CN101413925A - 螺栓内孔超声波探伤无损检测专用装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对火力发电厂汽轮机高温紧固螺栓进行无损检测的专用装置，属于无损检测技术领域。该装置的前端设有一个探头，探头的外部固定有弹簧，探头内设有能发射和接收超声波的晶片，晶片倾斜设置；在探头的尾部设有一个中空的连接杆，连接杆内设有导线，导线与晶片连接。所述的探头以发射横波波形的超声波，并将探头1的K值限制在1.5～2.0范围内，超声波的折射角度应为56°～63°。本发明对于带加热孔的高温紧固螺栓在内孔进行横波探伤，可以在不拆卸螺栓带罩帽的情况下对螺栓全长度进行探伤，实现了热紧后或在役停机时的检测，是对机组安全运行提供了保障，使之在回装后容易产生的缺陷得到及时的检出，完善了对螺栓的超声波检验。

Description

螺栓内孔超声波探伤无损检测专用装置及检测方法

一、技术领域：本发明涉及一种对火力发电厂汽轮机高温紧固螺栓进行无损检测的专用装置和方法，属于无损检测技术领域。

二、背景技术：汽轮机高温紧固螺栓是影响火力发电厂运行安全的重要部件。发电厂汽轮机上下缸的密合面、主汽门、调速汽门的密合、管道法兰的连接都需要使用紧固螺栓。随着高参数大容量机组的增多，高温高压螺栓材料已从珠光体钢向马氏体、奥氏体型耐热钢及镍基高温合金方向发展了。在长期运行中，由于高温及高应力的作用，螺栓材料易产生热脆、蠕变、疲劳、应力腐蚀，由于安装中热紧力过高，及热紧中不慎烧伤中心孔等原因，螺栓材料易产生裂纹。随着机组运行时间的增加，螺栓出现裂纹的几率不断增大，如果在机组例行检查中，对微小裂纹能及时检出，无疑对机组的安全运行具有重大意义。

按照电力行业有关规程，在火电厂机组大修中高温紧固螺栓的超声波检验是必须进行的项目。对于运行时间十万小时以上机组，大修解体后发现螺栓断裂的现象已屡见不鲜，包括高压主汽门、调速汽门、中压主汽门、调速汽门、高压缸和中压缸中螺栓都出现过断裂的情况。目前，对高压螺栓的超声波检测方法是在机组大修时将螺栓拆卸下来进行检验，而实际上许多高温紧固螺栓断裂的原因是由于在回装热紧时紧力过大使螺栓开裂，或在运行中产生裂纹，因此，防止由于螺栓断裂而引发汽轮机安全事故的最好方法是在螺栓回装后和在役运行过程中及时对高温紧固螺栓进行检验，这是目前的超声波检测方法达不到的。另外，现有将高温螺栓拆卸下来的超声波检验方法存在某些局限性。为保证发电设备的安全运行，有必要研究一种对高温螺栓的在役检测技术。

三、发明内容：

1、发明目的：本发明提供一种对火力发电厂汽轮机高温紧固螺栓进行无损检测的专用装置和检测方法，其目的是在汽轮机检修工作结束、对螺栓回装热紧后启机前，或机组小修等停运而不拆卸螺栓时能及时对螺栓进行无损检测。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种螺栓内孔超声波探伤无损检测专用装置，其用于火力发电厂汽轮机高温紧固螺栓的检测，其特征在于：该装置的前端设有一个探头，探头的外部固定有弹簧，探头内设有能发射和接收超声波的晶片，晶片倾斜设置；在探头的尾部设有一个中空的连接杆，连接杆内设有导线，导线与晶片连接。

在检测另端紧固螺栓时，晶片的倾斜方向相反。

一种如上所述的螺栓内孔超声波探伤无损检测的方法，其特征在于：所述的探头1以发射横波波形的超声波，并将探头1的K值限制在1.5～2.0范围内，超声波的折射角度应为56°～63°。

在螺栓外径小于M100时，用K值大于等于1.7探头，在螺栓外径大于M100时，采用K值小于1.7探头。

3、优点及效果：经检索证明，目前未见在螺栓内孔进行探伤，并可在回装后或在役中进行检验的报导。新方法完全符合现行的DL/T694-1999标准，并使其探伤范围得到了扩展，为螺栓探伤研究闯出了一条新路。对有加热孔螺栓在热紧后和在役中的动态检验和监督是非常有意义的。

通过本发明技术方案的实施，能够很好地解决现有的高温高压带加热孔螺栓的实时动态检验问题。经过发明人进行的多次检验证明，本发明装置具有下列优点：

1)无论螺栓罩帽拆卸与否均可进行检验。汽轮机的高压主汽门、调速汽门，中压主汽门、调速汽门，高压缸螺栓均承受高温高压，也比较容易出现问题，危及安全。随着机组大修间隔的延长螺栓安全问题更显突出，所以实时动态检验为螺栓的安全问题起到了非常可靠的保证。

