CN116448885A - 一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，包括以下步骤，根据叶片和叶轮的尺寸、结构和材料生产加工得到叶根体试件和叶轮试件，在叶轮试件上确定裂纹位置和裂纹方向，通过裂纹位置和裂纹方向在叶轮试件上设置若干人工缺陷，将叶根体试件装配到叶轮试件上，得到探伤试块。该核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，通过在叶轮试件上加工出人工缺陷并将叶根体试件装配至叶轮试件上，以模拟出实际叶根体与叶轮的装配，并采用超声相控阵对探伤试块进行模拟检测，从而为现场不拆卸叶片并对叶根槽进行探伤检查提供了检查方案与技术支持，使得现场探伤检测的可靠性和准确性提升。

Description

一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法。

背景技术

在全球能源供应短缺、化石燃料价格高涨、对抗气候变化面临挑战等诸多因素影响下，核电正在获得发展机会，核能作为仅次于水电的第二大低排放电力来源，可以减少对进口化石燃料的依赖和降低排放，从而转型为以可再生能源为主的能源系统。

然而，核电机组低压转子、叶轮和叶片长期工作在湿蒸汽环境下，湿蒸汽中溶解或携带的杂质在叶轮、叶轮的叶根槽和叶根体的键槽表面沉积形成腐蚀介质，同时，核电汽轮机的叶根槽和键槽由于外部载荷或者结构装配导致承受了较大的拉应力，在拉应力和腐蚀介质的共同作用下，容易在叶根槽和键槽处产生应力腐蚀开裂，从而需要对核电机组低压转子的叶轮进行定期探伤检查。

由于叶片远离叶根体的另一端的围带采用的是铆接结构，导致叶片难以拆卸，在使用超声相控阵对现场叶轮和叶片进行现场探伤检测时，无法确定在不拆卸叶片的情况下进行探伤工艺的可靠性和准确性，因此，亟待设置提供一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，解决了现场探伤检测无法确定在不拆卸叶片的情况下进行探伤工艺的可靠性和准确性的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，包括以下步骤：

S1：根据叶片和叶轮的尺寸、结构和材料生产加工得到叶根体试件和叶轮试件；

S2：在所述叶轮试件上确定裂纹位置和裂纹方向，通过所述裂纹位置和裂纹方向在所述叶轮试件上设置若干人工缺陷；

S3：将所述叶根体试件装配到所述叶轮试件上，得到探伤试块。

作为核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法的一种优选方案，在所述叶轮试件上加工叶根槽，所述叶根槽为菌型且齿槽数量为三个，在所述叶根体试件上加工与所述叶根槽安装适配的轮槽。

作为核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法的一种优选方案，在所述叶根槽的齿槽处加工设置若干所述人工缺陷。

作为核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法的一种优选方案，所述叶根体试件具有所述叶根槽的一面为进汽边，与所述进汽边相对的另一面为出汽边，所述人工缺陷包括位于所述进汽边并依次设置于三个所述齿槽的第一缺陷、第二缺陷、第三缺陷和第四缺陷，所述第三缺陷和所述第四缺陷设置在同一所述齿槽内，所述人工缺陷还包括位于所述出汽边并依次设置于三个所述齿槽的第五缺陷、第六缺陷、第七缺陷和第八缺陷，所述第七缺陷和所述第八缺陷设置在同一所述齿槽内。

作为核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法的一种优选方案，所述叶轮试件呈弧形，将所述叶根体试件沿所述叶轮试件的延伸方向装配于所述叶轮试件上。

作为核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法的一种优选方案，所述叶根体试件的数量为三个，相邻所述叶根体试件相互抵接。

作为核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法的一种优选方案，在所述叶轮试件上设置连接所述叶根体试件的固定结构。

作为核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法的一种优选方案，所述固定结构包括多个圆柱销，多个所述圆柱销设置在所述进汽边和所述出汽边，所述叶轮与所述叶根体试件的端面相接触的接触面和所述叶根体试件的端面上开设有与所述圆柱销相匹配的销孔。

作为核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法的一种优选方案，通过仿真软件确定所述叶根槽每个齿槽处的最大主应力位置以及方向，从而确定所述裂纹位置和裂纹方向。

