过控专业实验讲义Word格式文档下载.docx
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2．叙述着色法探伤与荧光法探伤的区别与联系。
实验二磁粉探伤
一、实验目的
1、了解磁粉探伤的探伤原理。
2、掌握磁粉探伤的操作步骤。
二、磁粉探伤的原理及特点
磁粉探伤属物理方法。
首先将被检工件磁化，若工件没有缺陷，则工件各部分的磁通量是均匀的，不会产生分散磁场，假若工件存在缺陷，通过该处的磁力线就要偏离原来的方向，并力图绕过缺陷，如果缺陷漏出表面或离表面很浅，那么磁力线在绕过时就会超出工件表面，而在缺陷处产生分散磁场，此时把磁粉撒到工件表面上，磁粉即被磁化，在分散磁场处有较多的磁粉被吸附，磁粉堆积的位置和形貌及反映出缺陷的位置和大小。
2．特点
优点：
灵敏度高，直观性强，工艺过程简单，检查速度快，它主要用于表面缺陷的检查，但也可用来检查近表面缺陷。
缺点：
不能用来检查非磁性材料以及内部缺陷，此外，它还受缺陷方位的影响，当缺陷与磁通方向垂直时，可获得最大的灵敏度，当缺陷与磁通方向平行时，则缺陷显示不出来。
三、检验方法及步骤
1．检验方法：
以磁粉的状态可分为干法检验和湿法检验两种，根据磁粉的存在可分为连续磁化法和剩磁法。
2．步骤：
（1）检验前首先除去工件表面的油污及对表面进行打磨，堵塞工件上的孔洞，防止流进磁粉或磁粉液。
（2）工件的充磁：
这是检验的主要手段，被检验的工件必须充磁到使磁粉能吸附在分散磁场，用连续磁化法工作时，磁粉是在充磁的过程中撒在工件表面上。
（3）浇磁粉液：
将磁粉液摇动均匀再浇到被探工件表面上。
（4）工件的检查和缺陷的显示：
根据磁粉沉积的长度可知道裂纹的长度，在缺陷难于确定的情况下，可重复检查，或用其它探伤手段复检。
（5）工件的退磁：
每个工件检查完后要退磁，不然装配到设备上后，会增大工件的磨损，还可能使仪器失灵。
退磁可以用逐渐减小交流电流的方法或反复变化直流电流方向和大小的方法，还可以在200℃下加热工件的方法进行。
（6）工件检查后的清洗和涂油：
对精密重要的工件检查完后要用压
缩空气吹或用煤油清洗，尤其对孔洞要吹洗干净，防止有磁粉存留，必要时要给工件涂油防锈。
四、实验报告要求
磁粉法和渗透法的对比
磁粉法
渗透法
探伤原理
缺陷的显示
适用的材料
检查的范围
检查速度
灵敏度
检查条件
设备要求
缺陷方向
实验三、超声波探伤
1．了解超声波探伤的基本原理与方法。
2．了解超声波探伤仪的主要性能及其调节。
3．练习纵波探伤和横波探伤的基本操作方法，并对超声波探伤中的国家标准有一定了解。
二、实验原理
超声波探伤是利用超声波能在物质中传播并且能象光束一样产生反射及折射等性质实现的。
在无缺陷部位，探头发射的超声波经底面反射后被自身接收，从接收到的回波与发射波之间的时间差，就可以确定超声波经过的距离（称为声程）。
当探头处于有缺陷位置时，由于缺陷对超声波的反射作用，部分超声波将在底面反射波到达之前被探头接收到。
根据缺陷回波到达时刻与发射时刻之间的时间差以及缺陷回波的强度，就可以确定缺陷的位置和大小。
在现场中大量应用的另一种超声波探伤法是斜探伤。
即超声波的发射方向与被检工件探伤面不成直角，当探头发射的超声波遇到缺陷时，由于缺陷表面产生的反射及散射，将使仪器能接收到缺陷波，从而达到探伤的目的。
此法多用于焊缝的超声波探伤。
三、仪器设备
CTS—8003型超声波探伤仪；
直探头；
斜探头；
探伤试块。
四、操作步骤
1．斜探头入射点及K值的测定
⑴取CSK—I试块，将探头放置在试块的顶面，使超声速对准圆弧面，并作前后缓慢移动，找出R100的最大反射波（若看不到波的最高点，增加衰减值把波峰降下来）固定探头。
