CN108333184A - 汽轮机转子焊接接头检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其中，汽轮机转子包括主轴以及设于所述主轴周部的多个叶轮，所有的所述叶轮沿所述主轴的轴向间隔排布，所述叶轮的最外侧周部设有沿所述主轴的径向朝外延伸的环状叶片，所述转子的焊接接头为间隔排布于所述主轴上的环形焊缝，且所述焊接接头位于相邻的叶轮之间，所述焊接接头检测方法包括三道检测工序：采用视频检测方法检测所述焊接接头的表面缺陷；采用阵列涡流检测方法检测所述焊接接头的表面及近表面缺陷；采用超声相控阵检测方法检测所述焊接接头的内部缺陷；本发明的检测方法可适用于汽轮机运行阶段转子焊接接头的检测，可及时、可靠、快速地发现焊接接头存在的缺陷，保证汽轮机组稳定高效运行。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种汽轮机转子焊接接头检测方法。
背景技术
焊接转子具有结构紧凑、强度高、加工方便、材料利用合理和转子刚性好等诸多优点，但在优点突出的背后也存在不足，如：对材料的焊接性能要求高、对焊接工艺及检验检测技术要求高以及存在焊接接头性能薄弱区等。由于薄弱区的存在，为保证转子的安全运行，定期检查焊接接头的质量和性能是非常重要的。
汽轮机作为电站的重要组成部分，其安全可靠性直接影响到电站的安全经济运行。随着汽轮机技术的发展，汽轮机焊接转子的应用日益广泛，需要研发出可靠的解决方案保证机组安全、稳定、高效的运行。
在制造阶段转子焊接接头的检测安排在叶片安装之前进行，因为叶片没有安装，所以相邻叶轮之间的宽度和深度满足手动检测的条件。制造阶段一般采用如下检测步骤：利用肉眼目视的方式检测焊接接头表面的缺陷，利用磁粉检测的方法检测焊接接头表面和近表面的缺陷，利用常规超声检测的方法检测焊接接头内部缺陷。
但是在汽轮机转子的运行阶段，所有叶片均已安装就位，转子焊接接头的很多部位难以直接近距离检查或采用手动的方式将探头放置在指定位置，更为重要的是汽轮机运行以后的工况使焊接接头的应力分布发生了变化，产生的缺陷也和制造阶段有很大的不同，因此制造阶段的检测工艺在汽轮机组运行阶段不再适用，需要研发新的检测工艺满足机组焊接接头检测的需求。
发明内容
本发明提供一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其可以方便的实现转子焊接接头表面、近表面以及内部区域的完整检测，具有较高的缺陷检出率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其中，汽轮机转子包括主轴以及设于所述主轴周部的多个叶轮，所有的所述叶轮沿所述主轴的轴向间隔排布，所述叶轮的最外侧周部设有沿所述主轴的径向朝外延伸的环状叶片，所述转子的焊接接头为间隔排布于所述主轴上的环形焊缝，且所述焊接接头位于相邻的叶轮之间，所述焊接接头检测方法包括三道检测工序：采用视频检测方法检测所述焊接接头的表面缺陷；采用阵列涡流检测方法检测所述焊接接头的表面及近表面缺陷；采用超声相控阵检测方法检测所述焊接接头的内部缺陷；将所述视频检测方法、所述阵列涡流检测方法以及所述超声相控阵检测方法这三者中的任意一者作为第一道检测工序，剩余两者中的任意一者作为第二道检测工序，最后剩余的一者作为第三道检测工序。
进一步的，所述视频检测方法包括如下步骤：采用可绕所述焊接接头的周向运动的第一清洁机器人对所述焊接接头表面进行清洁；将视频检测设备中的视频探头安装在可绕所述焊接接头的周向运动的第一扫查器上，在所述第一扫查器沿所述焊接接头的周向移动的过程中检测所述焊接接头的表面缺陷，所述的视频检测设备为工业用内窥镜或管道镜。
进一步的，所述视频探头包括第一视频探头和第二视频探头，首先将所述第一视频探头安装在所述第一扫查器上，在所述第一扫查器沿所述焊接接头移动时实时记录缺陷区域；再将所述第二视频探头安装在所述第一扫查器上，所述第一扫查器带动所述第二视频探头移动至所述第一视频探头检测到的缺陷区域，所述第二视频探头对缺陷的长度、面积、深度和周长进行测量。
