本發(fā)明涉及一種對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

汽輪機(jī)軸瓦一般以優(yōu)質(zhì)鑄鐵(含碳量0.35％以下)鑄造成型,然后在其內(nèi)表面澆鑄一層5-12mm的巴氏合金形成,巴氏合金成分以錫為主，同時(shí)加入少量的銅、鎳、銻等。巴士合金與基材通過(guò)掛錫處理形成過(guò)渡層(fe-sn—fesn2)，隨后經(jīng)過(guò)離心澆鑄和機(jī)加工最終形成巴氏合金層。

目前國(guó)內(nèi)600mw以上機(jī)組(包括百萬(wàn)級(jí)核電機(jī)組)，由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑變大，相應(yīng)的軸瓦尺寸隨之變大，巴氏合金面積也會(huì)增大，此類軸瓦在澆筑之前，部分廠家會(huì)在軸瓦基材上刻燕尾來(lái)保證界面質(zhì)量。

對(duì)于軸瓦燕尾槽區(qū)域，當(dāng)探頭剛好位于燕尾槽上部時(shí)，超聲波聲束先通過(guò)巴氏合金層，再經(jīng)過(guò)基材，當(dāng)遇到基材與合金層斜界面時(shí)，由于聲波是斜入射到燕尾槽下的巴氏合金，聲波在界面會(huì)發(fā)生折射。當(dāng)超聲波斜入射到燕尾槽下巴氏合金，聲束有折射角，當(dāng)超聲波到達(dá)燕尾槽下部巴氏合金與基材界面時(shí)，再次發(fā)生反射，此時(shí)聲束反射后將無(wú)法被探頭接收。燕尾槽下部巴氏合金與基材界面的分層缺陷不能被發(fā)現(xiàn)(即盲區(qū))?，F(xiàn)有技術(shù)中，沒(méi)有有效地確定燕尾槽區(qū)的分層缺陷進(jìn)行檢測(cè)的方法

鑒于上述，本設(shè)計(jì)人積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)в醒辔膊鄣妮S瓦進(jìn)行高效檢測(cè)的對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法。

本發(fā)明對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法，包括：利用單晶探頭進(jìn)行軸瓦超聲檢測(cè)，采用巴氏合金試塊或碳鋼試塊進(jìn)行探傷靈敏度的，所述單晶探頭為5pφ8單晶直探頭；

燕尾槽區(qū)檢測(cè)：確定燕尾槽的巴氏合金與基材界面分層缺陷不能發(fā)現(xiàn)的盲區(qū)；對(duì)燕尾槽盲區(qū)以外的區(qū)域采用單晶探頭進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)二次放射波波高確分層缺陷，具體包括：判定二次反射波是否高于50％，若二次反射波高于50％，判斷缺陷走向沿燕尾槽方向，且缺陷的長(zhǎng)度不小于0.1mm，則合金層具有分層缺陷；若二次反射波低于50％，則沒(méi)有分分層缺陷。

進(jìn)一步地，還包括軸瓦上非燕尾槽區(qū)的檢測(cè)，具體包括：

獲取軸瓦巴氏合的厚度，

若軸瓦巴氏合金鋼的厚度小于或等于8mm時(shí)，則采用波形對(duì)比法進(jìn)行軸瓦檢測(cè)，具體包括：在示波屏上顯示軸瓦超聲檢測(cè)波形，將顯示的波形與預(yù)先定義的標(biāo)準(zhǔn)波形進(jìn)行對(duì)比，判斷軸瓦底面與合金界面結(jié)合良好或軸瓦底面與合金界面存在分層缺陷；其中，判定為具有分層缺陷的軸瓦，則采用底波法對(duì)缺陷缺陷面積的定量，具體包括：當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，移動(dòng)探頭，使一次底波升高到滿屏刻度的40％，此時(shí)探頭中心作為分層區(qū)的邊界點(diǎn)，至此完成了軸瓦的檢測(cè)；

若軸瓦巴氏合金鋼的厚度大于8mm，則采用波形觀察法進(jìn)行軸瓦檢測(cè)，在示波屏上顯示界面的反射波、基材底波，通過(guò)界面的反射波與基材底波的波幅變化來(lái)判斷界面的質(zhì)量，具體包括：

