CN113176338B - 一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，包括制作一组轴瓦超声导波检测对比试块，搭设专用的超声导波轴瓦检测系统，测试轴向对比试块和周向对比试块的超声导波声能波幅值，绘制轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，对实际被检测的汽轮机轴瓦脱胎情况进行分级评定。本发明克服现有超声纵波反射回波检测法的近场盲区大、结合面杂波信号多等固有缺点，大大提高检测结果的准确度，可对检测结果进行数值量化，进而实现对汽轮机轴瓦巴氏合金结合面结合质量的分级评定。本方法无需辅助设备或者相关材料的破坏性评估，对评价被检测汽轮机轴瓦的脱胎情况、新制轴瓦合金结合面的结合质量监控具有非常积极的作用。

Description

一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法

技术领域

本发明涉及金属材料的无损探伤技术领域，具体而言，涉及一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法。

背景技术

电站汽轮机轴瓦是汽轮机轴承的重要构件之一，是汽轮机滑动轴承和转动轴径接触的部分。其主要作用是：承载轴颈所施加的作用力、保持顶轴油油膜稳定、使轴承平稳地工作并减少轴承的摩擦损失。汽轮机转子以3000转/分的转速在与轴瓦的接触面进行转动。高速、重载的汽轮发电机合金轴瓦目前一般采用双金属形式，材料为巴氏合金的承载接触面粘合在材料为钢的基体上。

目前一般采用离心浇筑而成的方法来实现巴氏合金与钢质基体的粘合。巴氏合金的厚度一般在3～10mm之间，该种合金的特点是耐磨性好但耐热性较差，因此要求合金层与钢质基体紧密结合，通过高压抗燃油来对轴承进行冷却。由于制造中引起的结合面缺陷，如钢质基体机加工切削速度和切削量失控存在内应力；浇铸前未去除局部应力；钢质基体存在毛刺、尖角、裂纹、缩松和夹渣；钢质基体表面粗糙度不符合要求、存在表面污物或合金浇铸温度过低等原因，均易造成巴氏合金与钢质基体成粘合不良。再加上运行中承受高周期交变载荷、以及热膨胀应力作用下产生的疲劳，使缺陷或局部结合不良部位的面积不断增大，巴氏合金逐渐从钢质基体上脱离。

如合金层脱离或脱胎面积过大，则会导致传热不良，造成轴瓦烧毁。这会大大影响汽轮机的安全稳定运行，严重时将发生轴颈磨损、振动过大甚至机毁人亡的后果。近年来电力系统已发生多起由于轴瓦烧损而导致停机的事故，对巴氏合金与钢质基体结合性的检验已成为电站汽轮机组检修中的重要环节，一般称之为轴瓦脱胎检验。

现有检测轴瓦合金材料结合质量的方法有渗透检测、超声纵波反射回波法检测。渗透检验方法只能检验结合面侧面的结合情况，对内部肉眼不可见部分的结合状况不能检验，目前最有效的检验方法为超声纵波检验，但采用常规超声纵波反射回波法存在以下难点：

第一、由于巴氏合金在轴瓦上的厚度很薄，合金浇铸层厚度在直探头的近场区内，超声纵波在此范围内存在声压极大、极小值，不能在示波器上对反射体做出有规律的反映。常规直探头探伤存在始波占宽大、盲区大、难以识别近距离缺陷等问题，所以采用普通的直探头不能满足对汽轮机轴瓦结合层脱胎缺陷检查的要求。

第二、巴氏合金与轴瓦钢制基体的声阻抗差较大，因此在这两种材料的结合面上不论脱胎与否均会出现界面回波，从而给缺陷波的判断带来困难。

即使目前使用了双晶聚焦探头、加延时楔块等技术对上述缺点加以克服，但是，由于该方法使用的是原理是基于超声纵波反射回波法，超声纵波在巴氏合金与轴瓦钢制基体的结合面、巴氏合金与延时楔块的结合面的每次反射回波都会进入检测系统，这可能导致缺陷回波信号湮没在无用的杂波信号里，对检测结果的判断造成了很大的干扰。

