一種水輪機不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷的檢測方法
2023-08-03 04:14:31 1
專利名稱：一種水輪機不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷的檢測方法
技術領域：
本發明屬於無損檢測方法，具體涉及一種水輪機不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷的檢測方法，適用於對大中型混流式水輪機組不鏽鋼轉輪葉片上冠、下環焊縫的檢測。
背景技術：
近年新發電的大中型混流式水輪機組，水輪機葉片普遍採用低碳馬氏體不鏽鋼ZGOCr13Ni4-6Mo，但在運行較短的時間後，轉輪的上冠、下環與葉片出水邊連接部位附近，經常就出現了貫穿性裂紋，有些機組甚至出現轉輪葉片同一位置反覆修補反覆開裂的極端情況，嚴重影響水力發電機組的安全、穩定運行。徹底解決不鏽鋼轉輪裂紋比較切合實際的做法是利用檢修機會，清除裂紋並加以修復，但關鍵在於及早的有效發現裂紋或其他內部缺陷。而目前葉片內部質量檢測方法主 要還是常規超聲波技術，它是利用超聲波儀的探頭和與探頭配套的楔塊對葉片進行檢測，在對不鏽鋼轉輪焊縫檢測時，其局限性在於1)水輪機葉片材質的晶粒粗大導致超聲波的衰減係數和噪聲信號大，檢測靈敏度降低；2)三維曲面的葉片形狀導致超聲波聲束在工件內部傳播難以預測，從而難以判讀檢測到的缺陷信號並進行缺陷的定位定量；3)水輪機轉輪在役檢測受空間的限制，僅能用探頭在葉片上掃查，導致焊接接頭中被檢測的覆蓋面有限，以及聲束與危險缺陷有效檢出的方向很難一致。所以，必須研究新的檢測方法，保證能夠有效檢測所有缺陷，確保水輪發電機組的安全可靠運行。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，針對常規檢測技術檢測不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷難度大、靈敏度低的缺點，提出一種水輪機不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷的檢測方法，利用超聲相控陣技術聲束偏轉和聚焦性能，對不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷實施可靠、方便、快速的檢測，以便及時發現、處理缺陷，避免因焊縫缺陷導致轉輪失效事故。本發明的技術解決方案是
水輪機不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷的檢測方法，按照以下步驟進行
步驟I、選擇儀器儀器採用配備探頭和楔塊且具有扇形掃查功能，最小連續可調增益不小於76db的超聲波相控陣儀；探頭要求頻率2. 25MHz，不少於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° ,尺寸不大於40X30mm ；
步驟2、標定儀器設定儀器的掃查類型為扇形掃查；開始角度為30° ;結束角度為70° ;聚焦距離應大於待檢測葉片厚度值5mm ；
步驟3、繪製檢測用判廢線
1)、製作參考試塊參考試塊為具長X寬X高的矩形條狀體，參考試塊的長X高面上設有若干不同高度的貫通孔，參考試塊的兩個長X寬面作為檢測面；
2)、在參考試塊的檢測面上塗抹耦合劑，用儀器的探頭通過楔塊對參考試塊的檢測面上進行測試，記錄儀器的當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系上描點，並用平滑的曲線進行連接繪製成判廢線；
步驟4、檢測葉片焊縫在待檢測葉片上冠、下環焊縫附近塗抹耦合劑，用儀器探頭上的楔塊緊貼並垂直於待檢測葉片焊縫中心線，作鋸齒型掃查檢測，探頭前後移動的範圍應大於2倍的葉片厚度；
步驟5、缺陷記錄以判廢線作為參照，檢測過程中當儀器顯示回波信號高度超過判廢線時，判定該反射體為缺陷，在葉片表面作出相應的標記，並根據回波信號對應的高度坐標值記錄缺陷埋藏深度；當回波信號高度低於判廢線時，不予記錄；根據葉片表面的標記最終可檢測出葉片是否存在缺陷。所述參考試塊的長、寬、高分別為320mm、40mm、100mm,貫通孔的內徑為3mm,貫通孔共計8個，其中每4個貫通孔為一組，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 ;兩組貫通孔與側邊的距離均為40mm。
本發明的原理是在一個鋼工件中如果存在一個缺陷，由於這個缺陷的存在，造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個不同介質之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當發射的超聲波遇到這個界面之後，就會發生反射，反射回來的能量又被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷在被檢測材料中的深度。本發明的有益效果是使用本方法檢測時克服了材料晶粒粗大、檢測空間限制、葉片厚度變化等困難，具有簡單、安全、可靠、靈敏度高的特點，因此對檢測的環境要求寬鬆，且方便快捷，尤其是對焊縫內部缺陷能夠有效地檢測到位，從而大幅度地提高了檢測效率和檢測靈敏度，以便及時發現、處理缺陷，避免因焊縫缺陷導致轉輪失效事故。