进一步的，所述阵列涡流检测方法包括如下步骤：将涡流检测设备中的涡流探头安装在可绕所述焊接接头的周向运动的第二扫查器上，在所述第二扫查器沿所述焊接接头的周向移动的过程中检测所述焊接接头的表面及近表面缺陷。
进一步的，所述涡流探头为半柔性探头，所述涡流探头靠近所述焊接接头的前端面其周部设有便于贴紧所述焊接接头表面的柔性层，在阵列涡流检测过程中，所述涡流探头紧贴所述焊接接头的表面。
进一步的，在对所述焊接接头进行阵列涡流检测前，采用可绕所述焊接接头的周向运动的第二清洁机器人对所述焊接接头表面进行清洁，确认焊接接头表面无氧化皮、锈蚀、油污或飞溅。
进一步的，所述超声相控阵检测方法包括如下步骤：对所述焊接接头沿其厚度方向进行分区，将超声相控阵检测设备中的超声探头设置在可绕所述焊接接头周向运动的第三扫查器上，在所述第三扫查器沿所述焊接接头移动的过程中依次检测各个所述分区的内部缺陷，将其中的一个所述分区检测完成后，更换所述超声探头，继续检测另一个所述分区，直至将所有的所述分区检测完毕。
进一步的，所述超声探头可滑动的设置在所述第三扫查器上，所述超声探头的滑动方向平行所述主轴的轴心线方向，在对其中的一个所述分区进行检测的过程中，首先确定一个基准点，自所述基准点沿所述焊接接头的周部进行第一圈检测，将所述超声探头沿所述主轴的轴向移动5mm，再次对所述焊接接头的周部进行第二圈检测，直至完成对整个所述分区的检测，检测过程中确保被检焊缝区域被声束完全覆盖。
进一步的，所述分区包括第一分区、第二分区和第三分区，所述第一分区的扫查范围为自所述焊接接头的外表面沿径向向内0-30mm；所述第二分区的扫查范围为自所述焊接接头的外表面沿径向向内30-90mm；所述第三分区的扫查范围为自所述焊接接头的外表面沿径向向内90mm以上的区域。
进一步的，所述第一分区采用频率为2MHz的双线阵探头，其晶片排布为2×16，扫查深度为0-30mm区域，聚焦深度为50mm，扇扫角度为60°-70°；所述第二分区采用频率为5MHz32晶片或64晶片的线阵探头，其扫查深度为30mm-90mm区域，扫查角度为30°-60°，聚焦深度为80mm；所述第三分区的扫查深度为90mm以上区域，扇扫角度为20°-35°，聚焦深度为130mm。
采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明的检测方法可适用于汽轮机组运行阶段转子焊接接头表面、近表面以及内部区域的检测，可及时、可靠、快速地发现转子焊接接头存在的缺陷，保证汽轮机组稳定高效的运行；对于核电厂来说，该项检测方法对于确保核安全具有重要意义。
(2)本发明的视频检测方法、阵列涡流检测方法以及超声相控阵检测方法检测数据都可以记录，便于后期进行检测数据的复核及被检区域的跟踪。
(3)本发明中的视频检测方法不仅可以探测焊接接头表面的缺陷，而且可以测量缺陷的长度、周长、深度以及面积等尺寸参数。
(4)本发明中的阵列涡流检测方法通过将多个涡流检测线圈进行封装，利用计算机软件控制线圈的激励次序，从而实现对被检测件的快速检测，和常规涡流检测方法相比，阵列涡流检测方法速度更快，一次性检测的区域更大，缺陷检出率更高，扫查模式更简单。
(5)本发明中超声相控阵检测方法可以利用内置软件单独控制相控阵探头中每一个晶片的激发时间，从而控制声束的偏转角度、聚焦位置以及焦点的尺寸，和常规超声检测技术相比，相控阵技术的检测速度更快，缺陷检出率更高，检测灵活性更强。
附图说明
附图1为本发明的汽轮机转子未安装叶片时的结构示意图；
附图2为本发明的汽轮机转子安装叶片后的结构示意图；
附图3为本实施例中涡流探头线圈排布的结构示意图；
附图4为本实施例中涡流探头的布置结构示意图；
附图5为本实施例中超声相控阵检测分区示意图；
附图6为本实施例中第一分区的声场分布示意图；
附图7为本实施例中第二分区的声场分布示意图；
附图8为本实施例中第三分区的声场分布示意图；
