轴承磨损检测测试中超声波检测技术的操作要点分析

轴承是旋转机械的核心部件，其磨损状态直接影响设备运行稳定性与寿命。超声波检测技术凭借非接触、穿透性强、对表面及亚表面缺陷敏感等特点，成为轴承磨损检测的重要手段。但该技术的检测结果高度依赖操作规范性——从前期准备到信号解读的每一步偏差，都可能导致漏检或误判。因此，梳理超声波检测在轴承磨损测试中的操作要点，对提升检测准确性、保障设备安全运行具有关键现实意义。

检测前的设备与工件准备

超声波检测的准确性首先依赖设备与工件的初始状态。检测前需对超声波探伤仪进行性能核查：确认仪器的增益调节线性、频率响应范围是否符合轴承检测要求（通常轴承检测选用2-10MHz频率），检查显示屏是否清晰、按键功能是否正常。探头作为信号发射与接收的核心部件，需重点检查晶片是否有裂纹、保护膜是否磨损——若保护膜出现划痕或脱落，会导致声波衰减加剧，影响信号采集。

工件侧的准备同样关键。轴承表面的油污、锈蚀或金属屑会形成超声波传播的“障碍物”，需用无水乙醇或专用清洗剂彻底清洁，确保表面无附着物；对于表面粗糙度较高的轴承（如磨损严重的外圈），需用细砂纸轻磨至Ra≤3.2μm，避免粗糙表面散射声波导致信号信噪比下降。若为离线检测，拆卸轴承时需使用专用工具（如拉马），避免蛮力敲击造成轴承变形，影响检测结果的真实性；在线检测时则需关闭设备动力源，确保轴承处于静止状态，同时清理周围的粉尘、冷却液等干扰源。

探头的选型与安装要点

探头的选型需匹配轴承的结构与检测需求。直探头（纵波）适用于检测轴承内圈、外圈的径向磨损或滚子的表面缺陷，因其声波沿径向传播，能直接反射磨损界面的信号；斜探头（横波）则用于检测轴承滚道的周向裂纹或深层磨损，通过调整入射角（通常选45°-60°）使声波沿滚道切线方向传播，覆盖直探头难以到达的区域；聚焦探头（如点聚焦或线聚焦）适合高精度检测，其聚焦声束能提高小磨损缺陷的信号强度，尤其适用于滚子的微观磨损检测。

频率选择需平衡分辨率与穿透性：轴承的滚动体与滚道厚度通常在几毫米到几十毫米之间，5-10MHz的探头既能保证足够的穿透深度（避免无法检测到内层磨损），又能提供较高的轴向分辨率（区分相邻磨损点）。晶片尺寸方面，小晶片（φ6-φ10mm）适合检测小型轴承（如内径≤50mm的深沟球轴承），其声束指向性好，能精准定位小尺寸磨损；大晶片（φ12-φ20mm）则用于大型轴承（如内径≥100mm的调心滚子轴承），可扩大检测范围，提高检测效率。

安装时需控制探头与轴承表面的接触压力：接触式检测中，压力过小会导致耦合剂无法填满间隙，声波反射率下降；压力过大则可能压损探头保护膜或使轴承表面变形。通常采用带有弹簧缓冲的探头手柄，保持压力在0.5-1.5N之间——可通过在探头与轴承间放置压力传感器校准，或凭经验判断（探头与表面接触后，轻轻推动时无滑动阻力即可）。

耦合剂的选择与使用规范

耦合剂的核心作用是排除探头与轴承表面之间的空气，减少声波反射损失。选择耦合剂时需满足三点要求：一是声阻抗与钢（轴承常用材料）匹配（钢的声阻抗约为45×10^6 kg/(m²·s)，耦合剂的声阻抗需接近此值，如专用超声耦合剂的声阻抗约为1.5×10^6-2.5×10^6 kg/(m²·s)，虽与钢有差距，但远优于空气）；二是无腐蚀性，避免损伤轴承表面或探头；三是流动性适中——过稀易流失，过稠则会增加声衰减。

常见的耦合剂类型中，机油（如30#机械油）成本低、易获取，但流动性较强，适合垂直表面检测；甘油（丙三醇）粘性大、耦合效果好，但易吸潮，适合水平表面或高精度检测；专用超声耦合剂（如水溶性耦合剂）则兼顾了耦合效果与易清洁性，是工业检测的首选。

使用时需注意涂抹量：以探头移动时耦合剂能形成连续薄膜为宜，通常每10cm²面积涂抹0.5-1ml。避免涂抹过多导致耦合剂堆积，形成“声透镜”效应（改变声束传播方向）；也不能过少，否则无法填满间隙。涂抹后需用探头轻轻刮平，排除耦合剂中的气泡——气泡会反射声波，产生伪信号，影响检测结果。

