專利名稱：一種水輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無損檢測(cè)方法，具體涉及一種水輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷的檢測(cè)方法，適用于對(duì)大中型混流式水輪機(jī)組不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片上冠、下環(huán)焊縫的檢測(cè)。
背景技術(shù)：
近年新發(fā)電的大中型混流式水輪機(jī)組，水輪機(jī)葉片普遍采用低碳馬氏體不銹鋼ZGOCr13Ni4-6Mo，但在運(yùn)行較短的時(shí)間后，轉(zhuǎn)輪的上冠、下環(huán)與葉片出水邊連接部位附近，經(jīng)常就出現(xiàn)了貫穿性裂紋，有些機(jī)組甚至出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片同一位置反復(fù)修補(bǔ)反復(fù)開裂的極端情況，嚴(yán)重影響水力發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。徹底解決不銹鋼轉(zhuǎn)輪裂紋比較切合實(shí)際的做法是利用檢修機(jī)會(huì)，清除裂紋并加以修復(fù)，但關(guān)鍵在于及早的有效發(fā)現(xiàn)裂紋或其他內(nèi)部缺陷。而目前葉片內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)方法主 要還是常規(guī)超聲波技術(shù)，它是利用超聲波儀的探頭和與探頭配套的楔塊對(duì)葉片進(jìn)行檢測(cè)，在對(duì)不銹鋼轉(zhuǎn)輪焊縫檢測(cè)時(shí)，其局限性在于1)水輪機(jī)葉片材質(zhì)的晶粒粗大導(dǎo)致超聲波的衰減系數(shù)和噪聲信號(hào)大，檢測(cè)靈敏度降低；2)三維曲面的葉片形狀導(dǎo)致超聲波聲束在工件內(nèi)部傳播難以預(yù)測(cè)，從而難以判讀檢測(cè)到的缺陷信號(hào)并進(jìn)行缺陷的定位定量；3)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在役檢測(cè)受空間的限制，僅能用探頭在葉片上掃查，導(dǎo)致焊接接頭中被檢測(cè)的覆蓋面有限，以及聲束與危險(xiǎn)缺陷有效檢出的方向很難一致。所以，必須研究新的檢測(cè)方法，保證能夠有效檢測(cè)所有缺陷，確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)常規(guī)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷難度大、靈敏度低的缺點(diǎn)，提出一種水輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷的檢測(cè)方法，利用超聲相控陣技術(shù)聲束偏轉(zhuǎn)和聚焦性能，對(duì)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷實(shí)施可靠、方便、快速的檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理缺陷，避免因焊縫缺陷導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪失效事故。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
水輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷的檢測(cè)方法，按照以下步驟進(jìn)行
步驟I、選擇儀器儀器采用配備探頭和楔塊且具有扇形掃查功能，最小連續(xù)可調(diào)增益不小于76db的超聲波相控陣儀；探頭要求頻率2. 25MHz，不少于64晶片，單一晶片尺寸最大為O. 5X IOmm,晶片間隙最大為O. Imm ;楔塊角度為45° ,尺寸不大于40X30mm ；
步驟2、標(biāo)定儀器設(shè)定儀器的掃查類型為扇形掃查；開始角度為30° ;結(jié)束角度為70° ;聚焦距離應(yīng)大于待檢測(cè)葉片厚度值5mm ；
步驟3、繪制檢測(cè)用判廢線
1)、制作參考試塊參考試塊為具長(zhǎng)X寬X高的矩形條狀體，參考試塊的長(zhǎng)X高面上設(shè)有若干不同高度的貫通孔，參考試塊的兩個(gè)長(zhǎng)X寬面作為檢測(cè)面；
2)、在參考試塊的檢測(cè)面上涂抹耦合劑，用儀器的探頭通過楔塊對(duì)參考試塊的檢測(cè)面上進(jìn)行測(cè)試，記錄儀器的當(dāng)前增益和參考試塊上不同高度的貫通孔的反射波幅高度值，將反射波幅高度值在二維坐標(biāo)系上描點(diǎn)，并用平滑的曲線進(jìn)行連接繪制成判廢線；