附图9为本实施例中超声相控阵检测声束覆盖示意图。
其中，1、主轴；2、叶轮；3、焊接接头；4、叶片；5、涡流探头；6、发射线圈；7、接收线圈。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种汽轮机转子焊接接头3检测方法，其中，汽轮机转子包括主轴1以及设于主轴1周部的多个叶轮2，所有的叶轮2沿主轴1的轴向间隔排布，每个叶轮2的最外侧周部均设有沿主轴1的径向朝外延伸的环状叶片4，转子的焊接接头3为间隔排布于主轴1上的环形焊缝，且焊接接头3位于相邻的叶轮2之间。每相邻的两叶轮2之间的距离最小仅为200mm，主轴1的周长为4-5m。
焊接接头3检测方法包括三道检测工序：采用视频检测方法检测焊接接头3的表面缺陷；采用阵列涡流检测方法检测焊接接头3的表面及近表面缺陷；采用超声相控阵检测方法检测焊接接头3的内部缺陷；视频检测方法、阵列涡流检测方法以及超声相控阵检测方法这三者中的任意一者均可以作为第一道检测工序、第二道检测工序或第三道检测工序。
当然，针对检测需求，也可仅选择视频检测方法检测焊接接头3的表面缺陷；或，仅选择阵列涡流检测方法检测焊接接头3的表面及近表面缺陷；或，仅选择超声相控阵检测方法检测焊接接头3的内部缺陷。
视频检测方法包括如下步骤：将视频检测设备中的视频探头用校准试块进行校准，并在视频检测设备中导入视频探头的相关信息；采用可绕焊接接头3的周向运动的第一清洁机器人对焊接接头3表面进行清洁；将视频探头安装在可绕焊接接头3的周向运动的第一扫查器上，在第一扫查器沿焊接接头3的周向移动的过程中检测焊接接头3的表面缺陷。
视频检测设备可以是工业用带测量功能的内窥镜、管道镜等。
具体的，视频探头包括第一视频探头和第二视频探头。首先将第一视频探头安装在第一扫查器上，在第一扫查器沿焊接接头3移动时实时记录缺陷区域。当发现缺陷后，再改用第二视频探头安装在第一扫查器上，第一扫查器带动第二视频探头移动至第一视频探头检测到的缺陷区域，第二视频探头对缺陷的长度、面积、深度和周长等参数进行测量，并实时记录检测数据。
阵列涡流检测方法包括如下步骤：在对焊接接头3进行阵列涡流检测前，采用可绕焊接接头3的周向运动的第二清洁机器人对焊接接头3表面进行清洁，确认焊接接头3表面无氧化皮、锈蚀、油污或飞溅；用校准试板做标定，将所有线圈的提离信号及噪声相位调至水平；将涡流检测设备中的涡流探头5安装在可绕焊接接头3的周向运动的第二扫查器上，在第二扫查器沿焊接接头3的周向移动的过程中检测焊接接头3的表面及近表面缺陷，检测过程中应保证探头和被检表面的良好接触。
现有的常规涡流探头一般采用点式探头的型式，只有单个线圈底面为全硬性设计。通用的阵列涡流探头一般采用全硬性或者全柔性设计，阵列涡流探头的连接线长度为3-5米。但是由于汽轮机转子是精密部件，硬性设计探头容易造成转子表面磨损；同时由于转子表面有一些沟槽，全柔性设计探头在经过沟槽时容易损坏，因此全硬性或者全柔性的探头都不能满足现场检测条件。
本实施例中的涡流探头5为半柔性探头，涡流探头5靠近焊接接头3的前端面其周部设有便于贴紧焊接接头3表面的柔性层，在阵列涡流检测过程中，涡流探头5紧贴焊接接头3的表面，防止提离信号影响检测结果。
如图3所示，本实施例中的涡流探头5通过将多个涡流检测线圈(发射线圈6和接收线圈7)进行封装，线圈排布为4×16或者2×32。实际检测时，涡流探头5的长度方向覆盖在焊接接头3的轴向，具体参见附图4中涡流探头5的布置结构示意图。利用计算机软件控制线圈的激励次序，从而实现对被检测件的快速检测，一次性检测的区域更大，缺陷检出率更高，扫查模式更简单。
另外汽轮机转子的主轴1其周长约为4-5米，考虑到涡流检测设备和转子之间的距离，涡流探头5的连接线线长度至少为7米。本实施例中，涡流探头5的检测频率为150KHz，连接线线长度为10米。