扫描路径的设计与执行要点

扫描路径的设计需确保覆盖轴承的所有关键磨损区域——内圈内径表面、外圈外径表面、滚道工作面、滚子表面。对于轴承外圈，通常采用“直线+旋转”扫描：先沿外圈轴向做直线扫描（覆盖整个宽度），再绕外圈圆周做旋转扫描（覆盖整个周长）；对于内圈，因空间限制，可采用“螺旋扫描”（探头沿内圈轴向移动的同时缓慢旋转），确保覆盖内圈的滚道与内径表面；滚子则需逐个检测，采用“轴向扫描”（沿滚子长度方向移动探头）与“周向扫描”（绕滚子圆周转动探头）结合的方式。

扫描时需控制重叠率：相邻扫描线的重叠部分应占探头晶片宽度的10%-20%，避免因漏扫导致未检测到磨损区域。例如，使用φ10mm晶片的探头，相邻扫描线的间距应控制在8-9mm。移动速度也需严格控制——探头移动速度过快（超过50mm/s）会导致信号采集不完整，无法捕捉到瞬间的反射信号；过慢则会降低检测效率，通常以20-30mm/s为宜。

执行扫描时需保持探头与轴承表面的平行：若探头倾斜，会导致声束方向改变，无法垂直入射到磨损表面，反射信号强度下降。可通过在探头手柄上安装导向轮或借助工装夹具，确保探头始终与轴承表面保持垂直。

信号的采集与分析技巧

轴承磨损的超声波信号具有典型特征：当声波遇到磨损表面（如滚道的凹坑、内圈的磨痕）时，会产生漫反射，表现为反射波幅升高（高于背景噪声）、波形变宽（因磨损面粗糙，多个反射信号叠加）。采集信号时需调整探伤仪的增益与闸门：增益调节至能清晰显示背景噪声（通常增益在40-60dB之间），闸门设置为覆盖轴承的检测深度（如检测外圈滚道，闸门起始深度设为外圈外径到滚道的距离，结束深度设为滚道到内圈的距离）。

阈值设置是区分正常信号与异常信号的关键。通常将阈值设定为背景噪声峰值的3-5倍——若反射波幅超过阈值，则视为异常信号。例如，背景噪声的峰值为20%满屏高度，阈值可设为60%-100%满屏高度。需注意的是，阈值不能设得过高（会漏检小磨损），也不能过低（会误判伪信号）。

分析信号时需区分伪信号与真实磨损信号：耦合剂气泡产生的伪信号通常是尖锐的单峰，波幅随探头移动迅速消失；表面划痕的信号是连续的、沿扫描方向延伸的峰，波幅较稳定；而磨损信号则是离散的、波幅变化较大的宽峰，且随探头移动，峰的位置与轴承磨损位置对应。此外，可采用“对比法”辅助分析：将检测信号与同型号新轴承的信号对比（新轴承的信号通常是均匀的背景噪声，无明显峰值），或与轴承同一位置的历史检测信号对比（若波幅明显升高，说明磨损加剧）。

检测中的干扰因素排除

超声波检测易受外界因素干扰，需针对性排除。电磁干扰是常见问题——车间中的电焊机、变频器等设备会产生电磁辐射，干扰探伤仪的信号采集，表现为显示屏上出现杂乱的杂波。排除方法包括：使用带有屏蔽层的探头线（如铜网屏蔽线），将探伤仪接地（接地电阻≤4Ω），远离强电设备（距离≥5m）。

机械振动会导致探头与轴承表面接触不良，产生不稳定的信号。若为离线检测，需将轴承固定在减震垫（如橡胶垫）上，避免检测台振动；若为在线检测，需关闭设备的冷却风机、液压泵等振动源，或使用磁吸式探头固定架，确保探头与轴承表面接触稳定。

温度影响不可忽视：轴承在运行后温度较高（可达80-120℃），高温会导致耦合剂流动性下降（如机油变稠），影响声波传递；同时，高温会使轴承材料的声速变化（钢的声速随温度升高而降低，每升高10℃，声速下降约0.5%），导致检测深度计算误差。因此，检测前需待轴承冷却至室温（20-25℃）；若需在线检测高温轴承，需使用高温耦合剂（如耐高温硅脂，可承受150℃以上温度），并校准声速（根据轴承温度调整探伤仪的声速参数）。

检测后的验证与记录规范

为确保检测结果的准确性，需对异常信号进行验证。常用的验证方法包括磁粉检测（检测表面及近表面的磨损裂纹，与超声波信号对比）、金相分析（截取异常位置的试样，观察微观磨损形态，确认磨损类型）。例如，若超声波检测发现外圈滚道有异常信号，可采用磁粉检测观察滚道表面是否有裂纹，或通过金相显微镜观察滚道表面的磨损深度与形貌，验证超声波检测结果的正确性。

检测记录是后续追溯与分析的重要依据，需详细记录以下内容：轴承基本信息（型号、内径、外径、宽度、使用时间、运行工况）；设备参数（探伤仪型号、探头类型、频率、晶片尺寸、耦合剂类型）；检测路径（扫描方式、重叠率、移动速度）；信号特征（异常信号的波幅、位置、波形）；异常位置（用标记笔在轴承上标注，或拍摄照片记录）。记录需采用纸质或电子文档保存，保存期限至少为轴承的使用周期（通常1-3年）。