因此，有必要发明一种新型检测方法，通过超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，可克服现有超声纵波反射回波检测法的近场盲区大、结合面杂波信号多等固有缺点，以提高检测结果的准确度。

发明内容

针对现有的检测方法存在的超声纵波反射回波检测法的近场盲区大、结合面杂波信号多等固有缺点，本发明提供了一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，包括以下步骤：

步骤1：制作一组轴瓦超声导波检测对比试块；

轴瓦超声导波检测对比试块包括轴向对比试块和周向对比试块；

步骤2：搭设专用的超声导波轴瓦检测系统；

超声导波轴瓦检测系统包括多通道超声导波检测仪和轴瓦超声导波检测专用探头，轴瓦超声导波检测专用探头与多通道超声导波检测仪电连接；

步骤3：测试轴向对比试块和周向对比试块的超声导波声能波幅值；

利用超声导波轴瓦检测系统测试轴向对比试块的超声导波声能波幅值，利用超声导波轴瓦检测系统测试周向对比试块的超声导波声能波幅值；

步骤4：绘制轴向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，绘制周向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线；

步骤5：对实际被检测的汽轮机轴瓦脱胎情况进行分级评定。

优选地，所述轴向对比试块的制作过程为：

轴向对比试块包括矩形的钢制基体和平面的巴氏合金层，钢制基体的上表面等分为第一区域、第二区域和第三区域，第一区域表面光滑处理，第二区域表面加工有小尺寸锯齿，第三区域表面加工有大尺寸锯齿，将巴氏合金层放置在钢制基体上，巴氏合金层的一侧比钢制基体多出一部分区域，在进行巴氏合金离心浇筑时，多出的这部分区域的底部放置一个补偿块，浇筑完成后，补偿块撤除，则此区域为轴向对比试块的完全脱胎区，对应的脱胎级别为S3，第一区域与巴氏合金层粘合处为轴向对比试块的粘合良好区，对应的脱胎级别为S0，第二区域与巴氏合金层粘合处为轴向对比试块的粘合较差区，对应的脱胎级别为S1，第三区域与巴氏合金层粘合处为轴向对比试块的脱胎严重区，对应的脱胎级别为S2。

优选地，所述钢制基体和巴氏合金层的材质与实际被检测的汽轮机轴瓦的材质相同。

优选地，所述周向对比试块的制作过程为：

周向对比试块包括弧形钢制基体和弧形巴氏合金层，弧形钢制基体的上表面等分为第四区域、第五区域和第六区域，第四区域表面光滑处理，第五区域表面加工有小尺寸锯齿，第六区域表面加工有大尺寸锯齿，将弧形巴氏合金层放置在弧形钢制基体上，弧形巴氏合金层的一侧比弧形钢制基体多出一部分区域，在进行巴氏合金离心浇筑时，多出的这部分区域的底部放置一个弧形补偿块，浇筑完成后，弧形补偿块撤除，则此区域为周向对比试块的完全脱胎区，对应的脱胎级别为S3′，第四区域与弧形巴氏合金层粘合处为周向对比试块的粘合良好区，对应的脱胎级别为S0′，第五区域与弧形巴氏合金层粘合处为周向对比试块的粘合较差区，对应的脱胎级别为S1′，第六区域与弧形巴氏合金层粘合处为周向对比试块的脱胎严重区，对应的脱胎级别为S2′。

优选地，所述弧形钢制基体和弧形巴氏合金层的材质与实际被检测的汽轮机轴瓦的材质相同，弧形钢制基体和弧形巴氏合金层的曲率与实际被检测的汽轮机轴瓦的曲率相同或者相当。

优选地，所述轴瓦超声导波检测专用探头包括轴向扫查专用探头和周向扫查专用探头，轴向扫查专用探头和周向扫查专用探头均包括探头主体，探头主体内通过隔声层分为左侧发射部分和右侧接收部分，左侧发射部分中倾斜的设置有发射压电晶片，右侧接收部分中倾斜的设置有接收压电晶片，发射压电晶片和接收压电晶片上均设置有阻尼块，所述探头主体的顶部设置有发射信号接口和接收信号接口，发射压电晶片与发射信号接口电连接，接收压电晶片与接收信号接口电连接，发射信号接口和接收信号接口均与多通道超声导波检测仪电连接；