超声相控阵检测方法包括如下步骤：对焊接接头3沿其厚度方向进行分区；检测开始前每个分区使用的超声探头设置好对应的聚焦法则，并利用专用试块完成TCG校准；超声探头设置在可绕焊接接头3周向运动的第三扫查器上，在第三扫查器沿焊接接头3移动的过程中依次检测各个分区的内部缺陷；将其中的一个分区检测完成后，更换超声探头和聚焦法则，继续检测另一个分区，直至将所有的分区检测完毕。
具体的，超声探头可滑动的设置在第三扫查器上，超声探头的滑动方向平行主轴1的轴心线方向，在对其中的一个分区进行检测的过程中，首先确定一个基准点，自基准点沿焊接接头3的周部进行第一圈检测，再将第三扫查器沿与第一圈检测相逆的方向返回至上述基准点，将超声探头沿主轴1的轴向移动5mm，再次对焊接接头3的周部进行第二圈检测，再将第三扫查器沿与第二圈检测相逆的方向返回至上述基准点，超声探头沿主轴1的轴向再次移动5mm，如此往复，直至完成对整个分区的检测，检测过程中确保被检焊缝区域被声束完全覆盖。
优选的，上述基准点位于焊接接头的轴向一侧，则每进行一圈检测，超声探头沿主轴1的移动方向为朝向同一个方向。
本实施例中，分区包括第一分区、第二分区和第三分区，第一分区的扫查范围为自焊接接头3的外表面沿径向向内0-30mm；第二分区的扫查范围为自焊接接头3的外表面沿径向向内30-90mm；第三分区的扫查范围为自焊接接头3的外表面沿径向向内90mm以上的区域。
各分区所用超声探头的参数包括探头类型、波型、频率、晶片数量、探头孔径、楔块角度、晶片间距、晶片间隙、晶片宽度、检测方法，第一分区、第二分区以及第三分区具体参数如下表1所示。
第一分区采用频率为2MHz的双线阵探头，其晶片排布为2×16，扫查深度为0-30mm区域，聚焦深度为50mm，扇扫角度为60°-70°。采用一发一收的双线阵探头可以有效降低近表面干扰波的影响，且声束的扩散范围较大，可以有效避免近表面缺陷的漏检。第一分区可以采用表1中的第一探头。
第二分区采用频率为5MHz32晶片或64晶片的线阵探头，其扫查深度为30mm-90mm区域，扫查角度为30°-60°，聚焦深度为80mm。第二分区可以采用表1中的第二探头和第三探头。
第三分区的扫查深度为90mm以上区域，扇扫角度为20°-35°，聚焦深度为130mm。第三分区可以采用表1中的第四探头和第五探头。
表1
本实施例中焊接接头3的深度为143mm，第一分区的扫查范围为自焊接接头3的外表面沿径向向内0-30mm；第二分区的扫查范围为自焊接接头3的外表面沿径向向内30-90mm；第三分区的扫查范围为自焊接接头3的外表面沿径向向内90mm-143mm，第一分区、第二分区和第三分区的分区示意图如图5所示。附图6为第一分区的声场分布示意图；附图7为第二分区的声场分布示意图；附图8为第三分区的声场分布示意图；附图9为超声相控阵检测声束覆盖示意图。
本发明的检测方法可以方便的实现转子焊接接头3表面、近表面以及内部区域的完整检测，检测方便且具有较高的缺陷检出率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其中，汽轮机转子包括主轴以及设于所述主轴周部的多个叶轮，所有的所述叶轮沿所述主轴的轴向间隔排布，所述叶轮的最外侧周部设有沿所述主轴的径向朝外延伸的环状叶片，所述转子的焊接接头为间隔排布于所述主轴上的环形焊缝，且所述焊接接头位于相邻的叶轮之间，其特征在于，所述焊接接头检测方法包括三道检测工序：采用视频检测方法检测所述焊接接头的表面缺陷；采用阵列涡流检测方法检测所述焊接接头的表面及近表面缺陷；采用超声相控阵检测方法检测所述焊接接头的内部缺陷；将所述视频检测方法、所述阵列涡流检测方法以及所述超声相控阵检测方法这三者中的任意一者作为第一道检测工序，剩余两者中的任意一者作为第二道检测工序，最后剩余的一者作为第三道检测工序。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其特征在于， 所述视频检测方法包括如下步骤：采用可绕所述焊接接头的周向运动的第一清洁机器人对所述焊接接头表面进行清洁；将视频检测设备中的视频探头安装在可绕所述焊接接头的周向运动的第一扫查器上，在所述第一扫查器沿所述焊接接头的周向移动的过程中检测所述焊接接头的表面缺陷，所述的视频检测设备为工业用内窥镜或管道镜。
