鐵譜分析技術(shù)及其在設(shè)備故障診斷上的應用

陳雷 陳潤剛

摘要：本文闡述了鐵譜技術(shù)的原理、檢測方法、磨粒類別。結(jié)合與鐵譜類似的檢測分析技術(shù)（光譜、顆粒計數(shù)）進行原理及檢測范圍的對比分析，明確說明了三種檢測技術(shù)的利弊。著重介紹了鐵譜分析技術(shù)的原理與檢測方法，并敘述了鐵譜技術(shù)在武鋼煉鋼廠某設(shè)備的故障分析中起到的作用。鐵譜分析技術(shù)能夠很直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障類型，極具推廣應用價值。

關(guān)鍵詞：鐵譜技術(shù)；光譜技術(shù)；顆粒計數(shù)；煉鋼；設(shè)備；故障；微粒；磨損

前言

鐵譜分析技術(shù)是通過對油潤介質(zhì)中的各類微粒的觀測、分析來判斷機械的潤滑、摩擦、磨損工況正常與否，是進行設(shè)備潤滑工況故障診斷的有力工具之一。由于潤滑故障占機械故障的50%以上，因此鐵譜分析技術(shù)就有了發(fā)揮作用的天地。在磨粒識別分析數(shù)字化還未能成功地應用于實際的今天，采取鐵譜圖譜分析軟件來滿足現(xiàn)實的需求就成為一種途徑。

1.微粒檢測方法——鐵譜、光譜、顆粒計數(shù)

1.1 鐵譜、光譜、顆粒計數(shù)三種技術(shù)原理

雖然這三種分析技術(shù)都是用來檢測油液污染程度的，但原理截然不同。

1.1.1 顆粒計數(shù)技術(shù)原理

油液中的微粒經(jīng)過顆粒計數(shù)儀的激光照射區(qū)，將通過照射區(qū)的某一截面尺寸記錄下來，作為該微粒的粒度計數(shù)，記錄尺寸范圍是1～100微米，大于100微米者沒有具體數(shù)字顯示，從數(shù)量上了解油液中微粒數(shù)量和粒度分布即油的清潔狀況。以國際標準NAS1638輸出測試數(shù)據(jù)。

1.1.2 光譜技術(shù)原理

高壓電弧將油液中的金屬微粒熔化，成為金屬元素，通過光譜的作用，以ppm作為（百萬分之一）計量各種金屬元素濃度含量的單位，由于高壓電弧不能熔化較大的金屬顆粒，故測試數(shù)據(jù)主要表達了油液中10微米以下金屬微粒的元素含量

1.1.3 鐵譜分析原理

通過高梯度磁場的作用，將油液中的各類微粒以一定的規(guī)律有序排列，在高倍顯微鏡下，能觀測到各類微粒的表面形態(tài)，能看到的微粒粒度范圍在5～300微米之間，這個尺寸范圍的微粒群與潤滑、摩擦、磨損有關(guān)，通過微粒的形態(tài)不同來判斷磨損類型。

1.2鐵譜、光譜、顆粒計數(shù)三種技術(shù)手段的檢測范圍

A.光譜對1～10μm的顆粒能有效檢測，主要檢測顆粒元素成分，判斷什么材質(zhì)的部件磨損。

B.顆粒計數(shù)對1～100μm的顆粒能有效檢測，主要檢測顆粒數(shù)量，判斷磨損的程度和油液的污染程度。

C.鐵譜對5～300μm的顆粒能有效檢測，主要檢測顆粒表面形態(tài)，包括數(shù)量、粒度、表面形貌、基本材質(zhì)、磨損類型及程度，有效判斷磨損的類型與原因。

它們各有特點，既可獨立又可以互為補充，諸多方法綜合起來進行油品的全面監(jiān)測是值得提倡的思路。

2.鐵譜技術(shù)的檢測方法與微粒分析

2.1鐵譜技術(shù)的檢測方法

鐵譜技術(shù)的主要內(nèi)容（三步驟）： 采集有代表性的油樣；操作鐵譜儀、精制鐵譜片；顯微觀測和拍攝、存儲、顯微鏡下的微粒分析。

2.1.1采集有代表性的油樣

首先將油樣按1﹕3～1﹕10的比例稀釋（具體比例根據(jù)油的受污染程度）、配制，把用作制譜的油稱為樣油

2.1.2操作鐵譜儀、精制鐵譜片

我們常用的制譜儀是TPLR-1型分析制譜儀。該儀器移液速度可以自行設(shè)定；輸送樣油沒有擠壓，微粒不會變形；移液管可更換、清洗，避免器皿自身污染；操作簡單、制譜快捷。