轴向扫查专用探头的探头主体的底部设置有平面形楔块，周向扫查专用探头的探头主体的底部设置有弧形楔块。

优选地，所述探头主体是由吸声材料制成的。

优选地，步骤3具体包括：

测试轴向对比试块的超声导波声能波幅值：

轴向扫查专用探头与多通道超声导波检测仪电连接，将轴向扫查专用探头放置在轴向对比试块的完全脱胎区的巴氏合金层上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在轴向对比试块完全脱胎区内多次反射以超声导波模式传播，此种条件超声导波传播能量损耗最少，接收压电晶片接收的超导波声能波幅值最大，调节多通道超声导波检测仪，将该波幅调节至满屏高度，记录接收的超声导波声能波幅值，记为d；在该灵敏度增益下，将轴向扫查专用探头放置在轴向对比试块的粘合良好区的巴氏合金层上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在轴向对比试块的粘合良好区内多次反射以超声导波模式传播，由于巴氏合金与钢制基体的粘结面良好，且传播过程中经多次反射，绝大部分能量经粘合面透射入钢制基体内部，此种条件传播能量损耗最大，接收压电晶片接收的声能波幅值最小，记录接收的超声导波声能波幅值，记为a；在同等增益灵敏度下，分别将轴向扫查专用探头放置在轴对比试块的粘合较差区、脱胎严重区，启动多通道超声导波检测仪，记录接收的超声导波声能波幅值，分别记为b、c；

测试周向对比试块的超声导波声能波幅值：

周向扫查专用探头与多通道超声导波检测仪电连接，以同样的方式测试周向对比试块的完全脱胎区的超声导波声能波幅值，记为d′，测试周向对比试块的粘合良好区的超声导波声能波幅值，记为a′，测试周向对比试块的粘合较差区的超声导波声能波幅值，记为b′，测试周向对比试块的脱胎严重区的超声导波声能波幅值，记为c′。

优选地，步骤4具体包括：

利用获得的轴向对比试块的超声导波声能波幅值a、b、c、d，轴向对比试块中对应的脱胎级别S0、S1、S2、S3，绘制轴向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，其中，曲线纵坐标为轴向对比试块的超声导波声能波幅值，横坐标为轴向对比试块中对应的脱胎级别；

利用获得的周向对比试块的超声导波声能波幅值a′、b′、c′、d′，周向对比试块中对应的脱胎级别S0′、S1′、S2′、S3′，绘制周向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，其中，曲线纵坐标为周向对比试块的超声导波声能波幅值，横坐标为周向对比试块中对应的脱胎级别。

优选地，步骤5具体包括：

将轴向扫查专用探头放置在实际被检测的汽轮机轴瓦上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在实际被检测的汽轮机轴瓦内多次反射以超声导波模式传播，记录接收的超声导波声能波幅值，记为A，若A小于等于a，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S0；若A在a和b之间，则需要记录超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度小于等于20mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S1，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度大于20mm且小于等于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度大于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3；若A在b和c之间，则需要记录超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度小于等于10mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2，否则，认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3；若A大于c，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3；

同样的，将周向扫查专用探头放置在实际被检测的汽轮机轴瓦上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在实际被检测的汽轮机轴瓦内多次反射以超声导波模式传播，记录接收的超声导波声能波幅值，记为B，若B小于等于a′，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S0′；若B在a′和b′之间，则需要记录超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度小于等于20mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S1′，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度大于20mm且小于等于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2′，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度大于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3′；若B在b′和c′之间，则需要记录超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度小于等于10mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2′，否则，认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3′；若B大于c′，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3′。

本发明具有的有益效果是：

本发明借助开发的轴瓦脱胎分级评定用轴瓦超声导波检测专用探头及轴瓦超声导波检测对比试块，搭设专用超声导波轴瓦检测系统，绘制轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别的参考曲线，建立了超声导波传播声能变化与巴氏合金层/钢质基体结合程度的对应关系；利用绘制的参考曲线对被检测的汽轮机轴瓦脱胎情况进行分级评定。