⑵用钢直尺测量出探头前沿到试块边沿的距离，求出圆弧曲率半径R与上述距离之差：
L=100－测量值1，L即斜探头的入射点到边沿的距离，这样把斜探头的入射点找到了。
⑶在CSK—I试块上探测出φ50的最高反射波（增加衰减值把波降下找最高点）
⑷用钢直尺测出探头的前沿到试块的边沿的距离代入下面的公式便可求出K值：
K=tanβ=[（L+测量值2）—35]/30
2．距离—波幅曲线的制作
⑴假设被探工件厚度为40mm，利用CSK—III试块作距离—波幅曲线，采用两次声程法探伤，则所探短横孔深度必须达到距探测表面80mm。
⑵假设被探工件厚度为70mm，利用CSK—III试块作距离—波幅曲线，采用一次声程法探伤，则所探短横孔深度必须达到距探测表面70mm。
（下面的内容写到回答问题及讨论处）
距离—波幅曲线是JB/T4730—2005承压设备无损检测标准中规定制作的一组曲线，其用途是为了判定缺陷的大小，给验收标准提供依据，它由三条线组成，见图所示。
判废线——判定缺陷的最大允许当量dB
定量线——判定缺陷的大小，长度的
控制线
评定线——判定缺陷的最小当量控制线IIIIII区
深度（mm）
距离—波幅曲线以所用探头和仪器在CSK—III试块上实测的数据绘制而成。
判废线以上称为III区，定量线和判废线之间称为II区，定量线与评定线之间称为I区。
不同板厚范围的距离—波幅曲线的灵敏度按表中规定。
距离—波幅曲线制作以后，在探头和仪器旋钮未作变动的情况下，对焊缝进行探伤，并按JB/T4730—2005承压设备无损检测标准做出评定。
试块型式
板厚（mm）
评定线
定量线
判废线
CSK—III
8—15
φ1×
6－12dB
6－6dB
6+2dB
＞15—46
6－9dB
6－3dB
6+5dB
＞46—120
6
6+10dB
五、数据整理
1、斜探头入射点和折射角及探头延时的测定
试块形式
斜探头入射点
（mm）
斜探头折射角（K
值）
探头延时
（μs）
CSK——I型
标准试块
探头前端至试块端面水平距离l0=
探头前端至试块端面水平距离l2=
入射点至探头前端水平距离：
l1=（100－l0）=
K=tanβ
=〔（l1+l2）－35〕/30=
2、距离——波幅曲线数据测定
孔深（mm）
衰减分贝值（dB）
80
CSK——III型
40
60
3、实际被探伤工件数据测定
工件几何尺寸（长×
宽×
厚度）
缺陷深度
探头前端至端面水平距离l3（mm）
探头前端至缺陷水平距离l4（mm）
端面至缺陷水平距离
（l3－l4）
六、实验报告
1、测定斜探头的入射点和折射角及探头延时。
2、利用CSK—III试块作距离—波幅曲线。
3、找出被探工件缺陷数量，画出缺陷方位图并标出尺寸，在距离—波幅曲线坐标图中画出缺陷所在的区域。
实验四离心机整机现场动平衡及临界转速的
测定
1．为了消除在高速下机器的振动问题，要求对模型离心机进行高速整机现场动平衡。
2．通过实验了解动平衡的基本原理和方法，消除转鼓中的残余不平衡量。
3．熟悉和使用有关振动的测试仪器、设备及配套使用。
4．通过实验测定转子系统的临界转速，加深对临界转速概念的了解。
二、整机现场动平衡（写到实验原理处）
振动对于大多数机器和设备来说都是十分有害的，它会降低机械效率，增加动负荷，缩短机器零部件的使用寿命，影响产品质量，引起噪音，造成环境污染，甚至会引起机毁人亡的严重事故，所以它早已引起人们的关注。
以碟片式分离机为例，它产生振动的原因很多，但最主要、又常见的原因是由于转子不平衡所引起的，即使转子只存在很小的不平衡量，在高速运转的情况下，也会产生很大的离心力，造成机器的剧烈振动，因此解决不平衡问题是消除分离机振动的一个强有力的措施。
三、仪器及设备
VT—700动平衡仪；
模型离心机；
直流电动机电源；
光电传感器；