利用制譜儀精制鐵譜片時首先將配制好的樣油以一定的速度送入磁場上方的鐵譜片上；油樣流經(jīng)鐵譜片，油中的微粒在磁場的作用下被分離出來并有序排列，廢油流入儲存油杯；待制譜完成后等譜片干后再進行顯微鏡觀察。

2.1.3顯微觀測和拍攝、存儲、顯微鏡下的微粒分析

利用鐵譜雙光顯微鏡對鐵譜片進行觀測、拍攝、存儲、分析。低倍下，首先看到的是排列整齊的微粒群，因磁場的作用，它們排成“鏈狀”在200～400倍的高倍下，可清楚地看到微粒的基本形態(tài)。將個體顆粒再次放大到400～600倍觀測，能看到邊界和表面形貌，測量它們的各個方向的尺寸，測量單位μm。在顯微鏡下，形態(tài)各不相同的微粒展現(xiàn)在你的眼前，盡管如此，仍可以依據(jù)它們產(chǎn)生的原因不同來分門別類，加以描述。

2.2鐵譜技術(shù)的微粒分析

這里的微粒是指沉淀在鐵譜片上所有的顆粒，它們是機械工況的參與者，帶有潤滑、磨損的重要信息。

這些微粒的出處不同，大致分為三類：

（1）由摩擦付的磨損產(chǎn)生的微粒，又叫磨粒，材質(zhì)多為金屬。

（2）潤滑系統(tǒng)其它機理產(chǎn)生的微粒，有金屬也有非金屬

（3）外界的污染微粒，大多數(shù)是非金屬。

鐵譜分析的主要對象是第1、2類微粒。在顯微鏡下，首先判斷機械摩擦付的運行狀況是否處于正常；然后對異常磨粒做進一步分析確認 。磨粒分析包括內(nèi)容主要是磨粒數(shù)量、磨粒尺寸分布、磨粒形貌、特征、磨粒材質(zhì)成分。從而可以判斷出機械磨損的階段、磨損的類型、磨損的程度、大致磨損部位。

常見的磨粒可分為11種，即正常磨粒、粘著磨粒、滑動磨粒、硬質(zhì)切削磨粒、磨料磨損磨粒、層狀磨粒、片狀疲勞磨粒、球狀磨粒、氧化磨粒、腐蝕磨粒、過熱磨粒。11種磨粒各有各的形狀特點，都以自己鮮明的表面特征區(qū)別于其它磨粒。每一類型磨粒代表一種與之對應的磨損形式有他特定的形成條件。每一類型磨粒的發(fā)生和發(fā)展對應著某種磨損狀態(tài)的發(fā)生和發(fā)展，通過磨粒的形狀特點能夠判斷出磨損類型與故障原因。

3.鐵譜技術(shù)的應用

在一次對煉鋼廠某設(shè)備進行潤滑油鐵譜分析時發(fā)現(xiàn)異常磨粒：包括片狀疲勞磨粒、粘著磨粒和球狀磨粒。產(chǎn)生的三種異常磨粒之間是存在因果關(guān)系的。當油的潤滑能力下降時，摩擦力變大，使得拉應力裂紋擴展產(chǎn)生疲勞磨粒，疲勞磨粒脫落后形成粘著磨粒，而軸承的疲勞裂紋則會產(chǎn)生球狀磨粒，球狀磨粒是設(shè)備迫近故障的早期預警，這是需要得到有效解決的，否則將會影響設(shè)備正常運行。

4.結(jié)束語

綜上所述，鐵譜分析與光譜、顆粒計數(shù)各有各的特點與適用范圍，在他們適合的檢測范圍內(nèi)才能最大的發(fā)揮他們的技術(shù)優(yōu)勢。鐵譜技術(shù)是需要長期的經(jīng)驗積累，本文闡述的解決了煉鋼設(shè)備的實際問題，所用的鐵譜分析技術(shù)只是很簡單、很淺顯的。要想真正的了解、掌握鐵譜技術(shù)還是需要不斷的學習與經(jīng)驗積累。鐵譜技術(shù)在實際應用中能夠準確的判斷出磨損部位與原因。這種技術(shù)也是及具推廣價值的。