鐵譜加熱分析法診斷機械故障探究張玉婷，李 佳，李 健（大慶石化公司檢測公司設備監測診斷中心，黑龍江 大慶 163714）摘 要：本文闡述了鐵譜片加熱分析法的原理。通過加熱鐵譜片在顯微鏡下觀察滾動軸承和齒輪磨損磨粒在不同溫度下的回火色，比較分析可以發現鐵譜片加熱到375以上時，滾動軸承磨損磨粒與齒輪磨損磨粒表面回火色存在較明顯的區別。這一方法對于既有滾動軸承又有齒輪的機械設備，可以有效判斷故障來源，結合其他機械設備故障診斷方法，能夠提高診斷的準確率。關鍵詞：鐵譜技術；加熱分析；故障診斷；磨損1概述1.1研究背景我國自20世紀80年代初開始，在不斷學習、吸收發達國家先進經驗的基礎上，對設備故障診斷技術1從理論到應用做了大量的研究和開發工作，取得了巨大的成就，并迅速在化工、石化、電力、鋼鐵和航空等部門獲得了應用。該技術的發展與應用，極大地節省維修費用，減少停機損失，使企業的經濟效益最大化。 設備故障診斷技術主要以振動監測及潤滑油監測為主。潤滑油監測較振動監測也具有重要的作用。通過對潤滑油采樣和分析處理，就能取得設備各摩擦副的磨損狀況信息，從而對設備所處工作狀態作出科學的判斷。目前國內外在利用油樣分析診斷機械故障的方法中，鐵譜分析技術和光譜分析技術應用比較廣泛。采用鐵譜分析油樣能夠直觀的反應磨損顆粒的數量、顆粒分布、形態和成分等多種信息。其中鐵譜片加熱分析法是鐵譜分析技術中識別磨粒合金成分十分有效的手段。1.2鐵譜片加熱分析法的基本原理鐵譜片加熱分析法2主要利用了金屬材料在不同的溫度下回產生不同顏色的回火色這樣一個自然現象。而這一自然現象則源于金屬材料氧化膜的生長這一化學過程和在氧化膜厚度上形成光的干涉這一物理效應，見圖1。假設圖中的磨粒由鐵系金屬組成。在常溫下，鐵系材料與空氣接觸，就會發生氧化反應。通常，這個氧化膜極薄而使肉眼不可分辨。當鐵系材料處于加熱狀態并高于200時，表面膜會進一步生長，其厚度和光學特性趨于均勻。假設其厚度為，當光線照射在磨粒上時，首先有一部分光能被氧化膜表面上反射，形成圖中的光束1。而另一部分光能穿過氧化膜，經材料基體表面反射后返回空氣，形成圖中的光束2。根據物理光學原理，這兩束光因有2的光程差而相互有了相位差。再度合成后，必然會發生干涉現象。如果照射在磨粒上的光是含有各種波長的白光，則其中某種顏色的光若其波長符合光程差等于半波長奇數倍的條件時，此顏色光經磨粒表面反射后將消失。這個條件可寫成 (k=0,1,2)整理后有 (k=0,1,2) 式中 氧化膜厚度；光的波長；n氧化膜的折射率。該式說明，當磨粒表面氧化膜的厚度恰恰等于某一單色光1/4波長的奇數倍時，其表面就呈現出該單色光的互補色。例如，當氧化膜的厚度是藍/紫色1/4波長即約0.038m時，磨粒表面呈草黃色。當氧化膜增厚，是波長較長的紅/橙色光1/4波長即約0.055m時，磨粒表面呈黃色。不同材質金屬表面氧化膜生長速度是不一樣的。因此可以根據加熱后同一溫度下金屬材料表面的顏色來判斷材料的合金屬類。這就是鐵譜片加熱分析法的原理。