當(dāng)合金界面一次反射波高出100％屏高，有界面二次反射波，但波高低于50％屏高，同時(shí)伴隨著底波顯示，則確定界面結(jié)合良好，無(wú)缺陷；

當(dāng)界面反射波幅大于80％，降低探傷靈敏度的情況下，二次波的波幅不低于70％，并出現(xiàn)多次界面回波，且基材底波消失，和/或界面的多次回波波高衰減符合超聲波的衰減規(guī)律，既回波之間的波高相差6db，則確定軸瓦底面與合金界面存在分層缺陷，且分層缺陷的面積大于探頭晶片尺寸；當(dāng)發(fā)現(xiàn)分層缺陷時(shí)，在合金表面移動(dòng)探頭；

當(dāng)存在一次反射波、二次反射波的前下，無(wú)三次反射波或三次反射波低于20％，和/或軸瓦底波出現(xiàn)；以及當(dāng)移動(dòng)探頭時(shí)，波形消失，則確定合金界面存在分散性分層，缺陷面積小于探頭面積，或由于巴氏合金在澆鑄中氣體未釋放出來(lái)，界面存在氣孔缺陷；

當(dāng)發(fā)現(xiàn)分層缺陷時(shí)，在合金表面移動(dòng)探頭，當(dāng)界面二次反射波高降到50％時(shí)，此時(shí)探頭中心就分層區(qū)的邊界點(diǎn)；至此完成了軸瓦的檢測(cè)。

進(jìn)一步地，采用巴氏合金試塊或碳鋼試塊進(jìn)行軸瓦超聲檢測(cè)靈敏度的調(diào)整的具體方法包括：

(1)單晶探頭為5z10n，采用厚度為8mm的白合金tp調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z10n放置在白合金tp試塊上，白合金tp試塊厚度(t)方向作為大平底，將第4次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整；或

(2)單晶探頭為5z5n，采用厚度為8mm的白合金tp調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z5n放置在白合金tp試塊上，白合金tp試塊厚度(t)方向作為大平底，將第4次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整；或，

(3)單晶探頭為5z10n，采用厚度為15或16mm的jisstb-a3調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z10n放置在jisstb-a3試塊上，jisstb-a3試塊厚度(t)方向作為大平底，將第6次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整；或

(4)單晶探頭為5z5n，采用厚度為15或16mm的jisstb-a3調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z5n放置在jisstb-a3試塊上，jisstb-a3試塊厚度(t)方向作為大平底，將第3次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整；或

(5)單晶探頭為5z10n，采用厚度為25mm的jis-stb-a1調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z10n放置在tpjis-stb-a1試塊上，jis-stb-a1試塊厚度(t)方向作為大平底，將第4次平底反射波調(diào)整到80％+6db波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整；或

(6)單晶探頭為5z5n，采用厚度為25mm的jis-stb-a1調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z5n放置在tpjis-stb-a1試塊上，jis-stb-a1試塊厚度(t)方向作為大平底，將第2次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

檢測(cè)靈敏度調(diào)整方法簡(jiǎn)便實(shí)用，同時(shí)檢測(cè)靈敏度大小適中，可以有效的發(fā)現(xiàn)分層缺陷。對(duì)于當(dāng)軸瓦巴氏合金鋼的厚度大于8mm時(shí)，在檢測(cè)中通過(guò)界面的反射波與基材底波的波幅變化來(lái)判斷界面的質(zhì)量。檢測(cè)準(zhǔn)確度高，可操作性強(qiáng)。對(duì)于巴氏合金鋼的厚度≤8mm時(shí)，采用底波法；巴氏合金鋼的厚度＞8mm時(shí)，采用移動(dòng)探頭，使一次底波升高到滿屏刻度的40％。此時(shí)探頭中心作為分層區(qū)的邊界點(diǎn)；分別使用上述兩種方式有針對(duì)性的進(jìn)行缺陷定量檢測(cè)，能夠得到準(zhǔn)確的缺陷面積定量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法的燕尾槽邊緣檢測(cè)區(qū)域示意圖；

圖2是本發(fā)明對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法的實(shí)際探傷時(shí)界面良好時(shí)示波屏顯示；