本发明开发的轴瓦超声导波检测专用探头，采用一发一收压电晶片，发射压电晶片发射出的超声导波在轴瓦巴氏合金层两侧平行边界上产生多次的来回反射后进入接收压电晶片；周向扫查时可选择弧形楔块，与被检测的汽轮机轴瓦更好的耦合。

本发明开发的轴瓦超声导波检测对比试块，可以通过调节对试块巴氏合金结合层的脱胎程度、脱胎面积实现脱胎级别的划分，具有评定准确的优点。

采用超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，可克服现有超声纵波反射回波检测法的近场盲区大、结合面杂波信号多等固有缺点，大大提高检测结果的准确度，可对检测结果进行数值量化，进而实现对汽轮机轴瓦巴氏合金结合面结合质量的分级评定。

采用超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，检测过程成本低，无需辅助设备或者相关材料的破坏性评估，对评价被检测汽轮机轴瓦的脱胎情况、新制轴瓦合金结合面的结合质量监控具有非常积极的作用。

本发明得到的波幅参数直观明了，曲线制作简单，具有检测效率高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为轴向扫查专用探头的示意图。

图2为周向扫查专用探头的示意图。

图3为轴向对比试块的正视图。

图4为轴向对比试块的俯视图。

图5为周向对比试块的正视图。

图6为周向对比试块的俯视图。

图7为超声导波轴瓦检测系统对轴向对比试块进行检测的示意图。

图8为超声导波轴瓦检测系统对周向对比试块进行检测的示意图。

图9为轴向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线的示意图。

1.钢制基体；2.巴氏合金层；3.第一区域；4.第二区域；5.第三区域；6.补偿块；7.轴向对比试块的完全脱胎区；8.轴向对比试块的粘合良好区；9.轴向对比试块的粘合较差区；10.轴向对比试块的脱胎严重区；11.弧形钢制基体；12.弧形巴氏合金层；13.第四区域；14.第五区域；15.第六区域；16.弧形补偿块；17.周向对比试块的完全脱胎区；18.周向对比试块的粘合良好区；19.周向对比试块的粘合较差区；20.周向对比试块的脱胎严重区；21.多通道超声导波检测仪；22.探头主体；23.隔声层；24.发射压电晶片；25.接收压电晶片；26.阻尼块；27.发射信号接口；28.接收信号接口；29.平面形楔块；30.弧形楔块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

超声导波是一种由于介质边界存在而产生的机械波，可在有边界的介质内如容器、管道、平板、棒等传播，传播方向平行于介质的边界面。当超声导波入射进板状工件内后，工件内的纵波、横波将会在两侧平行的边界上产生多次的来回反射而沿平行于板面方向行进，即平行的边界制导超声波在板内传播，导波的声场遍及整个壁厚。

由于它的传播受制于介质的几何边界形状，因此定义为导波。在平板中，导波以兰姆波、平面剪波SH两种波形存在。导波具有频散特性，传声介质的材料特性、几何形状和尺寸大小对导波有着直接的影响。

由上可知，在平板中，超声导波只能在有平行边界面的介质内传播；超声导波沿平行于板面方向行进时，将会在两侧平行的边界上产生多次的来回反射。可以利用超声导波的这两个特性，将汽轮机轴瓦的巴氏合金层看作为超声导波传播的平板，其承载接触面/粘合面作为平行的两个边界面；如果巴氏合金层单独存在(即粘合面完全脱胎)，则超声导波在巴氏合金层承载接触面/粘合面的平行界面内可以正常行进传播能量；如果巴氏合金层与钢质基体紧密结合，则可视为超声导波传播的平行界面有一侧(粘合面)被破坏，超声导波大部分能量通过浇筑面侧折射进入钢质基体，少部分能量在浇筑面侧反射继续在平行界面内传播。随着超声导波沿平行于板面方向继续前进，经过在浇筑面侧多次的透射与反射，超声导波能量衰减直至无法检出。通过制作专用对比试块、搭设专用超声导波轴瓦检测系统、找出超声导波传播声能变化与巴氏合金层/钢质基体结合程度的对应关系，绘制轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别的参考曲线，进而实现对电站汽轮机轴瓦巴氏合金层与钢质基体的结合程度的分级评定。

