CN115047081A - 一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块 - Google Patents
一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，在倒圆左半和右半部分对称设置矩形刻槽和扇形刻槽缺陷，验证不同类型缺陷的对超声检测结果的影响；设置不等间距的缺陷槽，验证超声检测方法的横向分辨力；设置不同尺寸和取向的缺陷槽，验证超声检测方法的灵敏度，并为超声检测中的缺陷定量提供依据。通过不同类型、尺寸、取向、间距的缺陷槽，完成对相控阵超声检测和常规超声检测两种方法的检测灵敏度、横向分辨力的检验，同时可为超声检测时的缺陷定量提供可靠的依据。
Description
技术领域
本发明属于超声检测技术领域，具体涉及一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，适用于透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测灵敏度、分辨力的检验。
背景技术
燃气轮机各级透平轮盘一般通过中心或周向拉杆螺栓固定在一起，作为透平转子的主体并传递由透平叶片产生的扭矩。拉杆螺栓不仅要承受来自透平转子本身的重力产生的拉力以及预紧力，还要承受运行过程气流冲击力、振动应力等，始终处于较高的应力水平。而拉杆螺栓的应力主要由拉杆螺栓螺母与透平轮盘沉孔部位结合面承受，因此造成透平轮盘沉孔部位应力高度集中，特别是拉杆螺栓沉孔的倒圆位置应力状态最为恶劣，容易在透平轮盘沉孔倒圆位置产生裂纹等破坏透平轮盘结构完整性的危害性缺陷。
现有的超声检测试块反射体一般采用平底孔、横通孔等规则反射体，不能完全反映拉杆螺栓沉孔位置裂纹等危害性缺陷的反射特性，同时试块的形状一般为规则形状，无法模拟检测过程中实际工件中复杂的反射、折射声场以及各种可能存在的波型变换等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，通过在倒圆位置设计加工不同类型、尺寸、取向、间距的缺陷槽，完成对相控阵超声检测和常规超声检测两种方法的检测灵敏度、分辨力的检验，同时可为超声检测时的缺陷定量提供可靠的依据。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，试块上的沉孔深度、直径及沉孔中心与试块外圆弧面距离均与透平轮盘拉杆螺栓沉孔一致，试块外圆弧面曲率半径与透平轮盘外圆弧面一致，试块沉孔倒圆设置缺陷槽，所述缺陷槽包括矩形刻槽和扇形刻槽。
倒圆分为靠近外圆弧面的第一段和远离外圆弧面的第二段；所述第一段以通过沉孔中心的外圆弧面直径线为对称轴分布在其左侧和右侧，长度为整个倒圆长度的三分之一，在左右两侧分别各设置7条缺陷槽，缺陷槽与对应位置处的沉孔弧面的切面夹角为45°；所述第二段为剩余倒圆部分，长度为整个倒圆长度的三分之二，在左右两侧各设置14条缺陷槽。
所述第一段倒圆左半部分设置矩形刻槽，从对称轴逆时针依次设置深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的矩形刻槽，相邻两个矩形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
所述第一段倒圆右半部分设置扇形刻槽，从对称轴顺时针依次设置最大深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的扇形刻槽，相邻两个扇形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
所述第二段倒圆左半部分设置矩形刻槽，逆时针依次设置深度均为5.0mm的、与对应位置处沉孔弧面的切面夹角分别为50°、60°、70°、80°、82°、85°、87°的等间距矩形刻槽，以及与对应位置处沉孔弧面的切面夹角为90°、深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的矩形刻槽，相邻两个矩形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
所述第二段倒圆右半部分设置扇形刻槽，顺时针依次设置最大深度均为5.0mm的、与对应位置处沉孔弧面的切面夹角分别为50°、60°、70°、80°、82°、85°、87°的等间距扇形刻槽，以及与对应位置处沉孔弧面的切面夹角均为90°、最大深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的扇形刻槽，相邻两个扇形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
试块上所述矩形刻槽的长度相同，均不大于5.0mm，长度方向均与对应位置处沉孔倒圆切线方向相同。
试块上所述扇形刻槽的长度相同，均不大于10.0mm，长度方向均与对应位置处沉孔倒圆切线方向相同。
试块上所述扇形刻槽的最大深度与长度之比应在1/4～1/2之间。
试块上所述缺陷槽采用微细电火花技术加工在倒圆处。
优选的，试块基体材质声速、声衰减系数应与透平轮盘材质声速相同或相近，两者的声速误差不大于±1％。
优选的，试块表面粗糙度不应大于透平轮盘表面粗糙度。
优选的，在缺陷槽对应位置设置尺寸和取向的刻度线，刻度线与缺陷槽长度中心位置对应，刻度线的深度为0.1mm。