步驟4、檢測(cè)葉片焊縫在待檢測(cè)葉片上冠、下環(huán)焊縫附近涂抹耦合劑，用儀器探頭上的楔塊緊貼并垂直于待檢測(cè)葉片焊縫中心線，作鋸齒型掃查檢測(cè)，探頭前后移動(dòng)的范圍應(yīng)大于2倍的葉片厚度；
步驟5、缺陷記錄以判廢線作為參照，檢測(cè)過程中當(dāng)儀器顯示回波信號(hào)高度超過判廢線時(shí)，判定該反射體為缺陷，在葉片表面作出相應(yīng)的標(biāo)記，并根據(jù)回波信號(hào)對(duì)應(yīng)的高度坐標(biāo)值記錄缺陷埋藏深度；當(dāng)回波信號(hào)高度低于判廢線時(shí)，不予記錄；根據(jù)葉片表面的標(biāo)記最終可檢測(cè)出葉片是否存在缺陷。所述參考試塊的長(zhǎng)、寬、高分別為320mm、40mm、100mm,貫通孔的內(nèi)徑為3mm,貫通孔共計(jì)8個(gè)，其中每4個(gè)貫通孔為一組，在高度方向按上、下豎直布置，貫通孔上、下之間間距均為20mm，其中一組貫通孔的起始高度為IOmm ;另一組貫通孔的起始高度為20mm ;兩組貫通孔與側(cè)邊的距離均為40mm。
本發(fā)明的原理是在一個(gè)鋼工件中如果存在一個(gè)缺陷，由于這個(gè)缺陷的存在，造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個(gè)不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個(gè)界面之后，就會(huì)發(fā)生反射，反射回來的能量又被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標(biāo)的一定的位置就會(huì)顯示出來一個(gè)反射波的波形，橫坐標(biāo)的這個(gè)位置就是缺陷在被檢測(cè)材料中的深度。本發(fā)明的有益效果是使用本方法檢測(cè)時(shí)克服了材料晶粒粗大、檢測(cè)空間限制、葉片厚度變化等困難，具有簡(jiǎn)單、安全、可靠、靈敏度高的特點(diǎn)，因此對(duì)檢測(cè)的環(huán)境要求寬松，且方便快捷，尤其是對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷能夠有效地檢測(cè)到位，從而大幅度地提高了檢測(cè)效率和檢測(cè)靈敏度，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理缺陷，避免因焊縫缺陷導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪失效事故。


圖I是本發(fā)明的參考試塊及儀器在參考試塊上掃查的示意圖。圖2是本發(fā)明繪制的判廢線。圖3是儀器在待檢測(cè)葉片上掃查的示意圖。圖4是葉片檢測(cè)時(shí)繪制的判廢線和回波信號(hào)顯示圖。圖5是檢測(cè)工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式某水電廠2號(hào)機(jī)組上冠、下環(huán)和葉片均為0Crl3Ni5Mo馬氏體不銹鋼材料，葉片模壓成型后與上冠、下環(huán)焊接成轉(zhuǎn)輪，葉片最大厚度約為50mm。機(jī)組自投運(yùn)以來，轉(zhuǎn)輪葉片在上冠、下環(huán)出水邊均存在不同程度的裂紋，而且個(gè)別葉片的裂紋還比較嚴(yán)重。2010年11月，C級(jí)檢修時(shí)對(duì)水渦輪葉片加焊三角筋過程中，為確保葉片焊縫裂紋清除干凈和三角筋焊接質(zhì)量，對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片與上冠、下環(huán)拼接焊縫進(jìn)行了超聲波相控陣檢測(cè)。具體方法如下
步驟I、選擇儀器本發(fā)明采用RD-Tech公司生產(chǎn)的Omniscan-MX型相控陣儀器，具有扇形掃查功能，連續(xù)可調(diào)增益80db，儀器配備探頭和楔塊，探頭頻率2. 25MHz, 64晶片、單一晶片尺寸為O. 5 X 10mm、晶片間隙為O. Imm ;楔塊角度為45°，尺寸為24X 16mm。步驟2、標(biāo)定儀器設(shè)定儀器的掃查類型為扇形掃查；開始角度為30° ;結(jié)束角度為70。;聚焦距離57mm。步驟3、繪制檢測(cè)用判廢線，參見圖I :
1)、制作參考試塊參考試塊為具長(zhǎng)LX寬WX高H的矩形條狀體I,參考試塊的長(zhǎng)X高面上設(shè)有若干不同高度的貫通孔2，參考試塊的兩個(gè)長(zhǎng)LX寬W面作為檢測(cè)面；參考試塊的長(zhǎng)L、寬W、高H分別為320mm、40mm、100mm，貫通孔2的內(nèi)徑Φ為3mm，貫通孔2共計(jì)8個(gè)，其中每4個(gè)貫通孔2為一組，在高度方向按上、下豎直布置，貫通孔2上、下之間間距s2為20臟，其中一組貫通孔2的起始高度Si為IOmm ;另一組貫通孔2的起始高度s4為20mm ;兩組貫通孔2與側(cè)邊的距離s3均為40mm ；