结合图1至图9，一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，包括以下步骤：

步骤1：制作一组轴瓦超声导波检测对比试块；

轴瓦超声导波检测对比试块包括轴向对比试块和周向对比试块。

轴向对比试块的制作过程为：

轴向对比试块包括矩形的钢制基体1和平面的巴氏合金层2，钢制基体和巴氏合金层的材质与实际被检测的汽轮机轴瓦的材质相同。

钢制基体的上表面等分为第一区域3、第二区域4和第三区域5，第一区域表面光滑处理，第二区域表面加工有小尺寸锯齿，第三区域表面加工有大尺寸锯齿。将巴氏合金层放置在钢制基体上，巴氏合金层的一侧比钢制基体多出一部分区域，在进行巴氏合金离心浇筑时，多出的这部分区域的底部放置一个补偿块6，浇筑完成后，补偿块撤除，则此区域为轴向对比试块的完全脱胎区7，对应的脱胎级别为S3，第一区域与巴氏合金层粘合处为轴向对比试块的粘合良好区8，对应的脱胎级别为S0，第二区域与巴氏合金层粘合处为轴向对比试块的粘合较差区9，对应的脱胎级别为S1，第三区域与巴氏合金层粘合处为轴向对比试块的脱胎严重区10，对应的脱胎级别为S2。

周向对比试块的制作过程为：

周向对比试块包括弧形钢制基体11和弧形巴氏合金层12，弧形钢制基体和弧形巴氏合金层的材质与实际被检测的汽轮机轴瓦的材质相同，弧形钢制基体和弧形巴氏合金层的曲率与实际被检测的汽轮机轴瓦的曲率相同或者相当。

弧形钢制基体的上表面等分为第四区域13、第五区域14和第六区域15，第四区域表面光滑处理，第五区域表面加工有小尺寸锯齿，第六区域表面加工有大尺寸锯齿，将弧形巴氏合金层放置在弧形钢制基体上，弧形巴氏合金层的一侧比弧形钢制基体多出一部分区域，在进行巴氏合金离心浇筑时，多出的这部分区域的底部放置一个弧形补偿块16，浇筑完成后，弧形补偿块撤除，则此区域为周向对比试块的完全脱胎区17，对应的脱胎级别为S3′，第四区域与弧形巴氏合金层粘合处为周向对比试块的粘合良好区18，对应的脱胎级别为S0′，第五区域与弧形巴氏合金层粘合处为周向对比试块的粘合较差区19，对应的脱胎级别为S1′，第六区域与弧形巴氏合金层粘合处为周向对比试块的脱胎严重区20，对应的脱胎级别为S2′。

步骤2：搭设专用的超声导波轴瓦检测系统；

超声导波轴瓦检测系统包括多通道超声导波检测仪21和轴瓦超声导波检测专用探头，轴瓦超声导波检测专用探头与多通道超声导波检测仪电连接。

轴瓦超声导波检测专用探头包括轴向扫查专用探头和周向扫查专用探头，轴向扫查专用探头和周向扫查专用探头均包括探头主体22，探头主体是由吸声材料制成的。

探头主体内通过隔声层23分为左侧发射部分和右侧接收部分，左侧发射部分中倾斜的设置有发射压电晶片24，右侧接收部分中倾斜的设置有接收压电晶片25，发射压电晶片和接收压电晶片上均设置有阻尼块26，所述探头主体的顶部设置有发射信号接口27和接收信号接口28，发射压电晶片与发射信号接口电连接，接收压电晶片与接收信号接口电连接，发射信号接口和接收信号接口均与多通道超声导波检测仪电连接。

