CN107121491B - 对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法，为了提高检测结果的准确性而设计。本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法，包括：燕尾区检测和非燕尾区域检测，燕尾槽区检测：判定二次反射波否高于50％，则合金层具有分层缺陷；非燕尾区域检测：若轴瓦巴氏合金钢的厚度小于或等于8mm时，则采用波形对比法进行轴瓦检测；若轴瓦巴氏合金钢的厚度大于8mm，则通过界面的反射波与基材底波的波幅变化来判断界面的质量。本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法，操作简单、检测结果准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法。
背景技术
汽轮机轴瓦一般以优质铸铁(含碳量0.35％以下)铸造成型,然后在其内表面浇铸一层5-12mm的巴氏合金形成,巴氏合金成分以锡为主，同时加入少量的铜、镍、锑等。巴士合金与基材通过挂锡处理形成过渡层(Fe-Sn—FeSN2)，随后经过离心浇铸和机加工最终形成巴氏合金层。
目前国内600MW以上机组(包括百万级核电机组)，由于汽轮发电机转子直径变大，相应的轴瓦尺寸随之变大，巴氏合金面积也会增大，此类轴瓦在浇筑之前，部分厂家会在轴瓦基材上刻燕尾来保证界面质量。
对于轴瓦燕尾槽区域，当探头刚好位于燕尾槽上部时，超声波声束先通过巴氏合金层，再经过基材，当遇到基材与合金层斜界面时，由于声波是斜入射到燕尾槽下的巴氏合金，声波在界面会发生折射。当超声波斜入射到燕尾槽下巴氏合金，声束有折射角，当超声波到达燕尾槽下部巴氏合金与基材界面时，再次发生反射，此时声束反射后将无法被探头接收。燕尾槽下部巴氏合金与基材界面的分层缺陷不能被发现(即盲区)。现有技术中，没有有效地确定燕尾槽区的分层缺陷进行检测的方法
鉴于上述，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够对带有燕尾槽的轴瓦进行高效检测的对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法。
本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法，包括：利用单晶探头进行轴瓦超声检测，采用巴氏合金试块或碳钢试块进行探伤灵敏度的，所述单晶探头为5PΦ8单晶直探头；
燕尾槽区检测：确定燕尾槽的巴氏合金与基材界面分层缺陷不能发现的盲区；对燕尾槽盲区以外的区域采用单晶探头进行检验，通过二次放射波波高确分层缺陷，具体包括：判定二次反射波是否高于50％，若二次反射波高于50％，判断缺陷走向沿燕尾槽方向，且缺陷的长度不小于0.1mm，则合金层具有分层缺陷；若二次反射波低于50％，则没有分分层缺陷。
进一步地，还包括轴瓦上非燕尾槽区的检测，具体包括：
获取轴瓦巴氏合的厚度，
若轴瓦巴氏合金钢的厚度小于或等于8mm时，则采用波形对比法进行轴瓦检测，具体包括：在示波屏上显示轴瓦超声检测波形，将显示的波形与预先定义的标准波形进行对比，判断轴瓦底面与合金界面结合良好或轴瓦底面与合金界面存在分层缺陷；其中，判定为具有分层缺陷的轴瓦，则采用底波法对缺陷缺陷面积的定量，具体包括：当发现缺陷时，移动探头，使一次底波升高到满屏刻度的40％，此时探头中心作为分层区的边界点，至此完成了轴瓦的检测；
若轴瓦巴氏合金钢的厚度大于8mm，则采用波形观察法进行轴瓦检测，在示波屏上显示界面的反射波、基材底波，通过界面的反射波与基材底波的波幅变化来判断界面的质量，具体包括：
当合金界面一次反射波高出100％屏高，有界面二次反射波，但波高低于50％屏高，同时伴随着底波显示，则确定界面结合良好，无缺陷；
当界面反射波幅大于80％，降低探伤灵敏度的情况下，二次波的波幅不低于70％，并出现多次界面回波，且基材底波消失，和/或界面的多次回波波高衰减符合超声波的衰减规律，既回波之间的波高相差6dB，则确定轴瓦底面与合金界面存在分层缺陷，且分层缺陷的面积大于探头晶片尺寸；当发现分层缺陷时，在合金表面移动探头；
当存在一次反射波、二次反射波的前下，无三次反射波或三次反射波低于20％，和/或轴瓦底波出现；以及当移动探头时，波形消失，则确定合金界面存在分散性分层，缺陷面积小于探头面积，或由于巴氏合金在浇铸中气体未释放出来，界面存在气孔缺陷；
当发现分层缺陷时，在合金表面移动探头，当界面二次反射波高降到50％时，此时探头中心就分层区的边界点；至此完成了轴瓦的检测。
进一步地，采用巴氏合金试块或碳钢试块进行轴瓦超声检测灵敏度的调整的具体方法包括：