2)、在參考試塊的檢測(cè)面上涂抹耦合劑，用儀器的探頭通過楔塊對(duì)參考試塊的檢測(cè)面上進(jìn)行測(cè)試，記錄儀器的當(dāng)前增益和參考試塊上不同高度的貫通孔的反射波幅高度值(百 分比)，將反射波幅高度值在二維坐標(biāo)系上描點(diǎn)，并用平滑的曲線進(jìn)行連接繪制成判廢線，如圖2所示。表I為參考試塊上Φ3Χ40πιπι貫通孔2在儀器增益為38db時(shí)的反射波高。表I參考試塊規(guī)則反射體檢測(cè)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種水輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷的檢測(cè)方法，其特征是按照以下步驟進(jìn)行 步驟I、選擇儀器儀器采用配備探頭和楔塊且具有扇形掃查功能，最小連續(xù)可調(diào)增益不小于76db的超聲波相控陣儀；探頭要求頻率2. 25MHz，不少于64晶片，單一晶片尺寸最大為O. 5X IOmm,晶片間隙最大為O. Imm ;楔塊角度為45° ,尺寸不大于40X30mm ； 步驟2、標(biāo)定儀器設(shè)定儀器的掃查類型為扇形掃查；開始角度為30° ;結(jié)束角度為70° ;聚焦距離應(yīng)大于待檢測(cè)葉片厚度值5mm ； 步驟3、繪制檢測(cè)用判廢線 1)、制作參考試塊參考試塊為具長(zhǎng)X寬X高的矩形條狀體，參考試塊的長(zhǎng)X高面上設(shè)有若干不同高度的貫通孔，參考試塊的兩個(gè)長(zhǎng)X寬面作為檢測(cè)面； 2)、在參考試塊的檢測(cè)面上涂抹耦合劑，用儀器的探頭通過楔塊對(duì)參考試塊的檢測(cè)面上進(jìn)行測(cè)試，記錄儀器的當(dāng)前增益和參考試塊上不同高度的貫通孔的反射波幅高度值，將反射波幅高度值在二維坐標(biāo)系上描點(diǎn)，并用平滑的曲線進(jìn)行連接繪制成判廢線； 步驟4、檢測(cè)葉片焊縫在待檢測(cè)葉片上冠、下環(huán)焊縫附近涂抹耦合劑，用儀器探頭上的楔塊緊貼并垂直于待檢測(cè)葉片焊縫中心線，作鋸齒型掃查檢測(cè)，探頭前后移動(dòng)的范圍應(yīng)大于2倍的葉片厚度； 步驟5、缺陷記錄以判廢線作為參照，檢測(cè)過程中當(dāng)儀器顯示回波信號(hào)高度超過判廢線時(shí)，判定該反射體為缺陷，在葉片表面作出相應(yīng)的標(biāo)記，并根據(jù)回波信號(hào)對(duì)應(yīng)的高度坐標(biāo)值記錄缺陷埋藏深度；當(dāng)回波信號(hào)高度低于判廢線時(shí)，不予記錄；根據(jù)葉片表面的標(biāo)記最終可檢測(cè)出葉片是否存在缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷的檢測(cè)方法，其特征是所述參考試塊的長(zhǎng)、寬、高分別為320mm、40mm、100mm，貫通孔的內(nèi)徑為3mm，貫通孔共計(jì)8個(gè)，其中每4個(gè)貫通孔為一組，在高度方向按上、下豎直布置，貫通孔上、下之間間距均為20mm，其中一組貫通孔的起始高度為IOmm ;另一組貫通孔的起始高度為20mm ;兩組貫通孔與側(cè)邊的距離均為40mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水輪機(jī)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷的檢測(cè)方法，按照以下步驟進(jìn)行步驟1、選擇儀器；步驟2、標(biāo)定儀器；步驟3、繪制檢測(cè)用判廢線1)制作參考試塊；2)用儀器的探頭通過楔塊對(duì)參考試塊的檢測(cè)面上進(jìn)行測(cè)試，記錄儀器的當(dāng)前增益和參考試塊上不同高度的貫通孔的反射波幅高度值，將反射波幅高度值在二維坐標(biāo)系上描點(diǎn)，并用平滑的曲線進(jìn)行連接繪制成判廢線；步驟4、檢測(cè)葉片焊縫；步驟5、缺陷記錄以判廢線作為參照，根據(jù)儀器顯示回波信號(hào)的高度并與判廢線進(jìn)行比較，在葉片表面作出相應(yīng)的標(biāo)記，根據(jù)葉片表面的標(biāo)記最終可檢測(cè)出葉片是否存在缺陷。實(shí)現(xiàn)對(duì)不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片焊縫缺陷的可靠、方便、快速的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102944610SQ201210502390
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者龍毅, 謝國勝, 龍思成, 謝阿萌 申請(qǐng)人:湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心有限公司, 湖南省電力公司科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司