轴向扫查专用探头的探头主体的底部设置有平面形楔块29，周向扫查专用探头的探头主体的底部设置有弧形楔块30。

步骤3：测试轴向对比试块和周向对比试块的超声导波声能波幅值；

利用超声导波轴瓦检测系统测试轴向对比试块的超声导波声能波幅值，利用超声导波轴瓦检测系统测试周向对比试块的超声导波声能波幅值。

具体包括：

测试轴向对比试块的超声导波声能波幅值：

轴向扫查专用探头与多通道超声导波检测仪电连接，将轴向扫查专用探头放置在轴向对比试块的完全脱胎区的巴氏合金层上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在轴向对比试块完全脱胎区内多次反射以超声导波模式传播，此种条件超声导波传播能量损耗最少，接收压电晶片接收的超导波声能波幅值最大，调节多通道超声导波检测仪，将该波幅调节至满屏高度(100％)，记录接收的超声导波声能波幅值，记为d(单位dB)；在该灵敏度增益下，将轴向扫查专用探头放置在轴向对比试块的粘合良好区的巴氏合金层上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在轴向对比试块的粘合良好区内多次反射以超声导波模式传播，由于巴氏合金与钢制基体的粘结面良好，且传播过程中经多次反射，绝大部分能量经粘合面透射入钢制基体内部，此种条件传播能量损耗最大，接收压电晶片接收的声能波幅值最小，记录接收的超声导波声能波幅值，记为a；接收导波的波幅值a不应大于满屏高度的10％，即接收导波波幅能量值等同于草波，则超声导波轴瓦检测系统满足要求。

在同等增益灵敏度下，分别将轴向扫查专用探头放置在轴对比试块的粘合较差区、脱胎严重区，启动多通道超声导波检测仪，记录接收的超声导波声能波幅值，分别记为b、c；

测试周向对比试块的超声导波声能波幅值：

周向扫查专用探头与多通道超声导波检测仪电连接，以同样的方式测试周向对比试块的完全脱胎区的超声导波声能波幅值，记为d′，测试周向对比试块的粘合良好区的超声导波声能波幅值，记为a′，测试周向对比试块的粘合较差区的超声导波声能波幅值，记为b′，测试周向对比试块的脱胎严重区的超声导波声能波幅值，记为c′。

步骤4：绘制轴向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，绘制周向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线；

具体包括：

利用获得的轴向对比试块的超声导波声能波幅值a、b、c、d，轴向对比试块中对应的脱胎级别S0、S1、S2、S3，绘制轴向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，其中，曲线纵坐标为轴向对比试块的超声导波声能波幅值，横坐标为轴向对比试块中对应的脱胎级别；如图9。

利用获得的周向对比试块的超声导波声能波幅值a′、b′、c′、d′，周向对比试块中对应的脱胎级别S0′、S1′、S2′、S3′，绘制周向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，其中，曲线纵坐标为周向对比试块的超声导波声能波幅值，横坐标为周向对比试块中对应的脱胎级别。

步骤5：对实际被检测的汽轮机轴瓦脱胎情况进行分级评定。

具体包括：

将轴向扫查专用探头放置在实际被检测的汽轮机轴瓦上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在实际被检测的汽轮机轴瓦内多次反射以超声导波模式传播，记录接收的超声导波声能波幅值，记为A，若A小于等于a，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S0；若A在a和b之间，图9中，将a和b之间的区域定义为Ⅰ区，则需要记录超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度小于等于20mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S1，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度大于20mm且小于等于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度大于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3；若A在b和c之间，将b和c之间的区域定义为Ⅱ区，则需要记录超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度小于等于10mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2，否则，认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3；若A大于c，将c至d的区域定义为Ⅲ区，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3。

评定级别为S0～S1的无需处理；

评定级别为S2的，应监督运行，如有扩展，必须更换处理；

评定级别为S3的必须立即更换。

同样的，将周向扫查专用探头放置在实际被检测的汽轮机轴瓦上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在实际被检测的汽轮机轴瓦内多次反射以超声导波模式传播，记录接收的超声导波声能波幅值，记为B，若B小于等于a′，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S0′；若B在a′和b′之间，则需要记录超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度小于等于20mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S1′，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度大于20mm且小于等于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2′，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度大于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3′；若B在b′和c′之间，则需要记录超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度小于等于10mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2′，否则，认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3′；若B大于c′，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3′。