(1)单晶探头为5Z10N，采用厚度为8mm的白合金TP调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z10N放置在白合金TP试块上，白合金TP试块厚度(T)方向作为大平底，将第4次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(2)单晶探头为5Z5N，采用厚度为8mm的白合金TP调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z5N放置在白合金TP试块上，白合金TP试块厚度(T)方向作为大平底，将第4次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或，
(3)单晶探头为5Z10N，采用厚度为15或16mm的JIS STB-A3调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z10N放置在JIS STB-A3试块上，JIS STB-A3试块厚度(T)方向作为大平底，将第6次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(4)单晶探头为5Z5N，采用厚度为15或16mm的JIS STB-A3调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z5N放置在JIS STB-A3试块上，JIS STB-A3试块厚度(T)方向作为大平底，将第3次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(5)单晶探头为5Z10N，采用厚度为25mm的JIS-STB-A1调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z10N放置在TPJIS-STB-A1试块上，JIS-STB-A1试块厚度(T)方向作为大平底，将第4次平底反射波调整到80％+6dB波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(6)单晶探头为5Z5N，采用厚度为25mm的JIS-STB-A1调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z5N放置在TPJIS-STB-A1试块上，JIS-STB-A1试块厚度(T)方向作为大平底，将第2次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整。
与现有技术相比，本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法具有以下优点：
检测灵敏度调整方法简便实用，同时检测灵敏度大小适中，可以有效的发现分层缺陷。对于当轴瓦巴氏合金钢的厚度大于8mm时，在检测中通过界面的反射波与基材底波的波幅变化来判断界面的质量。检测准确度高，可操作性强。对于巴氏合金钢的厚度≤8mm时，采用底波法；巴氏合金钢的厚度＞8mm时，采用移动探头，使一次底波升高到满屏刻度的40％。此时探头中心作为分层区的边界点；分别使用上述两种方式有针对性的进行缺陷定量检测，能够得到准确的缺陷面积定量。
附图说明
图1是本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法的燕尾槽边缘检测区域示意图；
图2是本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法的实际探伤时界面良好时示波屏显示；
图3是本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法的当界面分层时波形显示；
图4是本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法的分散性小量分层缺陷及界面气孔波形显示；
图5是本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法的底面回波与界面波的dB差；
图6是本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法的结合层分层时与结合层良好时dB差。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法，包括：利用单晶探头进行轴瓦超声检测，采用巴氏合金试块或碳钢试块进行探伤灵敏度的调整；
