷与双金属结合面强度的检查同等重要。剔出这些存在的缺陷，提高滑动轴承的内在质量，以减少由于轴承本身原因造成的早期失效。
　　1　滑动轴承超声波探伤的特点
　　（1）超声波探伤是利用超声波的方向性好、能量高、穿透力强以及能在界面上产生反射、折射和波型转换等特点进行的无损检测。滑动轴承的合金与衬背具有不同的声阻抗特性，在其界面有反射波和透射波同时存在。当以穿透法检测时，依据脉冲波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷的情况。当以脉冲反射法检测时，以轴承合金与衬背结合面反射回的声能作为评定结合质量的依据。
　　（2）超声波的探伤灵敏度为λ。当缺陷尺寸Df与波长λ相当时，超声波能绕过缺陷边缘衍射前进，这种缺陷不易判别。当Df＜＜λ时，缺陷回波很低，容易漏检。对于合金内的异质薄层，当厚度时，超声波的声压反射率r≈0，透射率t≈1。即合金内薄层厚度为其半波长的整数倍时（半波透声层状态），超声波全透射，几乎无反射，好象不存在异质薄层一样，无法正确判断缺陷的存在。这两种情况产生的机率如同五百万彩票的中奖机率一样渺小。对于垂直于轴承轴线的片状缺陷，穿透法和单直探头反射法均无法检出，只能用斜探头进行探测。但从轴承材料的轧制方式来看，产生这种缺陷的可能性不大。
　　（3）穿透法探伤比脉冲反射法探伤的灵敏度低。但对于滑动轴承的超声波探伤，穿透法波形简单，适合于批量大、效率高的滑动轴承的生产。穿透法无法对缺陷进行定性的判断，小缺陷判断困难。脉冲反射法的波形相对较复杂，对探伤人员判断缺陷的能力要求较高。但反射法对缺陷的具体情况反映较明显。
　　（4）现用穿透法调人工缺陷波形高5%时，抑制量较大。抑制的启用改变了仪器的垂直线性和动态范围。垂直线性的改变影响到对探伤缺陷的定量；抑制作用越大，仪器动态范围越小，从而在实际探伤中有漏掉小缺陷的危险。从理论上分析，在滑动轴承用穿透法探伤时，要求不能有大于或等于φ2mm平底孔当量直径的缺陷，在调探伤灵敏度时不必调节结合良好部分的波形，只须将同类型、同材质轴承人工缺陷部分的波形调至满屏的80%作为此时的探伤灵敏度，当发现被探测轴承中有穿透波的波高低于或等于满屏的80%时，即为超过标准的结合不良或合金内有≥φ2平底孔当量直径的缺陷。穿透波高度高于80%的区域为良好区域。在实际探伤中，结合完好区与φ2平底孔的穿透波高相差甚小，缺陷判断困难。所以利用【抑制】增大两者的波高差。
　　（5）由于合金层厚度δ≤1mm，现有的探伤设备（CTS-22）无法将合金表面反射波与结合面反射波明显区分开。超声波探伤要同时反映合金内缺陷和结合面强度比较困难，一般情况下将合金内缺陷均视为结合面不良。具体判断方法见2.5和3.4。
　　（6）滑动轴承的超声波探伤属于非平直的薄板探伤。滑动轴承生产单位大批量、高效率生产，一般采用水浸式自动探伤方法。使用单位可采用接触式探伤，但对探头有形状上的要求，探头接触面的曲率半径应与轴承曲率半径一致。双晶直探头采用了延迟块，缩短了近场区长度，探伤时只须将探头焦距定在轴承上即可。单晶直探头探伤时，水浸反射法必须要求控制水层的厚度H。首先要避开盲区和超声场的近场区探伤。接触法探伤中，盲区大小相对重要一些。盲区大小由仪器和探头的组合性能决定，一般要求盲区小于或等于7mm。在近场区内，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高，这样容易引起误判，甚至漏检。因此尽量将盲区和近场区放在水中。根据GB/T 18329.1-2001选择探头频率f=10MHz，晶片尺寸Ds=6mm的探头，水中近场区长度
　　（7）由于存在不确定反射波和透射波，所以超声波探伤不适用于距轴承边缘、油孔和油槽边缘半个压电晶体直径范围内的区域。对于这此区域的状态评定，可根据ISO 4386-3的规定执行。
　　2　水浸穿透法超声波探伤
　　2.1【深度范围】置于50mm档；【工作方式选择】置于一发一收状态档。调节探头组的位置，使被探轴瓦位于探头发射极与接收极的中间位置。发射探头及接收探头与被探轴承表面间水层厚度均不大于20mm(TB 1659-85之规定)。
　　2.2 探伤试块
　　用结合完好的同类型轴承，在合金层侧大于距边缘20mm范围内钻φ2mm平底孔，深度以刚好将合金去掉为宜，并用合金材料(或相近于合金声阻抗特性的材料)将孔封填。
　　2.3探伤灵敏度调整