优选的，试块外形尺寸允许误差为±0.1mm，缺陷槽深度允许误差为±0.05mm。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，在倒圆左半和右半部分对称设置矩形刻槽和扇形刻槽缺陷，可验证不同类型缺陷的对超声检测结果的影响；设置不同间距的缺陷槽，验证超声检测方法的横向分辨力；设置不同尺寸和取向的缺陷槽，验证超声检测方法的灵敏度，并为超声检测中的缺陷定量提供依据。采用本试块一次就可实现上述全部功能，可同时满足常规超声检测和相控阵超声检测的校准，大大节省了检测时间和成本。
附图说明
图1为本发明一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块示意图。
具体实施方式
以下结合附图并举实施例对本发明做出详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“外圆弧面”、“左侧”、“右侧”、“左半部分”、“右半部分”、“顺时针”、“逆时针”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。
本发明提供的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，试块上的沉孔深度、直径及沉孔中心与试块外圆弧面距离均与透平轮盘拉杆螺栓沉孔一致，试块外圆弧面曲率半径与透平轮盘外圆弧面一致，试块沉孔倒圆设置缺陷槽，所述缺陷槽包括矩形刻槽和扇形刻槽。
倒圆分为靠近外圆弧面的第一段和远离外圆弧面的第二段；所述第一段以通过沉孔中心的外圆弧面直径线为对称轴分布在其左侧和右侧，长度为整个倒圆长度的三分之一，在左右两侧分别各设置7条缺陷槽，缺陷槽与对应位置处的沉孔弧面的切面夹角为45°；所述第二段为剩余倒圆部分，长度为整个倒圆长度的三分之二，在左右两侧各设置14条缺陷槽。
所述第一段倒圆左半部分设置矩形刻槽，从对称轴逆时针依次设置深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的矩形刻槽，相邻两个矩形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
所述第一段倒圆右半部分设置扇形刻槽，从对称轴顺时针依次设置最大深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的扇形刻槽，相邻两个扇形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
所述第二段倒圆左半部分设置矩形刻槽，逆时针依次设置深度均为5.0mm的、与对应位置处沉孔弧面的切面夹角分别为50°、60°、70°、80°、82°、85°、87°的等间距矩形刻槽，以及与对应位置处沉孔弧面的切面夹角为90°、深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的矩形刻槽，相邻两个矩形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
所述第二段倒圆右半部分设置扇形刻槽，顺时针依次设置最大深度均为5.0mm的、与对应位置处沉孔弧面的切面夹角分别为50°、60°、70°、80°、82°、85°、87°的等间距扇形刻槽，以及与对应位置处沉孔弧面的切面夹角均为90°、最大深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的扇形刻槽，相邻两个扇形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
试块上所述矩形刻槽的长度相同，均不大于5.0mm，长度方向均与对应位置处沉孔倒圆切线方向相同。
试块上所述扇形刻槽的长度相同，均不大于10.0mm，长度方向均与对应位置处沉孔倒圆切线方向相同。
试块上所述扇形刻槽的最大深度与长度之比应在1/4～1/2之间。
试块上所述缺陷槽采用微细电火花技术加工在倒圆处。
试块基体材质声速、声衰减系数应与透平轮盘材质声速相同或相近，两者的声速误差不大于±1％。
试块表面粗糙度不应大于透平轮盘表面粗糙度。
在缺陷槽对应位置设置尺寸和取向的刻度线，刻度线与缺陷槽长度中心位置对应，刻度线的深度为0.1mm。
试块外形尺寸允许误差为±0.1mm，缺陷槽深度允许误差为±0.05mm。
具体实施中，第一段倒圆用于相控阵超声检测时的检测灵敏度和横向分辨力的校验，以及矩形刻槽和扇形刻槽两种典型类型缺陷相控阵超声检测效果的对比。将相控阵超声探头耦合在外圆弧面，从第一段倒圆中心向左半部分逆时针扫查，对深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的矩形刻槽缺陷进行检测，用6dB法确定相控阵超声检测灵敏度，同时设置了中心间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm矩形刻槽，在扫查过程中同时验证了相控阵超声检测横向分辨力。鉴于拉杆螺栓沉孔结构尺寸和检测精度要求，深度0.05mm的矩形刻槽为相控阵超声检测的极限灵敏度，因此将其设置为试块上的最小矩形刻槽缺陷深度。同样，深度5.0mm的矩形刻槽对于相控阵超声方法来讲是相对比较容易发现的缺陷尺寸，将其设置为试块上的最大矩形刻槽深度。考虑到拉杆螺栓沉孔实际缺陷的深长比是不确定的，故本试块不对矩形刻槽的长度进行规定，由各类燃机机型用户根据自身机型的实际缺陷特点确定试块矩形刻槽长度。矩形刻槽间距范围结合拉杆螺栓沉孔实际缺陷相控阵超声一般能达到的横向分辨力水平设置，矩形刻槽的取向结合拉杆螺栓沉孔实际缺陷最容易扩展的方向设置。同样的，从第一段倒圆中心向对右半部分顺时针扫查获得扇形刻槽的检测灵敏度和横向分辨力，同时可与矩形刻槽的相控阵超声检测结果进行对比。