速度传感器；
位移传感器；
电子天平；
磁力表座等
四、动平衡的平衡步骤
1．打开VT—700动平衡仪，按一下保持键，选择不打印，按回车，选位移传感器或速度传感器，按回车，进行方式选择。
2．在方式选择菜单下选择动平衡，按回车键，选择预置转速，按回车，屏幕进入动平衡菜单，选择单面，按回车键。
3．第一次启动转子到平衡转速，开始测量，屏幕上显示转速值、振动量、相位角。
此三项值达到稳定后，按保持键，此三项值保持在屏幕上，作好记录。
按回车键，确认此值。
4．第一次制动转子，称好试重，在转子上加试重，试重所加的位置应与将要加的配重处在同一径向平面的同一半径上，作好记录。
5．第二次启动转子到平衡转速，开始测量试加重后的振动量及相位角，稳定下来后，按保持键，锁定读数，作好记录。
注：
此时的振动量、相位角会明显不同于第一次启动转子时的值，否则说明所加试重太小。
6．第二次制动转子，输入所加试重的大小及位置，按回车键，屏幕显示移试重和不移试重，应根据具体的动平衡工艺而定。
按回车，屏幕显示所加配重的大小及所加配重的位置，作好记录。
7．第三次启动转子，选择继续，按回车，当转速稳定在平衡转速，振动量及相位角读数稳定时，按保持键锁定，作好记录，可以看到振动量比加配重前明显减小了。
8．按回车键，屏幕显示M值（剩余不平衡量）明显减小，如果对平衡结果不满意，按继续，再操作6、7两步骤，若满意，则选择返回，屏幕回到预置转速画面，动平衡过程结
五、实验数据整理
1、整机现场动平衡数据记录：
初始值
转速：
振动值：
相位角：
加试重
试重重量（克）：
加试重后
加配重（移试重否）
配重重量（克）：
加配重后
再加配重
再加配重后
2、临界转速的测定
序号
转速（rpm）
振幅（A）
相位（φ）
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
六、实验报告要求
1．写出试重法动平衡的实验步骤及实验结果
2．叙述临界转速的定义及测得的临界转速的大小（列表）
实验五活塞式压缩机的排气量测定
1．学会用喷嘴节流法测定压缩机的排气量
2．了解压缩机的基本工作原理
3．了解活塞式压缩机的基本结构及操作与维护方法
二、实验装置和排气量测定（写到实验原理处）
压缩机的实验装置如图所示，采用W—1．6/7型空气压缩机，由交流电动机驱动，空气由压缩机压缩后输往储气罐，再经调压阀的调压，通过测量流量用的低压箱、喷嘴排放到大气中。
活塞式压缩机的排气量通常指单位时间内，最后一级排出的气体量及压送过程中凝析的液体量（如水），换算到吸入状态时的容积流量，单位m3/min或m3/h表示。
本实验按照GB3853—83国家标准《一般用容积式空气压缩机性能实验方法》采用喷嘴节流装置来测量排气量，利用流体流过喷嘴时的压差计算出流体流量。
1.贮气罐2.压力表3.气缸4.调压阀5.低压箱6.喷嘴7.温度计8.压差计9.排污阀
三、测量系统（写到回答问题或讨论处）
排气量测量系统主要由压缩机、储气罐、调压阀、低压箱、喷嘴、温度计和U型管压差计等几部分组成。
1．储气罐
活塞式压缩机的排气管气流呈周期性脉动状态，为了减弱气流脉动对排气量的影响，在空气压缩机的排气管道上一般都安装一个容积足够大的储气罐，在储气罐后面安装调压阀及排气量测量用的喷嘴节流装置，调压阀是用于调节压缩机的出口实验压力。
2．喷嘴节流装置
喷嘴节流装置包括：
低压箱、喷嘴、测温计和U型管压差计。
（1）为了保证流量测量喷嘴的稳定工作，避免调压阀后的气流旋涡扰动，在调压阀后设有低压箱，并在低压箱内装有井字型格板，低压箱的内径D大于或等于四倍喷嘴直径d，但不小于60mm，为了准确地测定喷嘴前后的压力差，应用两套水柱压差计，测孔在圆周方向的交角90度，测孔管口不应突出低压箱内壁，且测孔应去除毛刺，保持光滑。
