CN113311066A - 汽轮机转子轮缘反t型叶根槽相控阵超声纵波检测方法 - Google Patents

汽轮机转子轮缘反t型叶根槽相控阵超声纵波检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,包括:利用相控阵超声波探头对检测区域进行检测,获取相控阵超声纵波检测信号,同时存储扫查图像;当相控阵超声纵波检测信号只有一个高点,且位于定量线以上时,则采用‑6dB法测量缺陷的指示长度;当相控阵超声纵波检测信号的峰值存在起伏变化,即存在多个高点,且位于定量线以上时,则以端点‑6dB法测量缺陷的指示长度;当缺陷的最大反射波幅位于评定线与定量线之间,则将相控阵超声纵波检测信号的波幅降至评定线,再通过评定线绝对灵敏度法测量缺陷的指示长度;最后通过扇形扫描显示缺陷的自身高度,该方法能够有效检测反T型叶根槽的裂纹缺陷。

Description

汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法
技术领域
本发明属于无损检测领域,涉及一种汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法。
背景技术
汽轮机转子为高速转动部件,其运行环境和受力复杂,叶轮轮缘叶根槽不仅长期承受径向应力、剪切应力等复杂应力作用,还要受高温介质的影响,其安全状况直接影响到机组能否安全可靠运行。由于T型叶根及叶根槽结构简单,易加工、装配精度高等特点,目前应用广泛。随着服役时间的累积,原始冶金或制造缺陷会在应力的作用下进一步扩展成危害性裂纹,材质本身也会在高温高压下发生蠕变等性能劣化,在应力交变部位产生疲劳裂纹,进而发生断裂事故,因此,加强对汽轮机转子叶轮轮缘反T型叶根槽的检测显得尤为重要。
目前常用的检测方法是常规超声检测,采用常规超声检测技术不需要拆卸叶片,但需要更换多种不同参数的探头,部分检测面空间受限,基本无法检测。由于反射回波信号单一,显示不直观,对检测人员的波形分析能力及经验要求非常高,检测存在盲区,检测效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,该方法能够有效检测反T型叶根槽的裂纹缺陷,同时具有检测效率及准确性高的特点。
为达到上述目的,本发明所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法包括以下步骤:
1)确定检测区域及扫查面,对扫查面进行处理;
2)选择相控阵超声纵波探头的参数;
3)对相控阵超声仪器的角度增益及时间增益进行修正,同时设定检测的灵敏度;
4)设定扫查步进;
5)利用相控阵超声波探头对检测区域进行检测,获取相控阵超声纵波检测信号,同时存储扫查图像;
6)评估扫查图像及相控阵超声纵波检测信号的有效性,当扫查图像及相控阵超声纵波检测信号有效时,则转至步骤7),否则,则转至步骤5);
7)当相控阵超声纵波检测信号只有一个高点,且位于定量线以上时,则采用-6dB法测量缺陷的指示长度;
当相控阵超声纵波检测信号的峰值存在起伏变化,即存在多个高点,且位于定量线以上时,则以端点-6dB法测量缺陷的指示长度;
当缺陷的最大反射波幅位于评定线与定量线之间,则将相控阵超声纵波检测信号的波幅降至评定线,再通过评定线绝对灵敏度法测量缺陷的指示长度;最后通过扇形扫描显示缺陷的自身高度。
步骤1)的具体操作过程为:
确定汽轮机转子轮缘端壁上倒圆位置A为检测区域;汽轮机转子轮缘斜面位置B为扫查面;清理扫查面内影响探头耦合的杂质,扫查面表面的粗糙度Ra小于等于6.3μm;扫查方式选择线性扫查或扇形扫查。
步骤2)中,相控阵超声纵波探头的波型为纵波,相控阵超声纵波探头一次激发的晶片数为16个,相控阵超声纵波探头的主动孔径为7mm~15mm,相控阵超声纵波探头的标称频率为10MHz~15MHz。
步骤3)中,对超声仪器的角度增益、时间增益进行修正的具体过程为:
在角度增益修正试块上进行角度增益修正,使扇形扫查角度范围内的距离-波幅曲线灵敏度均匀一致;同时在时间增益修正试块上进行时间增益修正,使不同声程相同尺寸的反射体的回波幅度相同。
扫查灵敏度以能够显示和测量模拟试块中端壁上倒圆位置深度0.5mm的缺陷回波与固有结构反射波,且缺陷反射回波占满屏波高的40%为基准灵敏度。
步骤4)中,扫查步进的最大值≤1.0mm,扇形扫描角度步进≤1°。
步骤5)的具体操作过程为:
51)聚焦方式选择汽轮机转子轮缘反T型叶根槽的实际深度;
52)分别对探头楔块、纵波声速进行校准;
53)修正补偿不同深度、不同角度之间的灵敏度差异,制作TCG曲线;
54)在汽轮机转子轮缘斜面位置均匀涂覆耦合剂,使相控阵超声纵波探头与差扫面B充分接触,对汽轮机转子轮缘反T型叶根槽进行扫查,获取相控阵超声纵波检测信号,存储扫查图像。