燕尾槽区检测：确定燕尾槽的巴氏合金与基材界面分层缺陷不能发现的盲区；对燕尾槽盲区以外的区域采用单晶探头进行检验，通过二次放射波波高确分层缺陷，具体包括：判定二次反射波是否高于50％，若二次反射波高于50％，判断缺陷走向沿燕尾槽方向，且缺陷的长度不小于0.1mm，则合金层具有分层缺陷；若二次反射波低于50％，则没有分层缺陷。
如图1所示，以国产600MW汽轮机轴瓦存在燕尾槽结构，燕尾槽深度a为3.5mm，燕尾槽宽度c为3.3mm，其合金层的厚度最厚b为12mm，夹角α为30°。
轴瓦燕尾区以外的区域的非燕尾区的检测：获取轴瓦巴氏合的厚度，
(1)若轴瓦巴氏合金钢的厚度小于或等于8mm时，则采用波形对比法进行轴瓦检测，具体包括：在示波屏上显示轴瓦超声检测波形，将显示的波形与预先定义的标准波形进行对比，判断轴瓦底面与合金界面结合良好或轴瓦底面与合金界面存在分层缺陷；例如《汽轮机巴氏合金轴瓦技术条件》(JB/T4272-1994等同ISO4386-1:1992)在附录图B5-B8(IS:始波BE：界面回波WE：底波RE：基准波高)提供波形图已涵盖所有分层缺陷的特征，推荐在实际检测中参照执行。
其中，判定为具有分层缺陷的轴瓦，由于界面的一次波和二次波会距离很近，从而影响缺陷定量判断，则采用底波法对缺陷缺陷面积的定量，具体包括：当发现缺陷时，移动探头，使一次底波升高到满屏刻度的40％，此时探头中心作为分层区的边界点，至此完成了轴瓦的检测；
(2)轴瓦巴氏合金钢的厚度大于8mm，则采用波形观察法进行轴瓦检测，在示波屏上显示界面的反射波、基材底波，通过界面的反射波与基材底波的波幅变化来判断界面的质量，具体包括：
如图2所示，当合金界面一次反射波高出100％屏高，有界面二次反射波，但波高低于50％屏高，同时伴随着底波显示，则确定界面结合良好，无缺陷；
如图3所示，当界面反射波幅大于80％，降低探伤灵敏度的情况下，二次波的波幅不低于70％，并出现多次界面回波，且基材底波消失，和/或如图2所示，界面的多次回波波高衰减符合超声波的衰减规律，既回波之间的波高相差6dB，则确定轴瓦底面与合金界面存在分层缺陷，且分层缺陷的面积大于探头晶片尺寸；当发现分层缺陷时，在合金表面移动探头；
如图4所示，当存在一次反射波、二次反射波的前下，无三次反射波或三次反射波低于20％，和/或轴瓦底波出现；以及当移动探头时，波形消失，则确定合金界面存在分散性分层，缺陷面积小于探头面积，或由于巴氏合金在浇铸中气体未释放出来，界面存在气孔缺陷；
当发现分层缺陷时，在合金表面移动探头，当界面二次反射波高降到50％时，此时探头中心就分层区的边界点；至此完成了轴瓦的检测。
上述三种情况以外的波形，不用于判断轴瓦情况。
本实施例中，用于判定上述合金界面的质量情况的反射波的波幅范围是根据以下理论公式推导得到的。
轴瓦合金结合面良好时的反射波与轴瓦合金分层时反射波的dB差
(1)巴氏合金与钢的声阻抗
Z＝ρ·C (3)
巴氏合金的平均密度：ρSn＝7.3g/cm3
巴氏合金的声速：CSn＝3320m/s
钢的密度为：ρFe＝7.8g/cm3
钢中的声速为：CFe＝5900m/s
代入式(3)得：
ZSn＝ρSn CSn＝2.42×106g/cm2s
ZFe＝ρFe CFe＝4.63×106g/cm2s
(2)超声波从巴氏合金表面入射，轴瓦合金界层的反射率r为：
(3)结合层分层时与结合良好时的波幅差：
当轴瓦合金层与基材结合良好时，界面的声压反射率为0.32；当合金与基材出现分层时，近似大平底反射，不考虑衰减及扩散，声压反射率近似等于1。
基材底波与界面波dB差
假设轴瓦底面与合金界面是平行结构，通过超声波的往复透过率计算出轴瓦的底波与合金界面结合良好时的界面波波幅差。
基材底面往复透射率：
合金界面结合良好时轴瓦底波与界面波的波幅差：
由理论计算得出：当轴瓦巴氏合金与基材结合良好时，界面波与基材底波相差11dB(相当于底波80％波高，界面波23％波高见图5)；当轴瓦巴氏合金与基材结合分层时，分层反射波与结合良好时反射波相差10dB(相当于如合金层界面波80％波高，结合良好时反射波约25％波高见图6)。
本实施例，采用直径较小的探头可以减少近场区，增加探头与轴瓦检测面的接触面积。所以在保证穿透力的情况下，优先选择直径较小的直探头
以目前探头制作水平，单晶探头的盲区可达到2mm，部分进口探头甚至可以达到0.5mm，汽轮发电机轴瓦巴氏合金层的厚度范围一般在5～12mm，单晶探头已经满足检测要求，这也是直探头可以替代双晶探头的另外一个原因。
探头频率高的优点是：超声波的发射能量更强，声波的指向性更好，盲区更小，对小缺陷的分辨率更好好，在实际检测中这有助观察界面波的波幅变化；其缺点是超声波近场区变大，影响缺陷定量。
在轴瓦巴氏合金层厚度大于8mm时，高频率探头对缺陷识别更有利。
表2不同频率探头界面一次波及二次波反射波幅实测值