3.根据权利要求2所述的一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其特征在于， 所述视频探头包括第一视频探头和第二视频探头，首先将所述第一视频探头安装在所述第一扫查器上，在所述第一扫查器沿所述焊接接头移动时实时记录缺陷区域；再将所述第二视频探头安装在所述第一扫查器上，所述第一扫查器带动所述第二视频探头移动至所述第一视频探头检测到的缺陷区域，所述第二视频探头对缺陷的长度、面积、深度和周长进行测量。
4.根据权利要求1所述的一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其特征在于，所述阵列涡流检测方法包括如下步骤：将涡流检测设备中的涡流探头安装在可绕所述焊接接头的周向运动的第二扫查器上，在所述第二扫查器沿所述焊接接头的周向移动的过程中检测所述焊接接头的表面及近表面缺陷。
5.根据权利要求4所述的一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其特征在于：所述涡流探头为半柔性探头，所述涡流探头靠近所述焊接接头的前端面其周部设有便于贴紧所述焊接接头表面的柔性层，在阵列涡流检测过程中，所述涡流探头紧贴所述焊接接头的表面。
6.根据权利要求4所述的一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其特征在于：在对所述焊接接头进行阵列涡流检测前，采用可绕所述焊接接头的周向运动的第二清洁机器人对所述焊接接头表面进行清洁，确认焊接接头表面无氧化皮、锈蚀、油污或飞溅。
7.根据权利要求1所述的一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其特征在于，所述超声相控阵检测方法包括如下步骤：对所述焊接接头沿其厚度方向进行分区，将超声相控阵检测设备中的超声探头设置在可绕所述焊接接头周向运动的第三扫查器上，在所述第三扫查器沿所述焊接接头移动的过程中依次检测各个所述分区的内部缺陷，将其中的一个所述分区检测完成后，更换所述超声探头，继续检测另一个所述分区，直至将所有的所述分区检测完毕。
8.根据权利要求7所述的一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其特征在于，所述超声探头可滑动的设置在所述第三扫查器上，所述超声探头的滑动方向平行所述主轴的轴心线方向，在对其中的一个所述分区进行检测的过程中，首先确定一个基准点，自所述基准点沿所述焊接接头的周部进行第一圈检测，将所述超声探头沿所述主轴的轴向移动5mm，再次对所述焊接接头的周部进行第二圈检测，直至完成对整个所述分区的检测，检测过程中确保被检焊缝区域被声束完全覆盖。
9.根据权利要求7或8所述的一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其特征在于，所述分区包括第一分区、第二分区和第三分区，所述第一分区的扫查范围为自所述焊接接头的外表面沿径向向内0-30mm；所述第二分区的扫查范围为自所述焊接接头的外表面沿径向向内30-90mm；所述第三分区的扫查范围为自所述焊接接头的外表面沿径向向内90mm以上的区域。
10.根据权利要求9所述的一种汽轮机转子焊接接头检测方法，其特征在于，所述第一分区采用频率为2MHz的双线阵探头，其晶片排布为2×16，扫查深度为0-30mm区域，聚焦深度为50mm，扇扫角度为60°-70°；所述第二分区采用频率为5MHz32晶片或64晶片的线阵探头，其扫查深度为30mm-90mm区域，扫查角度为30°-60°，聚焦深度为80mm；所述第三分区的扫查深度为90mm以上区域，扇扫角度为20°-35°，聚焦深度为130mm。
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