滚动轴承故障无损检测技术 第一章 绪论

第一章绪论

1.1引言

无损检测，俗称无损探伤。从这一意义上来讲，它是在不损坏材料的基础上发现人眼不能观测到的材料内部缺陷，并作出该材料是否能进行应用结论的一种特殊检测方法。

材料内部缺陷的探测，实际上只是无损检测中的一种检测方法，在对材料结构以及组成材料的相的分析方面，无损检测也发挥着很大的作用。

工业现代化进程日新月异，高温、高压、高速度和高负荷，无疑已成为现代化工业的重要标志。但它的实现是建立在材料高质量的基础之上的，为确保这种优异的质量，还必须采用不破坏产品原来的形状、不改变使用性能的检测方法，对产品进行百分之百的检测，以确保产品的安全可靠性，这就是无损检测技术。

无损检测技术，是利用物质中因有缺陷或组织结构上的差异存在而会使其某些物理性质的物理量发生变化的现象，以不使被检查物使用性能及形态受到损伤为前提，应用物理的方法，检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构,检查物质内部是否存在不连续性,从而判断被检测物是否合格，进而评价其适用性。无损检测学科几乎涉及到了物理科学中的光学、电磁学、声学、原子物理学以及计算机、数据通讯等学科，在冶金、机械、石油、航空、航天等领域有广泛的应用，并享有现代工业的“质量卫士”的美誉。

随着科学技术的不断发展，许多新的无损检测设备、仪器不断面世以及计算机软件的日趋成熟，给无损检测行业提供了广阔的发展空间，无损检测正朝着多功能、高智能化方面发展。深信在不久的将来，无损检测将得到更加普及的应用。

目前，常用的无损检测技术有：

可视化检测法、液体渗透检测法、磁粉检测法、射线照相检测法、涡流检测法、声波辐射法、超声检测法等。

可视化检测法：

这是无损探伤中广泛使用的一种方法，可以检查焊点及元件的质量好坏，便于实现，无需复杂的装置。因为一些表面状态的缺陷，通过肉眼或借助一些简单的工具，如放大镜来检查，但还需要一定的经验知识。

液体渗透检测法：

通过红色的染色浸透液或黄绿色萤光浸透液从表面的损伤处渗出，来指示损伤。这项技术基于液体在毛细管作用下的深透能力，经过以下几个步骤：

首先，清洁好待测表面，之后施以浸透处理，用毛刷在试验体表面均匀涂抹上浸透液；其次，用水或洗净液，将缺陷以外的试验体表面附着的浸透液除去；接着，在试验体上涂抹显像剂，进行显像处理；最后，观察并对显像剂的指示加以处理、评定。

磁粉检测法：

对于钢或铁这种铁磁性材料的表面或近表面的损伤可以运用这种方法。其原理是基于缺陷处漏磁场与磁粉的相互作用而显示铁磁性材料表面和近表面缺陷。磁粉可以是干燥的也可以是潮湿的、悬浮在液体中的、着色或带萤光的。这种方法主要用于表面的探伤，也可用于浅层表面的损伤。但随着损伤的的深度和类型的变化，其有效性则会受到极大的影响。值得注意的是试样表面的不平和划痕也会对磁力线的走向产生影响，所以在应用这种方法时，应先对表面进行处理。此外，退磁时应尽量保证退磁完全性，否则会导致残存在工件上的磁粉对工件产生磨粒磨损，使工件的寿命大大下降。

射线照相检测法：

基于被检测件对透入射线的不同吸收来检测零件内部缺陷的无损检测方法。放射线的种类很多，X射线、γ射线等。检测时，射线靠近试样，由胶片捕捉到穿过物体材料的射线。胶片经过处理得到了图像，进而对图像进行分析得出结论。选择什么样的射线取决于待测物体材料的厚度。但无论X射线还是γ射线都对人体有害，因此操作者除了必须懂得操作的规程外，还应有有效的保护措施及警告信号。