　　利用衰减器和【增益】旋钮将人工缺陷试块结合良好区域的波形高度调至满屏刻度的80%。此时不动衰减器和【增益】，利用【抑制】旋钮将φ2mm人工缺陷处的波形高度调至满屏刻度的5%。即为探伤灵敏度。
　　2.4 调整【聚焦】旋钮，使波形聚焦至Z清晰为止。
　　2.5缺陷的判断
　　在探伤过程中，当超探仪的波形闪烁时（对口面闪烁除外），立即停止回转盘（回转盘停止后探头组运行自然停止）。倒回闪烁位置，手动回转工件，确认波形高度。当定义域不太明确时，分别上、下探头组少许，再手动回转工件，确认其波形。如果波形高度低于荧屏满幅刻度的5%时，即判定为局部结合不良或合金内缺陷，该轴瓦报废。对于边缘部位因受轴承几何形状改变所引起的波形正常降低，不判为缺陷。
　　3　水浸脉冲反射法超声波探伤
　　这种探伤方法分为背壁反射波检测和无背壁反射波检测。其中背壁反射波检测又包含根据结合面反射波与背壁反射波的相对高度检测和根据背壁反射波高度的衰减的检测两种。
　　3.1水层厚度（探头与被检轴承之间的距离）
　　根据1-(6)选取水层厚度为65mm。
　　3.2探伤试块
　　背壁反射波检测时，使用符合ISO 2400或ISO 7963规定的基准块校准检验仪器的扫描以使显示屏上获得至少两次背壁反射波(接触法)。无背壁反射波检测时，基准块是用单层轴承合金材料制成，其厚度约等于轴承合金层厚度。
　　3.3时基线的调整
　　当从衬背侧探伤时，显示屏上会出现入射面(钢背表面)反射波SⅠ、复合界面反射波SⅡ和背壁反射波（底波）B三个波形。仪器按1：2调节扫描速度。利用【深度范围】、【深度细调】和【水平】（【延迟】）旋钮将次入射面反射波SⅠ调至显示屏10mm处，如果被探测轴瓦的厚度为8mm，合金层厚度为1mm，则将底波B调至显示屏26mm处，此时的SⅡ的位置即为结合面的位置，S Ⅱ和B之间的距离为2mm。由于受脉冲宽度的影响，SⅡ和B之间无明显界线。出现在SⅠ和SⅡ之间的反射波为钢背内的缺陷回波FⅠ，出现在SⅡ和B之间的反射波为合金内的缺陷回波FⅡ。当从合金层一侧探伤时，调节方法与之类似。
　　3.4灵敏度的调整
　　（1）无背壁反射波检测时，关闭扫描【抑制】旋钮（逆时针旋转至零位），此时如果杂波太多，则右旋【抑制】排除杂波即可。利用衰减器和【增益】旋钮将基准块的基准反射波高度调至荧屏满幅的80%为探伤灵敏度。
　　（2）背壁反射波检测时，【抑制】同上。利用衰减器和【增益】旋钮将次背壁反射波高调至荧屏满幅的80%为探伤灵敏度。
　　3.5缺陷的判别
　　（1）无背壁反射波检测时，用基准块产生的基准反射波评价轴承的结合质量。如果次结合面反射波低于基准反射波则说明结合良好。如果次结合面反射波高于或等于基准反射波，则说明结合有缺陷。如果信号变得不规则或发散，说明合金内有疏松等缺陷。
　　（2）背壁反射波检测时，出现在次背壁反射波之前的中间反射波的位置则表示结合缺陷或材料缺陷的位置。然后根据背壁反射波的衰减程度来判定缺陷的严重程度。当次背壁反射波高度等于或小于50%显示屏高度时就表示出一个显著缺陷，当背壁反射波完全消失，并有复合界面反射波时，说明有脱接。
　　（3）结合面反射波与背壁反射波的相对高度检测时，滑动轴承（钢/铝基合金）底波B与复合界面SⅡ（复合良好）反射波的dB差的理论计算值为上式中r为复合界面的声压反射率，，z1、z2分别代表钢中与合金中的声阻抗，z1=45×106kg/mm.s，z2=17.3×106kg/mm.s；为底面声压反射率， ，z3代表水中的声阻抗，z3=1.48×106kg/mm.s。在实际探伤中，如果测量值明显大于理论值，则说明该复合材料存在脱接。当两者相差甚小时，说明复合良好。从波形高度上判断，由20lg（HB/HSⅡ）=3.6dB可得出HB/HSⅡ≈1.51。理论上如果底回波的波高HB调至满屏的80%，则复合界面的回波高度HSⅡ应在满屏的53%处。在实际探伤中，底回波越低、复合界面回波越高，则说明缺陷越严重。在底波与界面波之间的中间反射波，则表示出合金内存在缺陷。
　　4　参考文献
　　（1）《超声波探伤》，由全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会组织编写。
　　（2）GB/T 18329.1-2001滑动轴承 多层金属滑动轴承结合强度的超声波无损检验。
　　（3）TB 1659-85内燃机车柴油机钢背铝基合金双金属轴瓦超声波探伤。
服务热线：15618632192 / 15618783363
版权所有 © 上海堃旌轴承有限公司      ICP备：沪ICP备18003889号