鐵譜分析技術(shù)及其在設(shè)備故障診斷上的應(yīng)用

陳雷 陳潤(rùn)剛

摘要：本文闡述了鐵譜技術(shù)的原理、檢測(cè)方法、磨粒類別。結(jié)合與鐵譜類似的檢測(cè)分析技術(shù)（光譜、顆粒計(jì)數(shù)）進(jìn)行原理及檢測(cè)范圍的對(duì)比分析，明確說(shuō)明了三種檢測(cè)技術(shù)的利弊。著重介紹了鐵譜分析技術(shù)的原理與檢測(cè)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(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鐵譜技術(shù)；光譜技術(shù)；顆粒計(jì)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(guò)對(duì)油潤(rùn)介質(zhì)中的各類微粒的觀測(cè)、分析來(lái)判斷機(jī)械的潤(rùn)滑、摩擦、磨損工況正常與否，是進(jìn)行設(shè)備潤(rùn)滑工況故障診斷的有力工具之一。由于潤(rùn)滑故障占機(jī)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(shí)別分析數(shù)字化還未能成功地應(yīng)用于實(shí)際的今天，采取鐵譜圖譜分析軟件來(lái)滿足現(xiàn)實(shí)的需求就成為一種途徑。

1.微粒檢測(cè)方法——鐵譜、光譜、顆粒計(jì)數(shù)

1.1 鐵譜、光譜、顆粒計(jì)數(shù)三種技術(shù)原理

雖然這三種分析技術(shù)都是用來(lái)檢測(cè)油液污染程度的，但原理截然不同。

1.1.1 顆粒計(jì)數(shù)技術(shù)原理

油液中的微粒經(jīng)過(guò)顆粒計(jì)數(shù)儀的激光照射區(qū)，將通過(guò)照射區(qū)的某一截面尺寸記錄下來(lái)，作為該微粒的粒度計(jì)數(shù)，記錄尺寸范圍是1～100微米，大于100微米者沒(méi)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)NAS1638輸出測(cè)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(guò)光譜的作用，以ppm作為（百萬(wàn)分之一）計(jì)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(cè)試數(shù)據(jù)主要表達(dá)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(guò)高梯度磁場(chǎng)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(cè)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(gè)尺寸范圍的微粒群與潤(rùn)滑、摩擦、磨損有關(guān)，通過(guò)微粒的形態(tài)不同來(lái)判斷磨損類型。

1.2鐵譜、光譜、顆粒計(jì)數(shù)三種技術(shù)手段的檢測(cè)范圍

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

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

C.鐵譜對(duì)5～300μm的顆粒能有效檢測(cè)，主要檢測(cè)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(diǎn)，既可獨(dú)立又可以互為補(bǔ)充，諸多方法綜合起來(lái)進(jìn)行油品的全面監(jiān)測(cè)是值得提倡的思路。

2.鐵譜技術(shù)的檢測(cè)方法與微粒分析

2.1鐵譜技術(shù)的檢測(cè)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(cè)和拍攝、存儲(chǔ)、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(méi)有擠壓，微粒不會(huì)變形；移液管可更換、清洗，避免器皿自身污染；操作簡(jiǎn)單、制譜快捷。

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

2.1.3顯微觀測(cè)和拍攝、存儲(chǔ)、顯微鏡下的微粒分析

利用鐵譜雙光顯微鏡對(duì)鐵譜片進(jìn)行觀測(cè)、拍攝、存儲(chǔ)、分析。低倍下，首先看到的是排列整齊的微粒群，因磁場(chǎng)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(gè)體顆粒再次放大到400～600倍觀測(cè)，能看到邊界和表面形貌，測(cè)量它們的各個(gè)方向的尺寸，測(cè)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(lái)分門(mén)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(jī)械工況的參與者，帶有潤(rùn)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(rùn)滑系統(tǒng)其它機(jī)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(duì)象是第1、2類微粒。在顯微鏡下，首先判斷機(jī)械摩擦付的運(yùn)行狀況是否處于正常；然后對(duì)異常磨粒做進(jìn)一步分析確認(rèn) 。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(jī)械磨損的階段、磨損的類型、磨損的程度、大致磨損部位。

常見(jiàn)的磨?？煞譃?1種，即正常磨粒、粘著磨粒、滑動(dòng)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(guò)熱磨粒。11種磨粒各有各的形狀特點(diǎn)，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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)著某種磨損狀態(tài)的發(fā)生和發(fā)展，通過(guò)磨粒的形狀特點(diǎn)能夠判斷出磨損類型與故障原因。

3.鐵譜技術(shù)的應(yīng)用

在一次對(duì)煉鋼廠某設(shè)備進(jìn)行潤(rùn)滑油鐵譜分析時(shí)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(dāng)油的潤(rùn)滑能力下降時(shí)，摩擦力變大，使得拉應(yīng)力裂紋擴(kuò)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(huì)產(chǎn)生球狀磨粒，球狀磨粒是設(shè)備迫近故障的早期預(yù)警，這是需要得到有效解決的，否則將會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)行。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鐵譜分析與光譜、顆粒計(jì)數(shù)各有各的特點(diǎn)與適用范圍，在他們適合的檢測(cè)范圍內(nèi)才能最大的發(fā)揮他們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。鐵譜技術(shù)是需要長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累，本文闡述的解決了煉鋼設(shè)備的實(shí)際問(wèn)題，所用的鐵譜分析技術(shù)只是很簡(jiǎn)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(xué)習(xí)與經(jīng)驗(yàn)積累。鐵譜技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠準(zhǔn)確的判斷出磨損部位與原因。這種技術(shù)也是及具推廣價(jià)值的。