圖3是本發(fā)明對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法的當(dāng)界面分層時(shí)波形顯示；

圖4是本發(fā)明對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法的分散性小量分層缺陷及界面氣孔波形顯示；

圖5是本發(fā)明對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法的底面回波與界面波的db差；

圖6是本發(fā)明對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法的結(jié)合層分層時(shí)與結(jié)合層良好時(shí)db差。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法，包括：利用單晶探頭進(jìn)行軸瓦超聲檢測(cè)，采用巴氏合金試塊或碳鋼試塊進(jìn)行探傷靈敏度的調(diào)整；

燕尾槽區(qū)檢測(cè)：確定燕尾槽的巴氏合金與基材界面分層缺陷不能發(fā)現(xiàn)的盲區(qū)；對(duì)燕尾槽盲區(qū)以外的區(qū)域采用單晶探頭進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)二次放射波波高確分層缺陷，具體包括：判定二次反射波是否高于50％，若二次反射波高于50％，判斷缺陷走向沿燕尾槽方向，且缺陷的長(zhǎng)度不小于0.1mm，則合金層具有分層缺陷；若二次反射波低于50％，則沒(méi)有分層缺陷。

如圖1所示，以國(guó)產(chǎn)600mw汽輪機(jī)軸瓦存在燕尾槽結(jié)構(gòu)，燕尾槽深度a為3.5mm，燕尾槽寬度c為3.3mm，其合金層的厚度最厚b為12mm，夾角α為30°。

軸瓦燕尾區(qū)以外的區(qū)域的非燕尾區(qū)的檢測(cè)：獲取軸瓦巴氏合的厚度，

(1)若軸瓦巴氏合金鋼的厚度小于或等于8mm時(shí)，則采用波形對(duì)比法進(jìn)行軸瓦檢測(cè)，具體包括：在示波屏上顯示軸瓦超聲檢測(cè)波形，將顯示的波形與預(yù)先定義的標(biāo)準(zhǔn)波形進(jìn)行對(duì)比，判斷軸瓦底面與合金界面結(jié)合良好或軸瓦底面與合金界面存在分層缺陷；例如《汽輪機(jī)巴氏合金軸瓦技術(shù)條件》(jb/t4272-1994等同iso4386-1:1992)在附錄圖b5-b8(is:始波be：界面回波we：底波re：基準(zhǔn)波高)提供波形圖已涵蓋所有分層缺陷的特征，推薦在實(shí)際檢測(cè)中參照?qǐng)?zhí)行。

其中，判定為具有分層缺陷的軸瓦，由于界面的一次波和二次波會(huì)距離很近，從而影響缺陷定量判斷，則采用底波法對(duì)缺陷缺陷面積的定量，具體包括：當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，移動(dòng)探頭，使一次底波升高到滿屏刻度的40％，此時(shí)探頭中心作為分層區(qū)的邊界點(diǎn)，至此完成了軸瓦的檢測(cè)；

(2)軸瓦巴氏合金鋼的厚度大于8mm，則采用波形觀察法進(jìn)行軸瓦檢測(cè)，在示波屏上顯示界面的反射波、基材底波，通過(guò)界面的反射波與基材底波的波幅變化來(lái)判斷界面的質(zhì)量，具體包括：

如圖2所示，當(dāng)合金界面一次反射波高出100％屏高，有界面二次反射波，但波高低于50％屏高，同時(shí)伴隨著底波顯示，則確定界面結(jié)合良好，無(wú)缺陷；

如圖3所示，當(dāng)界面反射波幅大于80％，降低探傷靈敏度的情況下，二次波的波幅不低于70％，并出現(xiàn)多次界面回波，且基材底波消失，和/或如圖2所示，界面的多次回波波高衰減符合超聲波的衰減規(guī)律，既回波之間的波高相差6db，則確定軸瓦底面與合金界面存在分層缺陷，且分層缺陷的面積大于探頭晶片尺寸；當(dāng)發(fā)現(xiàn)分層缺陷時(shí)，在合金表面移動(dòng)探頭；