第二段倒圆用于常规超声检测时的缺陷取向、检测灵敏度、横向分辨力等校验，以及矩形刻槽和扇形刻槽等两种典型类型缺陷常规超声检测效果的对比。从第二段倒圆向左半部分逆时针扫查与对应位置处沉孔弧面的切面夹角分别为50°、60°、70°、80°、82°、85°、87°的深度均为5.0mm的矩形刻槽，用于验证矩形刻槽缺陷的取向对常规超声检测结果的影响。采用常规超声检测方法逆时针扫查深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的、与对应位置处沉孔弧面的切面夹角为90°的矩形刻槽，用6dB法确定常规超声检测的灵敏度。同时矩形刻槽的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm，在扫查过程中同时验证了常规超声检测横向分辨力。同样，从第二段倒圆中心右半部分顺时针扫查验证获得扇形刻槽缺陷的取向对常规超声检测结果的影响，获得扇形刻槽的检测灵敏度和横向分辨力，同时可与矩形刻槽的常规超声检测结果进行对比。
应说明的是：上述实施例仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，其特征在于，试块上的沉孔深度、直径及沉孔中心与试块外圆弧面距离均与透平轮盘拉杆螺栓沉孔一致，试块外圆弧面曲率半径与透平轮盘外圆弧面一致，试块沉孔倒圆设置缺陷槽，所述缺陷槽包括矩形刻槽和扇形刻槽；
倒圆分为靠近外圆弧面的第一段和远离外圆弧面的第二段；所述第一段以通过沉孔中心的外圆弧面直径线为对称轴分布在其左侧和右侧，长度为整个倒圆长度的三分之一，在左右两侧分别各设置7条缺陷槽，缺陷槽与对应位置处的沉孔弧面的切面夹角为45°；所述第二段为剩余倒圆部分，长度为整个倒圆长度的三分之二，在左右两侧各设置14条缺陷槽。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，其特征在于，所述第一段倒圆左半部分设置矩形刻槽，从对称轴逆时针依次设置深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的矩形刻槽，相邻两个矩形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，其特征在于，所述第一段倒圆右半部分设置扇形刻槽，从对称轴顺时针依次设置最大深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的扇形刻槽，相邻两个扇形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，其特征在于，所述第二段倒圆左半部分设置矩形刻槽，逆时针依次设置深度均为5.0mm的、与对应位置处沉孔弧面的切面夹角分别为50°、60°、70°、80°、82°、85°、87°的等间距矩形刻槽，以及与对应位置处沉孔弧面的切面夹角为90°、深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的矩形刻槽，相邻两个矩形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
5.根据权利要求4所述的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，其特征在于，所述第二段倒圆右半部分设置扇形刻槽，顺时针依次设置最大深度均为5.0mm的、与对应位置处沉孔弧面的切面夹角分别为50°、60°、70°、80°、82°、85°、87°的等间距扇形刻槽，以及与对应位置处沉孔弧面的切面夹角均为90°、最大深度分别为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm、2.0mm、5.0mm的扇形刻槽，相邻两个扇形刻槽长度中心之间的间距依次为5.5mm、6.0mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、10.0mm。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，其特征在于，试块上所述矩形刻槽的长度相同，均不大于5.0mm，长度方向均与对应位置处沉孔倒圆切线方向相同。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，其特征在于，试块上所述扇形刻槽的长度相同，均不大于10.0mm，长度方向均与对应位置处沉孔倒圆切线方向相同。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，其特征在于，试块上所述扇形刻槽的最大深度与长度之比应在1/4～1/2之间。
9.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔超声检测校准试块，其特征在于，试块上所述缺陷槽采用微细电火花技术加工在倒圆处。
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