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軸承套圈超聲表面波探傷方法的探討

2018-09-07

作者：陳翠麗

　　摘　要：本文對軸承套圈超聲表面波探傷進行技術分析，闡述了超聲表面波的探傷原理、分析其應用的可能性。通過超聲表面波探傷實驗表明：在軸承不拆卸情況下可有效探傷零件的表面缺陷，并且對軸承的使用不會產生影響，降低軸承質量抽查、復查過程中存在的困難，為關鍵部位軸承的生產、使用、維護及保養(yǎng)提供安全可靠的實用檢測手段。

　　1.超聲表面波探傷應用于軸承檢測時的技術分析

　　在軸承零件實際生產中往往因質量問題而造成批量退貨，雖然裂紋缺陷比例不是太大，但對挑出軸承表面裂紋卻沒有理想的方法。

　　常用的磁粉探傷和滲透探傷方法必須是在軸承拆解為零件后才可應用。上述兩種方法雖然可以挑檢裂紋缺陷，但對于成品軸承而言存在很大的弊端，均存在一些難以克服的缺點。

　　比如，對于滲透探傷法，由于軸承表面油脂滲入表面開口的裂紋處，滲透液無法滲入裂紋處，造成檢查過程中產品漏檢，并且滲透探傷的效率極低，還存在不易清洗的缺點；而磁粉探傷法雖然具有較高的檢測效率，但是根據磁粉探傷的適用范圍，軸承必須先拆卸再清洗，在此過程中易造成軸承零部件（如保持架、密封圈、鋼球）的磕碰及軸承套圈表面磷化膜破壞，影響軸承的外觀質量和使用性能。

　　因此，尋找和選擇一種在不拆卸軸承的條件下，對零件表面缺陷進行分析判斷的無損檢測方法勢在必行，本文根據超聲表面波探傷原理和應用，開展相關實驗研究，表明超聲表面波在成品軸承缺陷檢測中具有廣泛應用前景。

　　2.超聲探傷原理分析及應用的可能性

　　2.1超聲表面波探傷的原理

　　超聲波探傷主要有縱波、橫波和表面波等三種波形，表面波的波長較短檢測靈敏度較高。

　　超聲表面波主要沿介質表面?zhèn)鞑?，在均勻介質中能定向傳播且能量衰減很少，可傳播很遠距離，能量主要集中于距表面深度一個波長，在它傳播的路徑上如果遇到一個細小的缺陷，如氣孔、裂紋等，在金屬與空氣相接觸的界面上就會反射，屏幕上就能顯示這種反射波以此來得到缺陷波信號，這是檢測表面缺陷的一種可靠方法。

　　2.2影響超聲表面波探傷的因素

　?。?）油質的影響，超聲表面波探傷時探頭前面不得有油污，若在反射波傳播的表面涂上油，那么所傳播的波幾乎完全被衰減，如用手指觸壓工件表面也一樣。這是因為在試件的一側為空氣時和有液體存在時波的傳播效應截然不同，并可以理解為超聲表面波的垂直分量在液體層中引起衰減所致。

　　由此可以通過用手按波的傳播表面來判斷表面是否為裂紋或棱邊的反射。

　?。?）棱邊反射，如超聲表面波傳播中遇到工件的棱邊會產生反射波，也有一部能量超過棱邊繼續(xù)傳播。超聲表面波在棱邊上的反射棱邊為直角時，反射率Z高，以棱邊反射的波為基準點可以探圓周方向的缺陷。

　?。?）帶曲率的棱邊反射，如果棱邊有倒角，那么在棱角處會產生反射波。如工件的曲面半徑為r且隨曲率半徑增加，反射回波降低，即可以有更多能量通過圓弧面。成品軸承的超聲表面波檢測就是基于這種傳播原理，以棱邊反射為基準終點可以做縱向缺陷的檢測。

　　2.3超聲表面波探頭選擇

　　對超聲表面波探頭的要求：超聲表面波探頭采用與斜探頭相似的楔塊，當橫波折射角為90°時，即產生超聲表面波。由于超聲表面波的傳播速度較小，波長較短，因此探傷靈敏度較高。

　　2.4掃描范圍調整

　　超聲表面波探傷時掃描速度調整方法與普通斜探頭存在差異。入射點按探頭前沿（即探頭端頭）計算。調掃描比例時，將探頭對準試塊棱邊，回波信號按水平距離調節(jié)成一定比例，一般前后移動探頭，改變L值。

　　例如當L1=20mm，L2=40mm時，利用深度旋鈕，水平旋鈕，調節(jié)水平刻度分別為20、40位置處，以此完成1：1調整。

　　3.超聲表面波探傷在軸承探傷的實際應用

　　通過掌握和分析超聲表面波的原理以及影響因素，進行相關驗證性實驗。

　　實驗結果表明使用超聲表面波探傷，在軸承成品不拆卸的狀態(tài)下實施探傷不會對軸承的使用造成影響，降低成品軸承質量抽查、質量復查過程中存在的困難，為關鍵部位軸承的生產、使用、維護及保養(yǎng)提供安全可靠的實用檢測手段。

　　在實驗中用的表面波探頭的規(guī)格為：
　　頻率2.5MHz、5MHz；
　　晶片尺寸：6×8mm、8×8mm、10×10mm；
　　探頭前沿：≤3mm；
　　靈敏度余量：≥40dB(前沿距棱邊20mm)。

　　下圖1和圖2分別為成品軸承和拆卸后套圈超聲表面波探傷的波形，從圖1和圖2的波形圖可以看出，成品軸承探傷和拆套后軸承套圈探傷的缺陷波形是一致的。

　　圖3是在超聲表面波探傷時確認存在缺陷的成品軸承，外徑表面缺陷照片。通過采用磁粉探傷方法也證實缺陷的存在，將圖3中超聲表面波探傷成品軸承缺陷處在拆套后進行磁粉探傷，從磁粉探傷結果分析，磁痕位于軸承外圈外徑面邊緣位置，磁痕非常細小，如圖4所示，該處磁痕顯示清晰可見。

　　將磁痕擦去后在放大鏡下仔細觀察，可見原磁痕處微細裂紋，不通過外界檢測手段僅用肉眼觀察很難對其進行分辨和確認。

　　對軸承外圈外徑裂紋處進行冷酸擦拭，可見裂紋處外徑面有灰黑色高溫回火燒傷，并且有點狀白亮色二次淬火燒傷分布，如圖5所示，經分析認為裂紋處燒傷應是在研磨加工零件外徑面時產生的。

　　另通過對裂紋處取樣并經冷酸腐蝕后在顯微鏡下觀察，裂紋垂直于表面，裂紋內未發(fā)現材料夾雜物、氧化皮等異物分布，在金相顯微鏡下可見裂紋所在外徑表面存在明顯燒傷現象，如圖6所示。由此分析判斷，試驗零件套圈外徑面裂紋是由于在磨加工外徑面時產生的磨削裂紋。

　　4.結論

　　通過試驗，超聲表面波探傷這種無損檢測技術可以成功的應用于成品軸承的表面及近表面的缺陷檢測，應用于特殊情況下對產品質量的處置，由于其成功運用避免了由于拆卸軸承導致的產品零件的破壞，降低了拆卸軸承的成本，從而保證了成品軸承的產品質量。

　　這種方法的成功運用，對軸承制造企業(yè)、對軸承行業(yè)都提供了非常實用的有效檢測手段。

　　參考文獻：
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　　[2]J.克勞特克洛默.超聲檢測技術[M].廣東：科技出版社，1984.
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