如圖4所示，當(dāng)存在一次反射波、二次反射波的前下，無(wú)三次反射波或三次反射波低于20％，和/或軸瓦底波出現(xiàn)；以及當(dāng)移動(dòng)探頭時(shí)，波形消失，則確定合金界面存在分散性分層，缺陷面積小于探頭面積，或由于巴氏合金在澆鑄中氣體未釋放出來(lái)，界面存在氣孔缺陷；

當(dāng)發(fā)現(xiàn)分層缺陷時(shí)，在合金表面移動(dòng)探頭，當(dāng)界面二次反射波高降到50％時(shí)，此時(shí)探頭中心就分層區(qū)的邊界點(diǎn)；至此完成了軸瓦的檢測(cè)。

上述三種情況以外的波形，不用于判斷軸瓦情況。

本實(shí)施例中，用于判定上述合金界面的質(zhì)量情況的反射波的波幅范圍是根據(jù)以下理論公式推導(dǎo)得到的。

軸瓦合金結(jié)合面良好時(shí)的反射波與軸瓦合金分層時(shí)反射波的db差

(1)巴氏合金與鋼的聲阻抗

z＝ρ·c(3)

巴氏合金的平均密度：ρsn＝7.3g/cm3

巴氏合金的聲速：csn＝3320m/s

鋼的密度為：ρfe＝7.8g/cm3

鋼中的聲速為：cfe＝5900m/s

代入式(3)得：

zsn＝ρsncsn＝2.42×106g/cm2s

zfe＝ρfecfe＝4.63×106g/cm2s

(2)超聲波從巴氏合金表面入射，軸瓦合金界層的反射率r為：

(3)結(jié)合層分層時(shí)與結(jié)合良好時(shí)的波幅差：

當(dāng)軸瓦合金層與基材結(jié)合良好時(shí)，界面的聲壓反射率為0.32；當(dāng)合金與基材出現(xiàn)分層時(shí)，近似大平底反射，不考慮衰減及擴(kuò)散，聲壓反射率近似等于1。

基材底波與界面波db差

假設(shè)軸瓦底面與合金界面是平行結(jié)構(gòu)，通過(guò)超聲波的往復(fù)透過(guò)率計(jì)算出軸瓦的底波與合金界面結(jié)合良好時(shí)的界面波波幅差。

基材底面往復(fù)透射率：

合金界面結(jié)合良好時(shí)軸瓦底波與界面波的波幅差：

由理論計(jì)算得出：當(dāng)軸瓦巴氏合金與基材結(jié)合良好時(shí)，界面波與基材底波相差11db(相當(dāng)于底波80％波高，界面波23％波高見(jiàn)圖5)；當(dāng)軸瓦巴氏合金與基材結(jié)合分層時(shí)，分層反射波與結(jié)合良好時(shí)反射波相差10db(相當(dāng)于如合金層界面波80％波高，結(jié)合良好時(shí)反射波約25％波高見(jiàn)圖6)。

本實(shí)施例，采用直徑較小的探頭可以減少近場(chǎng)區(qū)，增加探頭與軸瓦檢測(cè)面的接觸面積。所以在保證穿透力的情況下，優(yōu)先選擇直徑較小的直探頭

以目前探頭制作水平，單晶探頭的盲區(qū)可達(dá)到2mm，部分進(jìn)口探頭甚至可以達(dá)到0.5mm，汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦巴氏合金層的厚度范圍一般在5～12mm，單晶探頭已經(jīng)滿足檢測(cè)要求，這也是直探頭可以替代雙晶探頭的另外一個(gè)原因。

探頭頻率高的優(yōu)點(diǎn)是：超聲波的發(fā)射能量更強(qiáng)，聲波的指向性更好，盲區(qū)更小，對(duì)小缺陷的分辨率更好好，在實(shí)際檢測(cè)中這有助觀察界面波的波幅變化；其缺點(diǎn)是超聲波近場(chǎng)區(qū)變大，影響缺陷定量。