评定级别为S0′～S1′的无需处理；

评定级别为S2′的，应监督运行，如有扩展，必须更换处理；

评定级别为S3′的必须立即更换。

表1轴向扫查时汽轮机轴瓦超声波导波检测质量分级表

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制作一组轴瓦超声导波检测对比试块；

轴瓦超声导波检测对比试块包括轴向对比试块和周向对比试块；

所述轴向对比试块的制作过程为：

轴向对比试块包括矩形的钢制基体和平面的巴氏合金层，钢制基体的上表面等分为第一区域、第二区域和第三区域，第一区域表面光滑处理，第二区域表面加工有小尺寸锯齿，第三区域表面加工有大尺寸锯齿，将巴氏合金层放置在钢制基体上，巴氏合金层的一侧比钢制基体多出一部分区域，在进行巴氏合金离心浇筑时，多出的这部分区域的底部放置一个补偿块，浇筑完成后，补偿块撤除，则此区域为轴向对比试块的完全脱胎区，对应的脱胎级别为S3，第一区域与巴氏合金层粘合处为轴向对比试块的粘合良好区，对应的脱胎级别为S0，第二区域与巴氏合金层粘合处为轴向对比试块的粘合较差区，对应的脱胎级别为S1，第三区域与巴氏合金层粘合处为轴向对比试块的脱胎严重区，对应的脱胎级别为S2；

步骤2：搭设专用的超声导波轴瓦检测系统；

超声导波轴瓦检测系统包括多通道超声导波检测仪和轴瓦超声导波检测专用探头，轴瓦超声导波检测专用探头与多通道超声导波检测仪电连接；

步骤3：测试轴向对比试块和周向对比试块的超声导波声能波幅值；

利用超声导波轴瓦检测系统测试轴向对比试块的超声导波声能波幅值，利用超声导波轴瓦检测系统测试周向对比试块的超声导波声能波幅值；

步骤4：绘制轴向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，绘制周向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线；

步骤5：对实际被检测的汽轮机轴瓦脱胎情况进行分级评定。

2.根据权利要求1所述的一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，其特征在于，所述钢制基体和巴氏合金层的材质与实际被检测的汽轮机轴瓦的材质相同。

3.根据权利要求1所述的一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，其特征在于，所述周向对比试块的制作过程为：

周向对比试块包括弧形钢制基体和弧形巴氏合金层，弧形钢制基体的上表面等分为第四区域、第五区域和第六区域，第四区域表面光滑处理，第五区域表面加工有小尺寸锯齿，第六区域表面加工有大尺寸锯齿，将弧形巴氏合金层放置在弧形钢制基体上，弧形巴氏合金层的一侧比弧形钢制基体多出一部分区域，在进行巴氏合金离心浇筑时，多出的这部分区域的底部放置一个弧形补偿块，浇筑完成后，弧形补偿块撤除，则此区域为周向对比试块的完全脱胎区，对应的脱胎级别为S3′，第四区域与弧形巴氏合金层粘合处为周向对比试块的粘合良好区，对应的脱胎级别为S0′，第五区域与弧形巴氏合金层粘合处为周向对比试块的粘合较差区，对应的脱胎级别为S1′，第六区域与弧形巴氏合金层粘合处为周向对比试块的脱胎严重区，对应的脱胎级别为S2′。

4.根据权利要求3所述的一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，其特征在于，所述弧形钢制基体和弧形巴氏合金层的材质与实际被检测的汽轮机轴瓦的材质相同，弧形钢制基体和弧形巴氏合金层的曲率与实际被检测的汽轮机轴瓦的曲率相同或者相当。

5.根据权利要求3所述的一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，其特征在于，所述轴瓦超声导波检测专用探头包括轴向扫查专用探头和周向扫查专用探头，轴向扫查专用探头和周向扫查专用探头均包括探头主体，探头主体内通过隔声层分为左侧发射部分和右侧接收部分，左侧发射部分中倾斜的设置有发射压电晶片，右侧接收部分中倾斜的设置有接收压电晶片，发射压电晶片和接收压电晶片上均设置有阻尼块，所述探头主体的顶部设置有发射信号接口和接收信号接口，发射压电晶片与发射信号接口电连接，接收压电晶片与接收信号接口电连接，发射信号接口和接收信号接口均与多通道超声导波检测仪电连接；