作为核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法的一种优选方案，所述人工缺陷采用电火花加工。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，通过选取国产化相同等级材料并制作相同尺寸和结构的叶根体试件和叶轮试件，使探伤试块的声速与现场工件的声速保持一致，在叶轮试件上加工出人工缺陷并将叶根体试件装配至叶轮试件上，以模拟出实际叶根体与叶轮的装配，并采用超声相控阵对探伤试块进行模拟检测，从而为现场不拆卸叶片并对叶根槽进行探伤检查提供了检查方案与技术支持，使得现场探伤检测的可靠性和准确性提升。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中制作探伤试块的流程图；

图2是本发明具体实施方式中探伤试块的整体结构示意图；

图3是本发明具体实施方式中探伤试块的俯视结构示意图；

图4是本发明具体实施方式中叶轮试件的剖面结构示意图；

图5是本发明具体实施方式中叶轮试件的侧视结构示意图。

图中：

1、叶根体试件； 11、轮槽；

2、叶轮试件； 21、叶根槽；

3、人工缺陷；31、第一缺陷；32、第二缺陷；33、第三缺陷；34、第四缺陷；35、第五缺陷；36、第六缺陷；37、第七缺陷；38、第八缺陷；

4、圆柱销；41、销孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

基于上文，结合图1-图5所示，本实施例提供的一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，包括以下步骤：

S1：根据叶片和叶轮的尺寸、结构和材料生产加工得到叶根体试件1和叶轮试件2；

S2：在叶轮试件2上确定裂纹位置和裂纹方向，通过裂纹位置和裂纹方向在叶轮试件2上设置若干人工缺陷3；

S3：将叶根体试件1装配到叶轮试件2上，得到探伤试块。

可以理解的是，通过选取国产化相同等级材料并制作相同尺寸和结构的叶根体试件1和叶轮试件2，使探伤试块的声速与现场工件的声速保持一致，在叶轮试件2上加工出人工缺陷3并将叶根体试件1装配至叶轮试件2上，以模拟出实际叶根体与叶轮的装配，并采用超声相控阵对探伤试块进行模拟检测，从而为现场不拆卸叶片并对叶根槽21进行探伤检查提供了检查方案与技术支持，使得现场探伤检测的可靠性和准确性提升。

优选地，如图2所示，叶轮试件2呈弧形，叶轮呈圆环形，当叶轮试件2的外弧面与叶轮的外周面处于同一弧面时，叶轮试件2与叶轮处于同一轴线，即本实施例的叶轮试件2截取为叶轮的部分；叶根体试件1为叶片的叶根部分，即本实施例的叶根体试件1截取为叶片的部分。从而节省了探伤试块的制作材料及成本，更加便于探伤试块的转移和检测。

进一步地，如图2和图4所示，叶轮试件2上加工有叶根槽21，叶根槽21位于叶轮试件2的两侧且沿叶轮试件2的沿伸方向贯通开设；叶根体试件1上加工有与叶根槽21安装适配的轮槽11，叶根体试件1通过轮槽11自叶轮试件2的一端沿叶轮试件2的延伸方向装配于叶轮试件2上，叶轮试件2上设置有连接叶根体试件1的固定结构，通过固定结构以完成探伤试块的组装。

其中，叶根槽21和轮槽11的尺寸大小按照叶根体和叶轮的设计尺寸制作。

优选地，如图2所示，固定结构包括多个圆柱销4，本实施例的圆柱销4设置有四个且为内螺纹圆柱销4，两个圆柱销4设置在进汽边，两个圆柱销4设置在出汽边，叶轮与叶根体试件1的端面相接触的接触面和叶根体试件1的端面上开设有与圆柱销4相匹配的销孔41。通过将圆柱销4插入销孔41中，以此限定叶根体试件1在叶轮试件2延伸方向的移动，结构简单且装配牢固性高。

可选地，叶根体试件1的数量为三个，三个叶根体试件1依次安装于叶轮试件2上，且相邻叶根体试件1相互抵接。在其他实施例中叶根体试件1的数量还可以是一个、两个或四个等，本实施例对其数量不做具体限定。

叶根槽21及轮槽11的形状为菌型且齿槽数量为三个，若干人工缺陷3设置于叶根槽21的齿槽处。现有的叶根槽21的形状还有T型、纵树型等，本实施例以菌型为例。

进一步地，如图4和图5所示，叶根体试件1具有叶根槽21的一面为进汽边，与进汽边相对的另一面为出汽边，人工缺陷3包括位于进汽边并依次设置于三个齿槽的第一缺陷31、第二缺陷32、第三缺陷33和第四缺陷34，第三缺陷33和第四缺陷34设置在同一齿槽内，人工缺陷3还包括位于出汽边并依次设置于三个齿槽的第五缺陷35、第六缺陷36、第七缺陷37和第八缺陷38，第七缺陷37和第八缺陷38设置在同一齿槽内。