步骤6)中,当采集到的数据量满足所检测长度的要求,数据丢失量小于等于整个扫查长度的5%,且不存在相邻数据连续丢失,扫查图像中耦合不良的长度小于等于整个扫查长度的5%,单个耦合不良长度小于等于2mm时,则说明扫查图像及相控阵超声纵波检测信号的有效性。
步骤7)还包括:将模拟缺陷大小的扫查图像与实际检测缺陷大小的扫查图像进行比对,测定缺陷自身高度。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法在具体操作时,采用相控阵超声纵波检测方法对汽轮机转子轮缘反T型叶根槽进行检测,以获取扫查图谱,其中,所述扫查图谱能够客观反映汽轮机转子轮缘反T型叶根槽内部缺陷的大小和形状,克服传统超声检测方法由于反射回波信号单一,显示不直观,检测存在盲区,不能有效检测汽轮机转子轮缘反T型叶根槽内部缺陷的缺点,预防汽轮机转子轮缘反T型叶根槽在使用中出现断裂的恶性事故,操作简单,结果可靠,检测效率高,可指导汽轮机转子轮缘反T型叶根槽的检测,具有工程使用价值。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为本发明中汽轮机转子轮缘反T型叶根槽的示意图;
图3a为固有反射图谱;
图3b为缺陷特征波图谱;
图4为本发明的反T型叶根槽实际裂纹图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
参考图1及图2,本发明所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)确定检测区域及扫查面,对扫查面进行处理;
步骤1)的具体操作过程为:
确定汽轮机转子轮缘端壁上倒圆位置A为检测区域;汽轮机转子轮缘斜面位置B为扫查面;清理扫查面内影响探头耦合的杂质,扫查面表面的粗糙度Ra小于等于6.3μm;扫查方式选择线性扫查或扇形扫查。
2)选择相控阵超声纵波探头的参数;
步骤2)中,相控阵超声纵波探头的波型为纵波,相控阵超声纵波探头一次激发的晶片数为16个,相控阵超声纵波探头的主动孔径为7mm~15mm,相控阵超声纵波探头的标称频率为10MHz~15MHz。
3)对相控阵超声仪器的角度增益及时间增益进行修正,同时设定检测的灵敏度;
步骤3)中,对超声仪器的角度增益、时间增益进行修正的具体过程为:
在角度增益修正试块上进行角度增益修正,使扇形扫查角度范围内的距离-波幅曲线灵敏度均匀一致;同时在时间增益修正试块上进行时间增益修正,使不同声程相同尺寸的反射体的回波幅度相同。
另外,扫查灵敏度以能够显示和测量模拟试块中端壁上倒圆位置深度0.5mm的缺陷回波与固有结构反射波,且缺陷反射回波占满屏波高的40%为基准灵敏度。
4)设定扫查步进,其中,扫查步进的最大值≤1.0mm,扇形扫描角度步进≤1°。
5)利用相控阵超声波探头对检测区域进行检测,获取相控阵超声纵波检测信号,同时存储扫查图像;
具体操作过程为:
51)聚焦方式选择汽轮机转子轮缘反T型叶根槽的实际深度;
52)分别对探头楔块、纵波声速进行校准;
53)修正补偿不同深度、不同角度之间的灵敏度差异,制作TCG曲线;
54)在汽轮机转子轮缘斜面位置均匀涂覆耦合剂,使相控阵超声纵波探头与差扫面B充分接触,对汽轮机转子轮缘反T型叶根槽进行扫查,获取相控阵超声纵波检测信号,存储扫查图像。
6)评估扫查图像及相控阵超声纵波检测信号的有效性,当扫查图像及相控阵超声纵波检测信号有效时,则转至步骤7),否则,则转至步骤5);
其中,当采集到的数据量满足所检测长度的要求,数据丢失量小于等于整个扫查长度的5%,且不存在相邻数据连续丢失,扫查图像中耦合不良的长度小于等于整个扫查长度的5%,单个耦合不良长度小于等于2mm时,则说明扫查图像及相控阵超声纵波检测信号的有效性。
7)当相控阵超声纵波检测信号只有一个高点,且位于定量线以上时,则采用-6dB法测量缺陷的指示长度;
当相控阵超声纵波检测信号的峰值存在起伏变化,即存在多个高点,且位于定量线以上时,则以端点-6dB法测量缺陷的指示长度;
当缺陷的最大反射波幅位于评定线与定量线之间,则将相控阵超声纵波检测信号的波幅降至评定线,再通过评定线绝对灵敏度法测量缺陷的指示长度;最后通过扇形扫描显示缺陷的自身高度。
另外,将模拟缺陷大小的扫查图像与实际检测缺陷大小的扫查图像进行比对,测定缺陷自身高度。对扫查数据进行整体分析,结合各类扫描图谱判断扫查数据中缺陷的性质,性质判定为裂纹的为不允许出现,性质判定为气孔或点蚀的进行缺陷定量。
实施例一
以某电厂NK200-12.7/535/535型超高压、一次中间再热、单轴、三缸、二排汽冲动凝汽式汽轮机反T型叶根槽为检测对象,材料为30Cr2Ni4MoV,如图2所示,在汽轮机转子轮缘斜面位置B安装相控阵超声纵波探头对端壁上倒圆位置A进行检测,采用相控阵超声纵波检测方法,准确识别出裂纹信号,结果如图3a、图3b及图4所示,识别结果非常准确。