由于喷嘴前温度沿低压箱横截面的分布是不均匀的，为了保证测量计测得的是喷嘴前的真实温度，测温计应有一定的插入添度，插入深度为1/2—1/3低压箱直径，为了减少导热所带来的测量误差，当环境温度与低压箱内气流温度差大于200C时，在低压箱测温部分包上热绝缘。
（2）喷嘴
标准喷嘴尺寸可以根据压缩机额定排气量大小查表确定，本实验系统的喷嘴直径为19.05mm
四、实验数据整理及流量计算
（1）实验数据
第一次测量
第二次测量
第三次测量
平均值
吸气温度Tx1（K）
喷嘴前气体温度T1（K）
喷嘴前后压力差
△P（mmH2O）
实验处的大气压力P0（kgf/cm2）
喷嘴直径d（mm）
喷嘴系数C
（2）流经测量喷嘴的压缩机的排气量Q的计算：
Q=1129×
10-8Cd2Tx1〔△P/（P0T1）〕1/2m3/min
式中：
Tx1——吸气温度（K）
T1——喷嘴前气体温度（K）
△P——喷嘴前后压力差（mmH2O）
P0——实验处的大气压力（kgf/cm2）
d——喷嘴直径（19.05mm）
C——喷嘴系数（实验指导书中查图、查表）
五、实验报告
1．写出测定排气量的操作步骤
2．利用排气量的计算公式算出实际排气量的大小，并与公称排气量相比较，是否能达到压缩机的排气量要求，并做详细分析，（注：
实际压缩机排气量应不小于额定排气量的95%）
实验六内压容器的应力测定实验
1．掌握电测应力的基本原理和方法，学习和提高电测法的基本操作技能。
2．测定不同形式顶盖及筒体上的应力分布和不连续边缘应力的影响。
3．验证顶盖、筒体及边缘应力的影响。
1．采用电阻应变法进行应力测定。
电阻应变法是用电阻应变片测定零部件或结构指定部位的表面应变，再根据应力应变关系式，确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。
其基本原理是：
将电阻应变片固定在被测构件上，当构件变形时，应变片的电阻值发生相应的变化。
通过电阻应变仪，可以将应变片中的阻值变化测量出来并以正比于应变值的模拟电信号输出，最后就可以用记录仪记录：
ε=1/K×
△R1/R1，再根据广义虎克定律计算出经向应力σ1和环向应力σ2。
2．温度补偿：
由于工作片R1的电阻变化除应变引起之外，也受温度变化的影响，当环境温度或容器的温度有变化时，必须考虑温度补偿问题。
温度补偿采用补偿片补偿法，即取温度补偿片R2，将其粘贴在一块与被测构件材料相同但不受力的的试块上，并将此试块与被测构件放在同一温度环境中，温度补偿片R2也感受温度变化引起的虚假应变。
当工作片和补偿片的阻值、灵敏系数及电阻温度系数相同时，温度影响将被排除。
三、实验装置及主要仪器
1．不同形式的顶盖实验装置一套
2．YZ—22型电阻转换箱
3．YJ—33型电阻应变仪
4．SYB—2型手动油泵一台
四、实验容器的布点、布片、编号及接线情况
布点：
（原则上是根据压力容器的应力分布规律来布点）
1．从理论上可知球形封头应力分布较均匀，布点可少一些。
2．筒体和封头的连接边缘处，受边缘应力的影响，应力变化较大，布点要多一些。
3．筒体应力分布较均匀，布点可少一些。
布片：
由于薄壁容器为经向和环向两个方向应力，所以沿经向和环向两个方向粘贴应变片，一个容器上选十个点，粘贴二十张应变片。
编号：
从球型封头容器顶点算起，经向片用双号，环向片用单号，封头顶点经向片从零号算起，按顺序往下依次排列。
接线：
1．测量片两条引出线，一条与导线连接，另一条接到公共线上。
2．将各点测量片两条引出线按顺序分别接到A、B接线柱上，将B排接线柱全部用导线短接起来
3．将补偿片两端接在相应的B、C两接线柱上，公共补偿将C排接线柱全部用导线短接起来
五、实验报告
