1、滑动轴承的超声波无损检测成都圣三强铁路配件有限公司 杨杰对滑动轴承进行超声波探伤，检查轴承内部的各种危害性缺陷。滑动轴承的合金层内不得有气孔（空气的膨胀系数远远大于合金的膨胀系数，在高温工作环境中膨胀凸起，形成早期疲劳源，使轴瓦过早疲劳失效，造成碾瓦甚至烧轴等情况） 、夹渣、裂纹、折叠等缺陷（统称合金内异质薄层缺陷） ，且合金层与钢背层要有足够的结合强度。合金内的质量缺陷与双金属结合面强度的检查同等重要。剔出这些存在的缺陷，提高滑动轴承的内在质量，以减少由于轴承本身原因造成的早期失效。1.滑动轴承超声波探伤的特点（1） 、超声波探伤是利用超声波的方向性好、能量高、穿透力强以及能在界面上产生反射
2、、折射和波型转换等特点进行的无损检测。滑动轴承的合金与衬背具有不同的声阻抗特性，在其界面有反射波和透射波同时存在。当以穿透法检测时，依据脉冲波穿透试件之后的能量变化来判断缺陷的情况。当以脉冲反射法检测时，以轴承合金与衬背结合面反射回的声能作为评定结合质量的依据。（2） 、超声波的探伤灵敏度为 。当缺陷尺寸 Df与波长 相当时，超声波21能绕过缺陷边缘衍射前进，这种缺陷不易判别。当 Df 时，缺陷回波很低，容易漏检。对于合金内的异质薄层，当厚度 =n 时，超声波的声压反射率21r0，透射率 t1。即合金内薄层厚度为其半波长的整数倍时（半波透声层状态） ，超声波全透射，几乎无反射，好象不存在异质薄
3、层一样，无法正确判断缺陷的存在。这两种情况产生的机率如同五百万彩票的中奖机率一样渺小。对于垂直于轴承轴线的片状缺陷，穿透法和单直探头反射法均无法检出，只能用斜探头进行探测。但从轴承材料的轧制方式来看，产生这种缺陷的可能性不大。（3） 、穿透法探伤比脉冲反射法探伤的灵敏度低。但对于滑动轴承的超声波探伤，穿透法波形简单，适合于批量大、效率高的滑动轴承的生产。穿透法无法对缺陷进行定性的判断，小缺陷判断困难。脉冲反射法的波形相对较复杂，对探伤人员判断缺陷的能力要求较高。但反射法对缺陷的具体情况反映较明显。（4） 、现用穿透法调人工缺陷波形高 5%时，抑制量较大。抑制的启用改变了仪器的垂直线性和动态范围
4、。垂直线性的改变影响到对探伤缺陷的定量；抑制作用越大，仪器动态范围越小，从而在实际探伤中有漏掉小缺陷的危险。从理论上分析，在滑动轴承用穿透法探伤时，要求不能有大于或等于 2mm 平底孔当量直径的缺陷，在调探伤灵敏度时不必调节结合良好部分的波形，只须将同类型、同材质轴承人工缺陷部分的波形调至满屏的 80%作为此时的探伤灵敏度，当发现被探测轴承中有穿透波的波高低于或等于满屏的 80%时，即为超过标准的结合不良或合金内有2平底孔当量直径的缺陷。穿透波高度高于 80%的区域为良好区域。在实际探伤中，结合完好区与 2 平底孔的穿透波高相差甚小，缺陷判断困难。所以利用【抑制】增大两者的波高差。（5） 、由
5、于合金层厚度 1mm，现有的探伤设备（CTS-22）无法将合金表面反射波与结合面反射波明显区分开。超声波探伤要同时反映合金内缺陷和结合面强度比较困难，一般情况下将合金内缺陷均视为结合面不良。具体判断方法见 2.5 和3.4。（6） 、滑动轴承的超声波探伤属于非平直的薄板探伤。滑动轴承生产单位大批量、高效率生产，一般采用水浸式自动探伤方法。使用单位可采用接触式探伤，但对探头有形状上的要求，探头接触面的曲率半径应与轴承曲率半径一致。双晶直探头采用了延迟块，缩短了近场区长度，探伤时只须将探头焦距定在轴承上即可。单晶直探头探伤时，水浸反射法必须要求控制水层的厚度 H。首先要避开盲区和超声场的近场区探伤
6、。接触法探伤中，盲区大小相对重要一些。盲区大小由仪器和探头的组合性能决定，一般要求盲区小于或等于 7mm。在近场区内，处于声压极小值处的较大缺陷回波可能较低，处于声压极大值处的较小缺陷回波可能较高，这样容易引起误判，甚至漏检。因此尽量将盲区和近场区放在水中。根据 GB/T 18329.1-2001 选择探头频率 f=10MHz，晶片尺寸 Ds=6mm 的探头,水中近场区长度 N=Ds2/4= Ds2f/4C 水 =（6 210）（41.48）=60.8mm。（7） 、由于存在不确定反射波和透射波，所以超声波探伤不适用于距轴承边缘、油孔和油槽边缘半个压电晶体直径范围内的区域。对于这此区域的状态评
7、定，可根据 ISO 4386-3 的规定执行。2.水浸穿透法超声波探伤2.1【深度范围】置于 50mm 档；【工作方式选择】置于一发一收状态档。调节探头组的位置，使被探轴瓦位于探头发射极与接收极的中间位置。发射探头及接收探头与被探轴承表面间水层厚度均不大于 20mm(TB 1659-85 之规定)。2.2 探伤试块用结合完好的同类型轴承，在合金层侧大于距边缘 20mm 范围内钻 2mm 平底孔，深度以刚好将合金去掉为宜，并用合金材料(或相近于合金声阻抗特性的材料)将孔封填。2.3 探伤灵敏度调整利用衰减器和【增益】旋钮将人工缺陷试块结合良好区域的波形高度调至满屏刻度的 80%。此时不动衰减器和