声波辐射法：

这种方法要探测各种不同条件下的物体发出的“声音”(人的耳朵是无法听到的)，再依据探测的结果得出结论来，这就要使用一个以上的超声波麦克风。测得的声波可以用基于计算机的分析系统进行分析。但由于物体的摩擦运动，损伤的生长，由于腐蚀等原因引起的材料变化等等，都会带来噪声。

声波辐射法的优点在于从几个点可以对整体的结构进行检测，连续的检测与报警都是可能的，只要释放出足够的能量，很微小的变化也能够测出。比如：

输送管道、储油罐、光纤的结构、焊接的监视、生物及化学的变化的检测等。

超声检测法：

利用超声波在介质中传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法，并以检测灵敏度高、声束指向性好、对裂纹等危害性缺陷检出率高、适用性广泛等优点至今在无损检测领域中占有重要的地位。

在计算机技术的介入下，超声成像技术异军突起，使超声检测技术向数字成像自动化方向发展。与射线法相比，超声波法具有很多的优点：

首先它具有很强的穿透力；其次，对于很小的伤痕，也能够准确地测出来并进行定位。但是，超声波的纵波脉冲反射法存在盲区，以及缺陷取向对检测灵敏度的影响，对位于表面和非常近表面的延伸方向平行于表面的缺陷常常难于检测，所以它较少用于浅表面的检测。

涡流检测法：

这是一项仅能用于导体的电磁技术。其应用范围很广，从划伤的检测，到依据不同的损伤、不同的尺寸、不同的材料来对小的试样进行分类。

当通有交流电的线圈接近被检导体，由于电磁感应作用，线圈产生的交变磁场会导体中产生涡流，该涡流的分布及大小除了与激磁条件有关外，还与导电体本身的电导率、磁导率、导电体的形状与尺寸、导电体与激磁线圈间的距离、导电体表面或近表面缺陷的存在或组织变化等都有密切关系。同时，该涡流也会产生交变磁场，涡流磁场会影响线圈磁场的强弱，进而导致线圈电压和

阻抗的变化。导体表面或近表面的缺陷，将会影响涡流的强度和分布，涡流的变化又会引起检测线圈电压的变化，根据这一变化可以推知导体中的缺陷的存在。

1.2滚动轴承裂纹的影响

滚动轴承是载运工具机构中的重要基础元件，它对于机构的运动、做功和发挥机械功效具有直接的制约功能。滚动轴承由套圈、滚动体和保持架组成。在影响轴承产品质量的各种因素中，套圈、滚动体和保持架的裂纹是轴承失效的重要形式之一，是不可挽救的缺陷。

结构在加工制造和长期使用过程中，由于各种原因常会对结构的材料产生某些损伤。在制造生产过程中应该竭力避免存在裂纹的轴承零件进入下一道工序。

轴承裂纹的类型有：

原材料裂纹、锻造裂纹、锻造及冲压折迭裂纹、车加工尖角裂纹、淬火裂纹、磨削裂纹。

裂纹是轴承滚子生产中主要缺陷之一，其形式主要有三种，一是材料裂纹，轴向贯穿滚子表面，裂纹深且长；二是淬火裂纹，在滚子表面周向分布，裂纹浅短不易发现；三是严重脱贫碳或磨削烧伤形成的表面龟裂[1]。

由于裂纹的成因和形式的多样性，准确、高效和无后续不良影响的检测方法成为保证产品质量和企业效益的重要手段。

此外，轴承在使用中的过程中，由于主要承受的交变载荷,随着结构的使用，在不断的应力循环作用下，原始损伤将生长成为微裂纹，在一定条件下这些微裂纹逐渐扩展生长成为宏观裂纹并导致结构的断裂破坏。统计资料显示，由疲劳裂纹所导致的破坏是结构破坏的主要形式，并往往造成重大的人身伤亡和财产损失事故，对国民经济损失巨大。

由于疲劳裂纹对结构所造成的极大危害性，在结构中进行裂纹检测就显得极为重要。注意到在结构中，由于裂纹的存在，在结构的某部分形成了一定的损害，从而使该结构的刚度比没有裂纹时有所下降，其结果就是结构的自然频