其中，人工缺陷3均采用电火花方式加工。由于电火花加工的原理基于脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除出人工缺陷3，以达到人工缺陷3的设置位置、长度等的精确加工要求。

进一步地，由于核电汽轮机启停较少，在计算叶根槽21最大主应力时只考虑稳定工况。本实施例利用有限元软件workbench计算出叶根槽21每个齿槽处的最大主应力位置以及方向，从而准确确定出叶根体试件1的人工缺陷3的裂纹位置和裂纹方向。因有限元软件workbench为现有技术，故在此不做详细赘述。

以核电汽轮机低压第二级转子叶轮为例，按照上述核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法制作的探伤试块，由四位超声检验人员对探伤试块进行试验，并对分析的数据取平均值，试验结果见表1。其中，“2”表示第二级转子叶轮，编号“A”表示进汽边，编号“B”表示出汽边，“01、02和03”分别表示从上往下(叶轮试件2具有叶根槽21的一面朝向相对的另一面的方向)的第一齿根、第二齿根和第三齿根。

表1

从表1可以看出，使用超声相控阵检测探伤试块的人工缺陷3，叶根槽21处的缺陷能够检出且满足无损检测的相关要求。从而探伤试件验证了在不拆卸叶片情况下对叶根槽21处人工缺陷3进行检查的可行性，为检修期间现场在不拆卸叶片的情况下对叶根槽21进行探伤确定了检查方案，提供了技术支持。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据叶片和叶轮的尺寸、结构和材料生产加工得到叶根体试件(1)和叶轮试件(2)；

S2：在所述叶轮试件(2)上确定裂纹位置和裂纹方向，通过所述裂纹位置和裂纹方向在所述叶轮试件(2)上设置若干人工缺陷(3)；

S3：将所述叶根体试件(1)装配到所述叶轮试件(2)上，得到探伤试块。

2.根据权利要求1所述的核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，在所述叶轮试件(2)上加工叶根槽(21)，所述叶根槽(21)为菌型且齿槽数量为三个，在所述叶根体试件(1)上加工与所述叶根槽(21)安装适配的轮槽(11)。

3.根据权利要求2所述的核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，在所述叶根槽(21)的齿槽处加工设置若干所述人工缺陷(3)。

4.根据权利要求3所述的核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，所述叶根体试件(1)具有所述叶根槽(21)的一面为进汽边，与所述进汽边相对的另一面为出汽边，所述人工缺陷(3)包括位于所述进汽边并依次设置于三个所述齿槽的第一缺陷(31)、第二缺陷(32)、第三缺陷(33)和第四缺陷(34)，所述第三缺陷(33)和所述第四缺陷(34)设置在同一所述齿槽内，所述人工缺陷(3)还包括位于所述出汽边并依次设置于三个所述齿槽的第五缺陷(35)、第六缺陷(36)、第七缺陷(37)和第八缺陷(38)，所述第七缺陷(37)和所述第八缺陷(38)设置在同一所述齿槽内。

5.根据权利要求2所述的核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，所述叶轮试件(2)呈弧形，将所述叶根体试件(1)沿所述叶轮试件(2)的延伸方向装配于所述叶轮试件(2)上。

6.根据权利要求5所述的核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，所述叶根体试件(1)的数量为三个，相邻所述叶根体试件(1)相互抵接。

7.根据权利要求4所述的核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，在所述叶轮试件(2)上设置连接所述叶根体试件(1)的固定结构。

8.根据权利要求7所述的核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，所述固定结构包括多个圆柱销(4)，多个所述圆柱销(4)设置在所述进汽边和所述出汽边，所述叶轮与所述叶根体试件(1)的端面相接触的接触面和所述叶根体试件(1)的端面上开设有与所述圆柱销(4)相匹配的销孔(41)。

9.根据权利要求2所述的核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，通过仿真软件确定所述叶根槽(21)每个齿槽处的最大主应力位置以及方向，从而确定所述裂纹位置和裂纹方向。

10.根据权利要求1-9任一项所述的核电汽轮机轮缘叶根槽相控阵探伤试块制作方法，其特征在于，所述人工缺陷(3)采用电火花加工。