8、【增益】 ，利用【抑制】旋钮将 2mm 人工缺陷处的波形高度调至满屏刻度的 5%。即为探伤灵敏度。2.4 调整【聚焦】旋钮，使波形聚焦至最清晰为止。2.5 缺陷的判断在探伤过程中，当超探仪的波形闪烁时（对口面闪烁除外） ，立即停止回转盘（回转盘停止后探头组运行自然停止） 。倒回闪烁位置，手动回转工件，确认波形高度。当定义域不太明确时，分别上、下探头组少许，再手动回转工件，确认其波形。如果波形高度低于荧屏满幅刻度的 5%时，即判定为局部结合不良或合金内缺陷，该轴瓦报废。对于边缘部位因受轴承几何形状改变所引起的波形正常降低，不判为缺陷。3.水浸脉冲反射法超声波探伤这种探伤方法分为背壁反射波检测和无
9、背壁反射波检测。其中背壁反射波检测又包含根据结合面反射波与背壁反射波的相对高度检测和根据背壁反射波高度的衰减的检测两种。3.1 水层厚度（探头与被检轴承之间的距离）根据 1-(6)选取水层厚度为 65mm。3.2 探伤试块背壁反射波检测时，使用符合 ISO 2400 或 ISO 7963 规定的基准块校准检验仪器的扫描以使显示屏上获得至少两次背壁反射波(接触法)。无背壁反射波检测时，基准块是用单层轴承合金材料制成，其厚度约等于轴承合金层厚度。3.3 时基线的调整当从衬背侧探伤时，显示屏上会出现入射面(钢背表面)反射波 S 、复合界面反射波 S 和背壁反射波（底波）B 三个波形。仪器按 1：2
10、调节扫描速度。利用【深度范围】 、 【深度细调】和【水平】 （【延迟】 ）旋钮将第一次入射面反射波 S调至显示屏 10mm 处，如果被探测轴瓦的厚度为 8mm，合金层厚度为 1mm，则将底波B 调至显示屏 26mm 处，此时的 S 的位置即为结合面的位置，S 和 B 之间的距离为2mm。由于受脉冲宽度的影响，S 和 B 之间无明显界线。出现在 S 和 S 之间的反射波为钢背内的缺陷回波 F ，出现在 S 和 B 之间的反射波为合金内的缺陷回波F 。当从合金层一侧探伤时，调节方法与之类似。3.4 灵敏度的调整（1） 、无背壁反射波检测时，关闭扫描【抑制】旋钮（逆时针旋转至零位） ，此时如果杂波太
11、多，则右旋【抑制】排除杂波即可。利用衰减器和【增益】旋钮将基准块的基准反射波高度调至荧屏满幅的 80%为探伤灵敏度。（2） 、背壁反射波检测时， 【抑制】同上。利用衰减器和【增益】旋钮将第一次背壁反射波高调至荧屏满幅的 80%为探伤灵敏度。3.5 缺陷的判别（1） 、无背壁反射波检测时，用基准块产生的基准反射波评价轴承的结合质量。如果第一次结合面反射波低于基准反射波则说明结合良好。如果第一次结合面反射波高于或等于基准反射波，则说明结合有缺陷。如果信号变得不规则或发散，说明合金内有疏松等缺陷。（2） 、背壁反射波检测时，出现在第一次背壁反射波之前的中间反射波的位置则表示结合缺陷或材料缺陷的位置。
12、然后根据背壁反射波的衰减程度来判定缺陷的严重程度。当第一次背壁反射波高度等于或小于 50%显示屏高度时就表示出一个显著缺陷，当背壁反射波完全消失，并有复合界面反射波时，说明有脱接。（3） 、结合面反射波与背壁反射波的相对高度检测时，滑动轴承（钢/铝基合金）底波 B 与复合界面 S （复合良好）反射波的 dB 差的理论计算值为 BS=20lg 3.6dB。上式中 r 为复合界面的声压反射率，r= ，z 1、z 2分别r)1(2 2代表钢中与合金中的声阻抗，z 1=45106kg/mm s，z 2=17.3106kg/mm s； 为底面r声压反射率， ， z3代表水中的声阻抗，z 3=1.4810
13、6kg/mm s。在实际探伤23z中，如果测量值明显大于理论值，则说明该复合材料存在脱接。当两者相差甚小时，说明复合良好。从波形高度上判断，由 20lg（H B/HS ）=3.6dB 可得出HB/HS 1.51。理论上如果底回波的波高 HB调至满屏的 80%，则复合界面的回波高度 HS 应在满屏的 53%处。在实际探伤中，底回波越低、复合界面回波越高，则说明缺陷越严重。在底波与界面波之间的中间反射波，则表示出合金内存在缺陷。4.参考文献（1） 、 超声波探伤 ，由全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会组织编写。（2） 、GB/T 18329.1-2001 滑动轴承 多层金属滑动轴承结合强度的超声波无损检验。（3） 、TB 1659-85 内燃机车柴油机钢背铝基合金双金属轴瓦超声波探伤。
