铁谱分析技术及其在设备故障诊断上的应用

陈雷 陈润刚

摘要：本文阐述了铁谱技术的原理、检测方法、磨粒类别。结合与铁谱类似的检测分析技术（光谱、颗粒计数）进行原理及检测范围的对比分析，明确说明了三种检测技术的利弊。着重介绍了铁谱分析技术的原理与检测方法，并叙述了铁谱技术在武钢炼钢厂某设备的故障分析中起到的作用。铁谱分析技术能够很直观的发现设备故障类型，极具推广应用价值。

关键词：铁谱技术；光谱技术；颗粒计数；炼钢；设备；故障；微粒；磨损

前言

铁谱分析技术是通过对油润介质中的各类微粒的观测、分析来判断机械的润滑、摩擦、磨损工况正常与否，是进行设备润滑工况故障诊断的有力工具之一。由于润滑故障占机械故障的50%以上，因此铁谱分析技术就有了发挥作用的天地。在磨粒识别分析数字化还未能成功地应用于实际的今天，采取铁谱图谱分析软件来满足现实的需求就成为一种途径。

1.微粒检测方法——铁谱、光谱、颗粒计数

1.1 铁谱、光谱、颗粒计数三种技术原理

虽然这三种分析技术都是用来检测油液污染程度的，但原理截然不同。

1.1.1 颗粒计数技术原理

油液中的微粒经过颗粒计数仪的激光照射区，将通过照射区的某一截面尺寸记录下来，作为该微粒的粒度计数，记录尺寸范围是1～100微米，大于100微米者没有具体数字显示，从数量上了解油液中微粒数量和粒度分布即油的清洁状况。以国际标准NAS1638输出测试数据。

1.1.2 光谱技术原理

高压电弧将油液中的金属微粒熔化，成为金属元素，通过光谱的作用，以ppm作为（百万分之一）计量各种金属元素浓度含量的单位，由于高压电弧不能熔化较大的金属颗粒，故测试数据主要表达了油液中10微米以下金属微粒的元素含量

1.1.3 铁谱分析原理

通过高梯度磁场的作用，将油液中的各类微粒以一定的规律有序排列，在高倍显微镜下，能观测到各类微粒的表面形态，能看到的微粒粒度范围在5～300微米之间，这个尺寸范围的微粒群与润滑、摩擦、磨损有关，通过微粒的形态不同来判断磨损类型。

1.2铁谱、光谱、颗粒计数三种技术手段的检测范围

A.光谱对1～10μm的颗粒能有效检测，主要检测颗粒元素成分，判断什么材质的部件磨损。

B.颗粒计数对1～100μm的颗粒能有效检测，主要检测颗粒数量，判断磨损的程度和油液的污染程度。

C.铁谱对5～300μm的颗粒能有效检测，主要检测颗粒表面形态，包括数量、粒度、表面形貌、基本材质、磨损类型及程度，有效判断磨损的类型与原因。

它们各有特点，既可独立又可以互为补充，诸多方法综合起来进行油品的全面监测是值得提倡的思路。

2.铁谱技术的检测方法与微粒分析

2.1铁谱技术的检测方法

铁谱技术的主要内容（三步骤）： 采集有代表性的油样；操作铁谱仪、精制铁谱片；显微观测和拍摄、存储、显微镜下的微粒分析。

2.1.1采集有代表性的油样

首先将油样按1﹕3～1﹕10的比例稀释（具体比例根据油的受污染程度）、配制，把用作制谱的油称为样油

2.1.2操作铁谱仪、精制铁谱片

我们常用的制谱仪是TPLR-1型分析制谱仪。该仪器移液速度可以自行设定；输送样油没有挤压，微粒不会变形；移液管可更换、清洗，避免器皿自身污染；操作简单、制谱快捷。

利用制谱仪精制铁谱片时首先将配制好的样油以一定的速度送入磁场上方的铁谱片上；油样流经铁谱片，油中的微粒在磁场的作用下被分离出来并有序排列，废油流入储存油杯；待制谱完成后等谱片干后再进行显微镜观察。

2.1.3显微观测和拍摄、存储、显微镜下的微粒分析

利用铁谱双光显微镜对铁谱片进行观测、拍摄、存储、分析。低倍下，首先看到的是排列整齐的微粒群，因磁场的作用，它们排成“链状”在200～400倍的高倍下，可清楚地看到微粒的基本形态。将个体颗粒再次放大到400～600倍观测，能看到边界和表面形貌，测量它们的各个方向的尺寸，测量单位μm。在显微镜下，形态各不相同的微粒展现在你的眼前，尽管如此，仍可以依据它们产生的原因不同来分门别类，加以描述。

2.2铁谱技术的微粒分析

这里的微粒是指沉淀在铁谱片上所有的颗粒，它们是机械工况的参与者，带有润滑、磨损的重要信息。

这些微粒的出处不同，大致分为三类：

（1）由摩擦付的磨损产生的微粒，又叫磨粒，材质多为金属。

（2）润滑系统其它机理产生的微粒，有金属也有非金属

（3）外界的污染微粒，大多数是非金属。

铁谱分析的主要对象是第1、2类微粒。在显微镜下，首先判断机械摩擦付的运行状况是否处于正常；然后对异常磨粒做进一步分析确认 。磨粒分析包括内容主要是磨粒数量、磨粒尺寸分布、磨粒形貌、特征、磨粒材质成分。从而可以判断出机械磨损的阶段、磨损的类型、磨损的程度、大致磨损部位。

常见的磨粒可分为11种，即正常磨粒、粘着磨粒、滑动磨粒、硬质切削磨粒、磨料磨损磨粒、层状磨粒、片状疲劳磨粒、球状磨粒、氧化磨粒、腐蚀磨粒、过热磨粒。11种磨粒各有各的形状特点，都以自己鲜明的表面特征区别于其它磨粒。每一类型磨粒代表一种与之对应的磨损形式有他特定的形成条件。每一类型磨粒的发生和发展对应着某种磨损状态的发生和发展，通过磨粒的形状特点能够判断出磨损类型与故障原因。

3.铁谱技术的应用

在一次对炼钢厂某设备进行润滑油铁谱分析时发现异常磨粒：包括片状疲劳磨粒、粘着磨粒和球状磨粒。产生的三种异常磨粒之间是存在因果关系的。当油的润滑能力下降时，摩擦力变大，使得拉应力裂纹扩展产生疲劳磨粒，疲劳磨粒脱落后形成粘着磨粒，而轴承的疲劳裂纹则会产生球状磨粒，球状磨粒是设备迫近故障的早期预警，这是需要得到有效解决的，否则将会影响设备正常运行。

4.结束语

综上所述，铁谱分析与光谱、颗粒计数各有各的特点与适用范围，在他们适合的检测范围内才能最大的发挥他们的技术优势。铁谱技术是需要长期的经验积累，本文阐述的解决了炼钢设备的实际问题，所用的铁谱分析技术只是很简单、很浅显的。要想真正的了解、掌握铁谱技术还是需要不断的学习与经验积累。铁谱技术在实际应用中能够准确的判断出磨损部位与原因。这种技术也是及具推广价值的。