Claims (9)

1.一种汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)确定检测区域及扫查面,对扫查面进行处理;
2)选择相控阵超声纵波探头的参数;
3)对相控阵超声仪器的角度增益及时间增益进行修正,同时设定检测的灵敏度;
4)设定扫查步进;
5)利用相控阵超声探头对检测区域进行检测,获取相控阵超声纵波检测信号,同时存储扫查图像;
6)评估扫查图像及相控阵超声纵波检测信号的有效性,当扫查图像及相控阵超声纵波检测信号有效时,则转至步骤7),否则,则转至步骤5);
7)当相控阵超声纵波检测信号只有一个高点,且位于定量线以上时,则采用-6dB法测量缺陷的指示长度;
当相控阵超声纵波检测信号的峰值存在起伏变化,即存在多个高点,且位于定量线以上时,则以端点-6dB法测量缺陷的指示长度;
当缺陷的最大反射波幅位于评定线与定量线之间,则将相控阵超声纵波检测信号的波幅降至评定线,再通过评定线绝对灵敏度法测量缺陷的指示长度;最后通过扇形扫描显示缺陷的自身高度。
2.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,步骤1)的具体操作过程为:
确定汽轮机转子轮缘端壁上倒圆位置A为检测区域;汽轮机转子轮缘斜面位置B为扫查面;清理扫查面内影响探头耦合的杂质,扫查面表面的粗糙度Ra小于等于6.3μm;扫查方式选择线性扫查或扇形扫查。
3.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,步骤2)中,相控阵超声纵波探头的波型为纵波,相控阵超声纵波探头一次激发的晶片数为16个,相控阵超声纵波探头的主动孔径为7mm~15mm,相控阵超声纵波探头的标称频率为10MHz~15MHz。
4.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,步骤3)中,对超声仪器的角度增益、时间增益进行修正的具体过程为:
在角度增益修正试块上进行角度增益修正,使扇形扫查角度范围内的距离-波幅曲线灵敏度均匀一致;同时在时间增益修正试块上进行时间增益修正,使不同声程相同尺寸的反射体的回波幅度相同。
5.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,扫查灵敏度以能够显示和测量模拟试块中端壁上倒圆位置深度0.5mm的缺陷回波与固有结构反射波,且缺陷反射回波占满屏波高的40%为基准灵敏度。
6.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,步骤4)中,扫查步进的最大值≤1.0mm,扇形扫描角度步进≤1°。
7.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,步骤5)的具体操作过程为:
51)聚焦方式选择汽轮机转子轮缘反T型叶根槽的实际深度;
52)分别对探头楔块、纵波声速进行校准;
53)修正补偿不同深度、不同角度之间的灵敏度差异,制作TCG曲线;
54)在汽轮机转子轮缘斜面位置均匀涂覆耦合剂,使相控阵超声纵波探头与差扫面B充分接触,对汽轮机转子轮缘反T型叶根槽进行扫查,获取相控阵超声纵波检测信号,存储扫查图像。
8.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,步骤6)中,当采集到的数据量满足所检测长度的要求,数据丢失量小于等于整个扫查长度的5%,且不存在相邻数据连续丢失,扫查图像中耦合不良的长度小于等于整个扫查长度的5%,单个耦合不良长度小于等于2mm时,则说明扫查图像及相控阵超声纵波检测信号的有效性。
9.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮缘反T型叶根槽相控阵超声纵波检测方法,其特征在于,步骤7)还包括:将模拟缺陷大小的扫查图像与实际检测缺陷大小的扫查图像进行比对,测定缺陷自身高度。
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