在軸瓦巴氏合金層厚度大于8mm時(shí)，高頻率探頭對(duì)缺陷識(shí)別更有利。

表2不同頻率探頭界面一次波及二次波反射波幅實(shí)測(cè)值

從表2可以看出，采用不同的探頭頻率，當(dāng)一次反射波幅80％時(shí)，2.5mhz探頭的二次界面波波幅較高，4mhz、5mhz探頭界面二次反射波幅較低，即界面的一次波幅與二次波幅的db差更大。這是由于頻率增高，聲波衰減系數(shù)增大和近場(chǎng)區(qū)引起的。在軸瓦巴氏合金層厚度較大時(shí)，界面的二次回波波幅是判斷界面是否分層的重要依據(jù)，對(duì)于相同的掃查靈敏度，存在分層缺陷時(shí)，相當(dāng)于在界面處產(chǎn)生大平底反射，二次反射波會(huì)很高。所以使用低頻探頭會(huì)提高界面二次波的波幅，進(jìn)而影響缺陷的判斷。所以在保證穿透力的情況下，應(yīng)選擇高頻率探頭，盡可能的降低界面二次波的高度。綜上所述，對(duì)于汽輪機(jī)軸瓦的超聲檢測(cè)，推薦使用5pφ8單晶直探頭。

實(shí)施例2

本實(shí)施例對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，提出了一種采用巴氏合金試塊或碳鋼試塊進(jìn)行軸瓦超聲檢測(cè)靈敏度的調(diào)整的方法，該靈敏度檢測(cè)中，可以選用巴氏合金試塊，也可以選用碳鋼試塊來(lái)進(jìn)行檢測(cè)靈敏度的調(diào)整。檢測(cè)靈敏度根據(jù)試塊可按表1的任一方式調(diào)整。

表1超聲波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法

白合金tp試塊是采用軸瓦表面材料一致的巴氏合金制作的試塊，stb-a1、a3試塊使用jis2345-2000標(biāo)準(zhǔn)制作的碳鋼試塊，其制造技術(shù)、晶粒級(jí)別國(guó)內(nèi)的dl-1和csk-1a試塊類似。b2、b3、b4、b6分別為第二、三、四、六次底面回波。本實(shí)施例中可以使用碳鋼試塊調(diào)節(jié)靈敏度，不需要特制軸瓦巴氏合金的試塊，只需用碳鋼試塊即可完成靈敏度的調(diào)整，簡(jiǎn)便實(shí)用。以5z10n探頭為例：采用碳鋼試塊dl-1(jisstb-a3)調(diào)整探傷靈敏度，將直探頭放置在試塊上，試塊厚度(t)方向作為大平底，將第6次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整。其他試塊也是相同的方式，列舉如下：

(1)單晶探頭為5z10n，采用厚度為8mm的白合金tp調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z10n放置在白合金tp試塊上，白合金tp試塊厚度(t)方向作為大平底，將第4次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整；或

(2)單晶探頭為5z5n，采用厚度為8mm的白合金tp調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z5n放置在白合金tp試塊上，白合金tp試塊厚度(t)方向作為大平底，將第4次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整；或，

(3)單晶探頭為5z5n，采用厚度為15或16mm的jisstb-a3調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z5n放置在jisstb-a3試塊上，jisstb-a3試塊厚度(t)方向作為大平底，將第3次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整；或

(4)單晶探頭為5z10n，采用厚度為25mm的jis-stb-a1調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z10n放置在tpjis-stb-a1試塊上，jis-stb-a1試塊厚度(t)方向作為大平底，將第4次平底反射波調(diào)整到80％+6db波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整；或

(5)單晶探頭為5z5n，采用厚度為25mm的jis-stb-a1調(diào)整探傷靈敏度，將單晶探頭5z5n放置在tpjis-stb-a1試塊上，jis-stb-a1試塊厚度(t)方向作為大平底，將第2次平底反射波調(diào)整到100％波高，即完成探傷靈敏度的調(diào)整。

本發(fā)明探傷靈敏度調(diào)整方法與其他規(guī)程規(guī)定探傷靈敏度比較如表3所示：

表3規(guī)程與其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定探傷靈敏度的比較

上表可以看出，本發(fā)明對(duì)帶有燕尾槽的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸瓦檢測(cè)方法，提供檢測(cè)靈敏度方法并不低于其他標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)靈敏度，同時(shí)該方法使用碳鋼試塊就可以完成靈敏度調(diào)整，操作簡(jiǎn)單，推薦在實(shí)際檢測(cè)中使用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。