从表2可以看出，采用不同的探头频率，当一次反射波幅80％时，2.5MHz探头的二次界面波波幅较高，4MHz、5MHz探头界面二次反射波幅较低，即界面的一次波幅与二次波幅的dB差更大。这是由于频率增高，声波衰减系数增大和近场区引起的。在轴瓦巴氏合金层厚度较大时，界面的二次回波波幅是判断界面是否分层的重要依据，对于相同的扫查灵敏度，存在分层缺陷时，相当于在界面处产生大平底反射，二次反射波会很高。所以使用低频探头会提高界面二次波的波幅，进而影响缺陷的判断。所以在保证穿透力的情况下，应选择高频率探头，尽可能的降低界面二次波的高度。综上所述，对于汽轮机轴瓦的超声检测，推荐使用5PΦ8单晶直探头。
实施例2
本实施例对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法，在实施例1的基础上，提出了一种采用巴氏合金试块或碳钢试块进行轴瓦超声检测灵敏度的调整的方法，该灵敏度检测中，可以选用巴氏合金试块，也可以选用碳钢试块来进行检测灵敏度的调整。检测灵敏度根据试块可按表1的任一方式调整。
表1超声波检测灵敏度调节方法
白合金TP试块是采用轴瓦表面材料一致的巴氏合金制作的试块，STB-A1、A3试块使用JIS2345-2000标准制作的碳钢试块，其制造技术、晶粒级别国内的DL-1和CSK-1A试块类似。B2、B3、B4、B6分别为第二、三、四、六次底面回波。本实施例中可以使用碳钢试块调节灵敏度，不需要特制轴瓦巴氏合金的试块，只需用碳钢试块即可完成灵敏度的调整，简便实用。以5Z10N探头为例：采用碳钢试块DL-1(JIS STB-A3)调整探伤灵敏度，将直探头放置在试块上，试块厚度(T)方向作为大平底，将第6次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整。其他试块也是相同的方式，列举如下：
(1)单晶探头为5Z10N，采用厚度为8mm的白合金TP调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z10N放置在白合金TP试块上，白合金TP试块厚度(T)方向作为大平底，将第4次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(2)单晶探头为5Z5N，采用厚度为8mm的白合金TP调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z5N放置在白合金TP试块上，白合金TP试块厚度(T)方向作为大平底，将第4次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或，
(3)单晶探头为5Z5N，采用厚度为15或16mm的JIS STB-A3调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z5N放置在JIS STB-A3试块上，JIS STB-A3试块厚度(T)方向作为大平底，将第3次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(4)单晶探头为5Z10N，采用厚度为25mm的JIS-STB-A1调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z10N放置在TPJIS-STB-A1试块上，JIS-STB-A1试块厚度(T)方向作为大平底，将第4次平底反射波调整到80％+6dB波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(5)单晶探头为5Z5N，采用厚度为25mm的JIS-STB-A1调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z5N放置在TPJIS-STB-A1试块上，JIS-STB-A1试块厚度(T)方向作为大平底，将第2次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整。
本发明探伤灵敏度调整方法与其他规程规定探伤灵敏度比较如表3所示：
表3规程与其他标准规定探伤灵敏度的比较
上表可以看出，本发明对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法，提供检测灵敏度方法并不低于其他标准的检测灵敏度，同时该方法使用碳钢试块就可以完成灵敏度调整，操作简单，推荐在实际检测中使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法，其特征在于，包括：
利用单晶探头进行轴瓦超声检测，采用巴氏合金试块或碳钢试块进行探伤灵敏度的调整，所述单晶探头为5PΦ8单晶直探头；