圖1 磨粒表面形成回火色示意圖1.3試驗意義目前的鐵譜片加熱分析技術可以通過加熱制好的譜片至330區分出鐵系金屬和有色金屬。鐵系金屬進一步還可以區分出鑄鐵和低碳鋼；有色金屬可以進一步區分出巴氏合金、銅以及一些白色有色金屬。但是對于既有滾動軸承又有齒輪的設備，出現異常狀況后通過潤滑油檢測其故障根源，僅在顯微鏡下觀察磨粒形貌，特別是在譜片上磨鏈分布密集的情況下，很難區分出譜片上磨粒是來源于滾動軸承還是齒輪。本文通過鐵譜片加熱分析法將制好的譜片加熱至不同的溫度，觀察比較滾動軸承和齒輪磨損磨粒表面回火色的變化。2試驗過程2.1試驗條件（1）加熱設備：可調式封閉電爐；（2）加熱溫度3（）：20010，27510，33010，37510，40010，48010，54010；（3）保溫時間（s）：每個溫度檔90，共計630；（4）冷卻方式：自然冷卻；（5）觀察設備：鐵譜顯微鏡；（6）照明方式：白色反射光，綠色透射光。2.2試驗方法將滾動軸承嚴重磨損的擠壓機使用的潤滑油和齒輪嚴重磨損的混煉機使用的潤滑油分別制成譜片，置于鐵譜顯微鏡視場下，仔細觀察以備比較。電爐由室溫開始加熱，當溫度到達200 時，電爐恒溫，將兩個鐵譜片放在電爐上，保溫90s，取下譜片，自然冷卻。待鐵譜片溫度降至室溫后，將鐵譜片放在鐵譜顯微鏡載物臺上進行觀察，與加熱前的同一視場進行比較。按照試驗設置的七檔溫度，重復以上操作。3試驗結果與分析工業生產中，通常滾動軸承的材質是低合金鋼，齒輪的材質是碳素鋼或低合金鋼。表1與表2分別列出了試驗中兩組鐵譜片加熱至不同溫度后磨粒表面的回火色。表1 滾動軸承磨損磨粒在不同溫度下的回火色回火溫度/回火色200無明顯變化，局部磨粒發黃275淺黃色330大部分磨粒橘紅色，局部藍紫色375藍紫色/藍色400藍色480淺藍色540大部分磨粒藍白色，局部淺黃色表2 齒輪磨損磨粒不同溫度下的回火色回火溫度/回火色200失去光澤，灰白色275大部分磨粒深草黃色/橘紅色 ，局部藍紫色330大部分磨粒藍色，局部深黃色/藍紫375大部分磨粒淺黃色，局部藍白色400藍白色480銀灰色540無光澤的銀白色表1與表2進行對比，可以看出鐵譜片加熱至200、275、330，滾動軸承與齒輪磨損磨粒表面回火色符合常規的鐵譜片加熱技術要求即加熱至330碳素鋼或合金鋼磨粒表面的回火色為藍色或藍紫色。從整體看，滾動軸承磨粒較齒輪磨粒的表面回火色具有滯后性，在加熱至375及以上溫度時，可以看出，齒輪磨粒表面回火色趨近于淺色以至無光澤的銀白色，而滾動軸承磨粒表面回火色加熱至540時還具有藍色光澤。以往應用鐵譜片加熱技術通常僅加熱至330來識別磨粒成分，對于既有滾動軸承又有齒輪的設備，在振動監測不能準確定位故障根源的情況下，可以根據鐵譜片加熱法將鐵譜片加熱至375或400進行判斷。4、結論1、鐵譜片加熱至375時，滾動軸承磨粒與齒輪磨粒表面回火色具有明顯區別。2、將鐵譜片加熱至375或400可以區分滾動軸承磨粒和齒輪磨粒，為判斷設備故障來源提供了依據。3、鐵譜片加熱技術結合其他機械設備故障診斷方法，可以提高診斷的準確率。參考文獻：1 沈慶根，鄭