状态监测之铁谱诊断技术-深圳市亚泰光电技术有限公司

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状态监测之铁谱诊断技术
发布日期：2019-07-02
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      在各种机械设备中，由于金属表面间的相对运动使摩擦副表面不断产生大量的磨削碎片和微粒，即磨损颗粒。对于有润滑油的摩擦副，磨损颗粒会进入润滑油中，其数量、尺寸、外貌、成分等却反映了不同的磨损方式和磨损过程，这些为分析诊断机械设备的运行状态提供了依据。
      目前，应用铁谱技术来分析机器的磨损状态，主要是从以下四方面来进行的：
     (1)根据主要磨粒的形成、颜色和尺寸等特征来判定机器（及有关零部件）所处的磨损阶段以及相应阶段发生的磨损类别（如疲劳、剥落、腐蚀等）及其磨损的程度；
   (2)根据磨损量（即磨损曲线）对机器的磨损进度进行量的判断；
   (3)根据磨损严重性，确定机器磨损的剧烈程度；
   (4)根据磨粒的材质成分来判断机器磨损的具体部位及磨损零件。
    由此可见，铁谱技术是一项技术性较高、涉及面较广的磨损分析与状态监测技术。

     二、铁谱的定性分析
   铁谱定性分析是使用铁谱显微镜对铁谱片上沉淀的颗粒进行形状、尺寸大小、形貌和成分的分析，建立磨损状态类型与磨损颗粒形态的相互关系，判别摩擦副的磨损程度以确定失效情况和磨损部位。
     根据不同的金属零件，磨损颗粒按其产生的方式可分以下几类。
     1．钢铁磨损颗粒
     钢或合金组成的摩擦副在运动中产生的颗粒，按其磨损情况、颗粒尺寸和形貌分为三大类，即摩擦磨损颗粒、切削磨损颗粒、滚动疲劳磨损颗粒。根据磨粒形成的机理，将它的形貌特征列于后面表中。

        2．轴承合金磨屑
        由于轴承合金没有磁性，因此，在铁谱片上不按磁场方向排列，以不规则方式沉淀，大多数偏离铁磁性颗粒链，或处在相邻两链之间，它们的尺寸沿谱片的分布与铁磁性颗粒从大到小有序排列有着明显的区别。
         (1)铜合金
        铜合金有特殊的红黄色，因而易于识别它们。一些金属颗粒的回火色容易与铜合金颗粒相混淆，然而铁颗粒具有磁性，可与铜区分开来(铁颗粒在磁力链上)。
        (2)铅、锡合金
        在铁谱片上经常可以看到许多游离的铅、锡合金磨屑，由于这类合金具有良好的塑性，故它们的形成机理是擦伤后的辗片而不是剥落。在铁谱上看到铅、锡合金磨屑往往已被氧化。
        3．铁的氧化物
        铁的氧化物可大致分为红色和黑色两种。铁谱片上出现红色氧化物，表明润滑系统中有水分存在，红色氧化物是铁和氧在常温下反应的最终生成物。如果铁谱片上出现黑色氧化物，说明系统润滑不良，在磨屑生成过程中曾出现过高热阶段。
      4．润滑剂的变质产物和摩擦聚合物
         (1)腐蚀磨屑
         (2)摩擦聚合物    由于润滑剂在临界接触区受到超高的应力作用而产生的。
         (3)二硫化钼     二硫化钼是一种有效的固体润滑剂
      5．污染颗粒
        新油中也会存在少量的颗粒，而对使用过程中混入的污染、尘埃、煤尘、石棉屑、过滤器材料等，应根据实际情况具体加以识别。
     为了更进一步对铁谱片进行判读，获得更多的信息，有时会采用对铁谱基片加热分析的方法。该检测法是通过对铁谱片进行加热处理，然后借助磨屑的回火颜色不同来鉴别其磨屑的材料成分，从而判定机器发生磨损的具体部件。这种检测方法对分析、判别多部件磨损工况下润滑油中各类材质的磨屑成分是一种极为有效的方法。目前已能通过该技术成功地对铁谱片上的铸铁、低合金钢、不锈钢等多种金属磨屑材料进行鉴别。如将铁谱片加热到330℃（时间为90s），低碳钢磨屑变为调和的蓝色，铸铁屑会变为淡黄色，而铝、铬和铅屑仍为白色，甚至加热到500℃，铬、铅和钼等仍为白色。
        铁谱片加热分析法的具体程序是：将铁谱片置于标准的实验室加热板上，然后放入高温烘箱，利用表面温度计测温，加热至选定的温度，加热时间为90s，待铁谱片冷却后在铁谱显微镜下用白色反射光和绿色透射光进行观察和拍照。然后比较各种加热温度下的磨屑回火颜色（表2），对磨屑进行材料的识别。
表2 铁谱片加热检测举例（加热时间90s）

         采用铁谱片加热分析法时应注意，通常回火颜色只在铁谱片的入口区大磨屑沉积部位才能显示，而在50mm处以下的小磨屑由于某些原因影响，一般不显示回火颜色。

          某炼化公司挤压造粒机铁谱故障诊断报告
          某炼化公司的挤压造粒机，技术人员在巡检设备时发现润滑油变黑，润滑油的色度与新油有很大的差异，凭借丰富的设备管理经验，可以断定该设备异常运转。为了得到更加可靠和有说服力的数据，该技术人员进而使用了测振、频谱分析、测温等检测手段，但检测的结果却令人吃惊，设备运转正常。由于缺乏科学的数据，一方面设备还是照常运行，另一方面该技术员把油样邮寄给深圳亚泰，让该公司的油液诊断专家帮忙查找设备的故障原因。
         炼化挤压造力机分析铁谱检测，谱图如下：
        1、疲劳磨损图谱：

         分析：磨粒尺寸在30um以上，属于严重的疲劳磨损，一般而言疲劳磨损磨粒在15um以下属于正常磨损。
         结论：设备润滑不良，过载、寿命
         2、粘着磨损图谱

        分析：此磨粒周围表面发黑，铁、钢在高温下氧化，形成黑色的四氧化三铁，磨粒也在30um以上，故此磨粒粘着磨损严重。
        结论：由于润滑严重不良或过负载导致摩擦副直接接触产生高温，温度偏高产生四氧化三铁。粘着磨损的主要成分是铁。

       3、正常磨损图谱

       该机器正常磨损在15um，片状颗粒图谱。

      4、疲劳磨损谱片加热前与加热后对比图
       分析：铸铁磨粒加热后颜色不会发生变化还是黄色
       钢磨粒加热颜色会变蓝（钢淬火表面是蓝色）
       结论：此齿轮表面发生了严重的疲劳磨损(齿轮一般由铸铁构成，轴承一般是不锈钢)，排除了轴承疲劳磨损的可能。
       5、粘着磨损谱片加热前与加热后对比图
       分析：加热后磨粒颜色没有发生变化
      结论：在此证明此粘着磨损颗粒属于铸铁，齿轮存在严重的磨损。
      综合以上图谱信息诊断结论如下：
     由于润滑不良，或者超负荷运行，导致齿轮过度疲劳，形成大量、严重的疲劳磨损、粘着磨损，使得该机器处于严重的异常磨损状态。建议立即停机，对齿轮箱进行检修。

      由于诊断信息的及时反馈，避免了一次重大事故的发生。挤压造粒机解体检修如下图：齿轮断裂

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