1．将实测应变值代入理论计算公式，算出各测点在指定压力时的经向应力和环向应力（列表）
2．画出实验容器在内压为（0.6、0.7、0.8、0.9、1.0）MPa时的实测应力曲线。
3．在边缘应力影响之外任选一点，将理论值与实测值相比较，看其误差，并做误差分析，按上述要求写出实验报告。
已知：
p=（0.6~1.0）MPaD=406mmδn=6mmE=2．1×
105MPa
μ=0．3
以封头顶点为基准布点之间的距离为：
球形封头容器：
135，125，20，20，20，20，20，50，90
椭圆形封头容器：
125，45，30，25，25，25，25，85，65
实验七外压容器的失稳实验及失稳装置的设计
1．观察圆筒形试件在外压作用下的失稳过程和失稳破坏后的形态。
2．验证圆筒形试件失稳破坏时的临界压力与试件失稳破坏压力的实验值比较。
3．讨论影响临界压力、波形数的因素。
二、实验内容
采用模拟试件，对几种不同几何尺寸的短圆筒进行外压失稳实验，对外压失稳实验装置的支撑部件进行可行性设计，并且重点考虑密
封问题。
三、实验原理
在外压作用下的薄壁容器，器壁内的应力还未达到材料的屈服限时，容器会突然产生压扁或褶皱现象而丧失容器原有形状，此即失稳。
使容器丧失稳定性的外压力称为该容器的临界压力。
圆筒形外压容器失去稳定性后的形状呈多波形，其波数（n）可能是2、3、4、5等等
容器承受临界值的外压作用而丧失稳定，并不是由于壳体的不圆度或材料不均匀等所致。
即使壳体的几何形状很圆整，材料很均匀，当外压力达到一定数值时，也会产生失稳现象。
当然壳体如果不圆，材料如果不均匀会使丧失稳定性的临界压力值降低。
外压容器失稳时临界压力的大小及出现波形数与材料的弹性模数E、泊松比μ有关外，还取决于容器的几何特性，即容器长度与直径之比（L/D）和容器壁厚与直径之比（δ/D）。
按其几何特性外压容器可分为三类：
即长圆筒、短圆筒和刚性圆筒。
短圆筒临界压力和波形数的理论计算公式为：
n=
四、实验数据整理
1．试件的几何尺寸单位mm测量三次取平均值
试件形式
D
δ
L
铁制易拉罐1
铁制易拉罐2
铁制罐头盒
中间带加强铁制罐头盒
2．试件失稳后的情况
理论计算值
实际测量值
临界压力
波形数
轴向带支撑铁制罐头盒
轴向不带支撑铁制罐头盒
五、实验报告要求
1．讨论影响临界压力和波形数的因素。
2．临界压力的理论计算值和实测值相比较，看其误差，并做误差分析。
3．解释试件在失稳前后的压力变化和试件的变形情况。
4．讨论轴向带支撑和不带支撑对临界压力及波数的影响。
六、实验装置设计
1.选择失稳试件：
可以是自制试件，也可以是现成试件。
2.根据试件选择支撑形式。
3.根据支撑形式选择密封形式。
4.写出设计说明书，绘出图纸。
实验八高压容器的爆破实验
压力容器的爆破试验是压力容器研究、设计、制造中的一种直观性很强的综合试验方法。
爆破试验的目的是考核结构材料的各项机械性能，结构设计的合理性、可靠性及安全储备和其他方面的性能。
压力容器的爆破试验包括模拟试件的爆破和实际产品的爆破。
模拟试件的爆破试验，通常是模拟产品的实际情况，如与产品的材料制造方法和工艺参数等具有相同的条件。
实际产品的爆破试验，即从产品中进行抽查，考核产品的综合性能。
这种试验一般用于新产品的试制、材料更新、结构形式改变及制造工艺更动时，为确保产品的质量而进行的。
对材料的性能尚不太熟悉，受力情况又比较复杂，并难以正确计算的压力容器，往往也采用爆破试验来考核其使用的安全性和可靠性。
爆破试验是一种破坏性的试验，耗费比较高，所以确定是否需要进行这类试验需慎重考虑。
一、实验目的：
1.初步掌握压力容器整体爆破实验方法，
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