轴向扫查专用探头的探头主体的底部设置有平面形楔块，周向扫查专用探头的探头主体的底部设置有弧形楔块。

6.根据权利要求5所述的一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，其特征在于，所述探头主体是由吸声材料制成的。

7.根据权利要求5所述的一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，其特征在于，步骤3具体包括：

测试轴向对比试块的超声导波声能波幅值：

轴向扫查专用探头与多通道超声导波检测仪电连接，将轴向扫查专用探头放置在轴向对比试块的完全脱胎区的巴氏合金层上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在轴向对比试块完全脱胎区内多次反射以超声导波模式传播，此种条件超声导波传播能量损耗最少，接收压电晶片接收的超导波声能波幅值最大，调节多通道超声导波检测仪，将该波幅调节至满屏高度，记录接收的超声导波声能波幅值，记为d；在该灵敏度增益下，将轴向扫查专用探头放置在轴向对比试块的粘合良好区的巴氏合金层上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在轴向对比试块的粘合良好区内多次反射以超声导波模式传播，由于巴氏合金与钢制基体的粘结面良好，且传播过程中经多次反射，绝大部分能量经粘合面透射入钢制基体内部，此种条件传播能量损耗最大，接收压电晶片接收的声能波幅值最小，记录接收的超声导波声能波幅值，记为a；在同等增益灵敏度下，分别将轴向扫查专用探头放置在轴对比试块的粘合较差区、脱胎严重区，启动多通道超声导波检测仪，记录接收的超声导波声能波幅值，分别记为b、c；

测试周向对比试块的超声导波声能波幅值：

周向扫查专用探头与多通道超声导波检测仪电连接，以同样的方式测试周向对比试块的完全脱胎区的超声导波声能波幅值，记为d′，测试周向对比试块的粘合良好区的超声导波声能波幅值，记为a′，测试周向对比试块的粘合较差区的超声导波声能波幅值，记为b′，测试周向对比试块的脱胎严重区的超声导波声能波幅值，记为c′。

8.根据权利要求7所述的一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，其特征在于，步骤4具体包括：

利用获得的轴向对比试块的超声导波声能波幅值a、b、c、d，轴向对比试块中对应的脱胎级别S0、S1、S2、S3，绘制轴向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，其中，曲线纵坐标为轴向对比试块的超声导波声能波幅值，横坐标为轴向对比试块中对应的脱胎级别；

利用获得的周向对比试块的超声导波声能波幅值a′、b′、c′、d′，周向对比试块中对应的脱胎级别S0′、S1′、S2′、S3′，绘制周向扫查用轴瓦超声导波声能波幅－脱胎级别参考曲线，其中，曲线纵坐标为周向对比试块的超声导波声能波幅值，横坐标为周向对比试块中对应的脱胎级别。

9.根据权利要求7所述的一种超声导波检测轴瓦合金材料结合质量的方法，其特征在于，步骤5具体包括：

将轴向扫查专用探头放置在实际被检测的汽轮机轴瓦上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在实际被检测的汽轮机轴瓦内多次反射以超声导波模式传播，记录接收的超声导波声能波幅值，记为A，若A小于等于a，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S0；若A在a和b之间，则需要记录超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度小于等于20mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S1，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度大于20mm且小于等于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度大于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3；若A在b和c之间，则需要记录超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为A的连续扫查长度小于等于10mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2，否则，认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3；若A大于c，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3；

同样的，将周向扫查专用探头放置在实际被检测的汽轮机轴瓦上，启动多通道超声导波检测仪，超声波由发射压电晶片发出，在实际被检测的汽轮机轴瓦内多次反射以超声导波模式传播，记录接收的超声导波声能波幅值，记为B，若B小于等于a′，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S0′；若B在a′和b′之间，则需要记录超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度小于等于20mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S1′，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度大于20mm且小于等于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2′，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度大于30mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3′；若B在b′和c′之间，则需要记录超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度，若超声导波声能波幅值为B的连续扫查长度小于等于10mm，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S2′，否则，认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3′；若B大于c′，则认定实际被检测的汽轮机轴瓦的脱胎级别为S3′。

Images