燕尾槽区检测：确定燕尾槽的巴氏合金与基材界面分层缺陷不能发现的盲区；对燕尾槽盲区以外的区域采用单晶探头进行检验，通过二次反 射波波高确分层缺陷，具体包括：判定二次反射波是否高于50％，若二次反射波高于50％，判断缺陷走向沿燕尾槽方向，且缺陷的长度不小于0.1mm，则合金层具有分层缺陷；若二次反射波低于50％，则没有分层缺陷；
所述对带有燕尾槽的汽轮机发电机轴瓦检测方法还包括轴瓦上非燕尾槽区的检测，具体包括：
获取轴瓦巴氏合的厚度，
若轴瓦巴氏合金钢的厚度小于或等于8mm时，则采用波形对比法进行轴瓦检测，具体包括：在示波屏上显示轴瓦超声检测波形，将显示的波形与预先定义的标准波形进行对比，判断轴瓦底面与合金界面结合良好或轴瓦底面与合金界面存在分层缺陷；其中，判定为具有分层缺陷的轴瓦，则采用底波法对缺陷面积的定量，具体包括：当发现缺陷时，移动探头，使一次底波升高到满屏刻度的40％，此时探头中心作为分层区的边界点，至此完成了轴瓦的检测；
若轴瓦巴氏合金钢的厚度大于8mm，则采用波形观察法进行轴瓦检测，在示波屏上显示界面的反射波、基材底波，通过界面的反射波与基材底波的波幅变化来判断界面的质量，具体包括：
当合金界面一次反射波高出100％屏高，有界面二次反射波，但波高低于50％屏高，同时伴随着底波显示，则确定界面结合良好，无缺陷；
当界面反射波幅大于80％，降低探伤灵敏度的情况下，二次波的波幅不低于70％，并出现多次界面回波，且基材底波消失，和/或界面的多次回波波高衰减符合超声波的衰减规律，即 回波之间的波高相差6dB，则确定轴瓦底面与合金界面存在分层缺陷，且分层缺陷的面积大于探头晶片尺寸；当发现分层缺陷时，在合金表面移动探头；
当存在一次反射波、二次反射波的前提 下，无三次反射波或三次反射波低于20％，和/或轴瓦底波出现；以及当移动探头时，波形消失，则确定合金界面存在分散性分层，缺陷面积小于探头面积，或由于巴氏合金在浇铸中气体未释放出来，界面存在气孔缺陷；
当发现分层缺陷时，在合金表面移动探头，当界面二次反射波高降到50％时，此时探头中心就分层区的边界点；至此完成了轴瓦的检测；
采用巴氏合金试块或碳钢试块进行轴瓦超声检测灵敏度的调整的具体方法包括：
(1)单晶探头为5Z10N，采用厚度为8mm的白合金TP调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z10N放置在白合金TP试块上，白合金TP试块厚度(T)方向作为大平底，将第4次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(2)单晶探头为5Z5N，采用厚度为8mm的白合金TP调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z5N放置在白合金TP试块上，白合金TP试块厚度(T)方向作为大平底，将第4次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或，
(3)单晶探头为5Z10N，采用厚度为15或16mm的JIS STB-A3调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z10N放置在JIS STB-A3试块上，JIS STB-A3试块厚度(T)方向作为大平底，将第6次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(4)单晶探头为5Z5N，采用厚度为15或16mm的JIS STB-A3调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z5N放置在JIS STB-A3试块上，JIS STB-A3试块厚度(T)方向作为大平底，将第3次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(5)单晶探头为5Z10N，采用厚度为25mm的JIS-STB-A1调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z10N放置在TPJIS-STB-A1试块上，JIS-STB-A1试块厚度(T) 方向作为大平底，将第4次平底反射波调整到80％+6dB波高，即完成探伤灵敏度的调整；或
(6)单晶探头为5Z5N，采用厚度为25mm的JIS-STB-A1调整探伤灵敏度，将单晶探头5Z5N放置在TPJIS-STB-A1试块上，JIS-STB-A1试块厚度(T)方向作为大平底，将第2次平底反射波调整到100％波高，即完成探伤灵敏度的调整。
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