圖I是本發明的參考試塊及儀器在參考試塊上掃查的示意圖。圖2是本發明繪製的判廢線。圖3是儀器在待檢測葉片上掃查的示意圖。圖4是葉片檢測時繪製的判廢線和回波信號顯示圖。圖5是檢測工藝流程圖。
具體實施例方式某水電廠2號機組上冠、下環和葉片均為0Crl3Ni5Mo馬氏體不鏽鋼材料，葉片模壓成型後與上冠、下環焊接成轉輪，葉片最大厚度約為50mm。機組自投運以來，轉輪葉片在上冠、下環出水邊均存在不同程度的裂紋，而且個別葉片的裂紋還比較嚴重。2010年11月，C級檢修時對水渦輪葉片加焊三角筋過程中，為確保葉片焊縫裂紋清除乾淨和三角筋焊接質量，對轉輪葉片與上冠、下環拼接焊縫進行了超聲波相控陣檢測。具體方法如下
步驟I、選擇儀器本發明採用RD-Tech公司生產的Omniscan-MX型相控陣儀器，具有扇形掃查功能，連續可調增益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、標定儀器設定儀器的掃查類型為扇形掃查；開始角度為30° ;結束角度為70。;聚焦距離57mm。步驟3、繪製檢測用判廢線，參見圖I :
1)、製作參考試塊參考試塊為具長LX寬WX高H的矩形條狀體I,參考試塊的長X高面上設有若干不同高度的貫通孔2，參考試塊的兩個長LX寬W面作為檢測面；參考試塊的長L、寬W、高H分別為320mm、40mm、100mm，貫通孔2的內徑Φ為3mm，貫通孔2共計8個，其中每4個貫通孔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與側邊的距離s3均為40mm ；
2)、在參考試塊的檢測面上塗抹耦合劑，用儀器的探頭通過楔塊對參考試塊的檢測面上進行測試，記錄儀器的當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系上描點，並用平滑的曲線進行連接繪製成判廢線，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時的反射波高。表I參考試塊規則反射體檢測結果
權利要求
1.一種水輪機不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷的檢測方法，其特徵是按照以下步驟進行 步驟I、選擇儀器儀器採用配備探頭和楔塊且具有扇形掃查功能，最小連續可調增益不小於76db的超聲波相控陣儀；探頭要求頻率2. 25MHz，不少於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° ,尺寸不大於40X30mm ； 步驟2、標定儀器設定儀器的掃查類型為扇形掃查；開始角度為30° ;結束角度為70° ;聚焦距離應大於待檢測葉片厚度值5mm ； 步驟3、繪製檢測用判廢線 1)、製作參考試塊參考試塊為具長X寬X高的矩形條狀體，參考試塊的長X高面上設有若干不同高度的貫通孔，參考試塊的兩個長X寬面作為檢測面； 2)、在參考試塊的檢測面上塗抹耦合劑，用儀器的探頭通過楔塊對參考試塊的檢測面上進行測試，記錄儀器的當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系上描點，並用平滑的曲線進行連接繪製成判廢線； 步驟4、檢測葉片焊縫在待檢測葉片上冠、下環焊縫附近塗抹耦合劑，用儀器探頭上的楔塊緊貼並垂直於待檢測葉片焊縫中心線，作鋸齒型掃查檢測，探頭前後移動的範圍應大於2倍的葉片厚度； 步驟5、缺陷記錄以判廢線作為參照，檢測過程中當儀器顯示回波信號高度超過判廢線時，判定該反射體為缺陷，在葉片表面作出相應的標記，並根據回波信號對應的高度坐標值記錄缺陷埋藏深度；當回波信號高度低於判廢線時，不予記錄；根據葉片表面的標記最終可檢測出葉片是否存在缺陷。
2.根據權利要求I所述的水輪機不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷的檢測方法，其特徵是所述參考試塊的長、寬、高分別為320mm、40mm、100mm，貫通孔的內徑為3mm，貫通孔共計8個，其中每4個貫通孔為一組，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 ;兩組貫通孔與側邊的距離均為40mm。
全文摘要
本發明公開了一種水輪機不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷的檢測方法，按照以下步驟進行步驟1、選擇儀器；步驟2、標定儀器；步驟3、繪製檢測用判廢線1)製作參考試塊；2)用儀器的探頭通過楔塊對參考試塊的檢測面上進行測試，記錄儀器的當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系上描點，並用平滑的曲線進行連接繪製成判廢線；步驟4、檢測葉片焊縫；步驟5、缺陷記錄以判廢線作為參照，根據儀器顯示回波信號的高度並與判廢線進行比較，在葉片表面作出相應的標記，根據葉片表面的標記最終可檢測出葉片是否存在缺陷。實現對不鏽鋼轉輪葉片焊縫缺陷的可靠、方便、快速的檢測。
文檔編號G01N29/04GK102944610SQ201210502390
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者龍毅, 謝國勝, 龍思成, 謝阿萌 申請人:湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司, 湖南省電力公司科學研究院, 國家電網公司