2)在检验时无需对螺栓进行拆卸机组间隔停机时既可实施。

3)本发明装置操作方便，实用可靠，检验准确。

四、附图说明：

图1为本发明的主要结构示意图；

图2为本发明检测紧固螺栓另一端的探头结构示意图；

图3为本发明在螺栓内孔横波探伤示意图；

图4为本发明在带有螺栓裂纹的横波波形探测示意图。

五、具体实施方式：

本发明一种螺栓内孔超声波探伤无损检测专用装置，其主要结构是：该装置的前端设有一个探头1，见图1和2，通过探头1发射和接收超声波来进行紧固螺栓的检测。探头2的外部固定有弹簧2，对探头1进行保护。探头1内设有晶片5，晶片5倾斜设置；在检测另端紧固螺栓时，晶片5的倾斜方向是相反的。在探头1的尾部设有一个中空的连接杆3，连接杆3内设有导线4，导线4的一端与晶片5连接，另一端连接波形显示器等设备。

本发明在内孔探伤时，可以做到一次波探伤，能得到较高的探伤灵敏度，见图3所示，图中的标注6为罩帽。考虑到主声束应与裂纹尽量垂直，以求良好的反射面。试验表明，根据螺栓的规格、参数，将探头K值限制在1.5～2.0范围内，K值取1.7较好。探头圆弧尽量与螺栓内孔弧吻合良好。

此问题，我们对东北一些电厂25MW～600MW机组螺栓外形、规格、材料进行了调研，并收集了一些有代表性的螺栓进行了实验室模拟裂纹试块及螺栓真实裂纹试验，在取得一定数据的基础上，找出了一种新的探伤方法，其中创新处有以下几个方面：

1.)利用横波(K1.5～2.0)声束被裂纹面遮挡所形成裂纹波与裂纹波后第一齿的信噪比(≥6dB)来判断裂纹深度。

2.)以小型横波探头利用一次波声程，在内孔对整根螺栓进行探伤。

3.)可以在螺栓回装热紧后或在役停机时，随时对某些部位螺栓进行在役检验。

实施例1：

通过调研25MW～600MW机组螺栓，其规格范围为M30～M140，并了解了螺栓的主要结构型式，一般带有加热孔的螺栓其内孔直径最小也在20mm以上，所以使用6mm×6mm以上的探头没有问题，我们设想采用小型横波探头在螺栓加热孔内进行探伤不受外边的影响可以对整根螺栓进行检查，只要是停机，什么时候检查都可以，在收集各型号规格螺栓的基础上，加工各种不同深度的模拟裂纹，进行试验，实验中发现，无论采用直探头还是小角度纵波探头，都不能有效地发现有中心孔的柔性螺栓对称侧裂纹。所以必须采用横波辅助的方法来解决，因螺栓丝扣的模数决定了丝扣反射角度，要使螺栓齿波得到全反射，根据不同直径螺栓的实际测定，理想的探头折射角度应为56°～63°，实验室采用K1.5～K2.0的探头对不同深度、不同螺栓规格的模拟裂纹试块进行了探伤试验，试验证明小于M100螺栓用K值大于等于1.7探头，在孔径大于M100螺栓，采用K值小于1.7探头为最佳，遮挡效果基本相同，灵敏度高。在图4中，左侧的a图为有裂纹的波形，右侧的b图为裂纹的波形，图中的标注7为丝扣被遮挡情况的波形。试验中发现丝扣处裂纹并不会引起模拟裂纹反射，此时可以看出，裂纹没有反射条件，但如果有裂纹存在，裂纹截面将遮挡其后的第一齿波，使该齿波波高比正常位置的齿波波高明显降低(见图4)。试验证明，可以利用这一特征来判断有无裂纹，根据该丝扣波波高被遮挡而引起波高下降的程度，判断裂纹的大小。如果裂纹较严重，随着裂纹截面的增加，不但螺栓裂纹后第一齿波会明显下降，第二齿波、甚至第三齿波也会造成不同程度的下降，据此可以对裂纹进行基本定量。

对于带加热孔的高温紧固螺栓在内孔进行横波探伤，可以在不拆卸螺栓带罩帽的情况下对螺栓几乎全长度进行探伤，实现了热紧后或在役停机时的检测，无疑是对机组安全运行提供了进一步的保障，使之在回装后容易产生的缺陷得到及时的检出，进一步完善了对螺栓的超声波检验。

Claims (4)

1、一种螺栓内孔超声波探伤无损检测专用装置，其用于火力发电厂汽轮机高温紧固螺栓的检测，其特征在于：该装置的前端设有一个探头(1)，探头(1)的外部固定有弹簧(2)，探头(1)内设有能发射和接收超声波的晶片(5)，晶片(5)倾斜设置；在探头(1)的尾部设有一个中空的连接杆(3)，连接杆(3)内设有导线(4)，导线(4)与晶片(5)连接。

2、根据权利要求1所述的螺栓内孔超声波探伤无损检测专用装置，其特征在于：在检测另端紧固螺栓时，晶片(5)的倾斜方向相反。

3、一种如权利要求1所述的螺栓内孔超声波探伤无损检测的方法，其特征在于：所述的探头1以发射横波波形的超声波，并将探头1的K值限制在1.5～2.0范围内，超声波的折射角度应为56°～63°。

4、根据权利要求3所述的螺栓内孔超声波探伤无损检测的方法，其特征在于：在螺栓外径小于M100时，用K值大于等于1.7探头，在螺栓外径大于M100时，采用K值小于1.7探头。

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