汽轮机叶片的涡流检测

实践经验汽轮机叶片的涡流检测邵泽波,宋树波吉林化工学院,吉林市132022EDDYCURRENTINSPECTIONOFTURBINEBLADESSHAOZE2BO,SONGSHU2BOJILININSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGY,JILIN132022,CHINA中图分类号TG11528文献标识码B文章编号10002665620021020444202电厂汽轮机转子叶片是汽轮机关键部件之一,其结构完整性是保证汽轮机安全运行的重要因素。汽轮机的定检要求对转子叶片进行原位探伤。以往检验采用着色法,灵敏度偏低,检测结果受人为因素影响。现在采用涡流检测法,在叶片上用电蚀法制作模拟裂纹,虽然它与自然疲劳裂纹在阻抗信号的响应上有差别,但便于对缺陷尺寸和响应信号之间关系进行定量研究,从而确定与实际应用相近的试验参数模式。涡流法应用于汽轮机叶片检测具有灵敏度高、准确直观等优点,某动力厂2号和3号汽轮机末三级叶片的检测实践证实了该法的优越性,收到了良好的效果,完全达到了检验标准的要求。1试验11试件制作汽轮机转子叶片多由铁素体2马氏体不锈钢制成,它的相对磁导率RM1,电导率也较低。选择一片与被检汽轮机叶片材料相同的2CR13叶片在其上用电火花开四个槽,位置分别在叶片尖边、根部、排气边和进气边图1。尺寸长宽深分别为尖边槽10MM012MM1MM,排气边槽2MM图1汽轮机叶片人工缺陷位置示意图收稿日期2001206223012MM1MM,进气边槽2MM012MM1MM,根部槽口5MM012MM1MM。12最佳激励频率的选择多频涡流检测的主、副频率互相独立可调,再加上主频率与副频率的匹配问题,频率选择很复杂,检测时要保证被检缺陷的整个区域内有涡流流动,缺陷信号与其它信号之间要有足够的相位差以便进行相位鉴别。经分析实验决定,以有足够的相位差为主,配合考虑探头速度的影响1来平衡提高灵敏度和渗透深度之间的最佳关系,这样缺陷信号对激励信号起调制作用,形成完整的调制波形,调制信号的周期比激励信号大得多。主要考虑以下几方面121集肤效应的影响涡流是一种交变电流,存在集肤效应,电流在导体中的渗透深度1/F05,深度随电流频率F增加而减小2,当对试件检测深度有要求时,要根据检测深度来确定频率的选取范围,详见参考文献3中渗透深度曲线。122灵敏度的要求在涡流检测中,频率的高低会影响线圈与试件间耦合效率,频率低,耦合效率低,小缺陷不易发现。123阻抗及相位变化量检测线圈阻抗幅值变化量的大小与频率比F/FGFG为特征频率有关,不同深度的表面裂纹引起的阻抗变化与F/FG之间有一定的关系,不同深度的裂纹,阻抗或有效磁导率变化量最大时对应的F/FG不同。此外,线圈阻抗相位变化量还与F/FG有关,一般当F/FG取值较小时相位变化量较大。444第24卷第10期2002年10月无损检测NDTVOL24NO10OCT200219952004TSINGHUATONGFANGOPTICALDISCCO,LTDALLRIGHTSRESERVED这样确定频率比F/FG最佳值,可获得大的线圈阻抗变化量及相位变化量,提高灵敏度及检测效率。124干扰信号在用单频涡流检测时,如有强的干扰信号就会与缺陷信号混合在一起,很难区分。多频涡流检测技术可用矢量叠加来去除干扰的影响,因为缺陷信号和干扰信号对探头的反应是互相独立的,两者共同作用时的反应为单独作用时反应的矢量叠加,利用这一特点,可用改变检测频率来改变涡流在被检材料中的大小和分布,使同一缺陷或干扰在不同频率下对涡流产生不同的反应,通过矢量运算,抵消干扰影响,仅保留缺陷信号。13阻抗平面图扫描速度为1020MM/S,垂直于开槽长度方向扫描,所得缺陷信号响应显示见图2。2测试结果讨论1探头在叶片各部位扫描及经过缺陷时探头与缺陷之间的不稳定产生的间隙、叶片表面曲率的变化、表面磁导率漂动以及边缘距离不恒定等干扰信号,都可控制在阻抗平面的水平方向上,干扰与缺陷图形可明显区分。A尖边缺陷B排气边缺陷C进气边缺陷D根部缺陷图2叶片各部位缺陷显示信号2图形的幅值和相位响应表明,试验有良好的信噪比。3从阻抗平面图可见,主频与副频的选择必须有良好的匹配,这样才能使相位分辨力和幅度响应都达最佳状态。下转第453页第12届全国残余应力学术交流会通知由中国机械工程学会材料分会、无损检测分会、表面工程分会和全国残余应力学术委员会联合主办的第12届全国残余应力学术交流会,初步定于12月912日在武汉召开。本届会议与往届相同,仍按照专题报告、论文交流和围绕较为普遍关心的问题展开深入讨论相结合的方式进行。大会专题报告有残余应力研究的现状和趋势西安交通大学何家文、残余应力与弹簧的疲劳强度北京航空材料研究院王仁智、残余应力与应力腐蚀上海材料研究所郑文龙、利用X射线衍射技术研究薄膜的力学性质中科院金属研究所李家宝、新型耐候钢锈层应力及其行为上海交通大学姜传海、轴承套圈、钢球的残余应力及残余奥氏体含量研究洛阳轴承研究所雷建中、残余应力测试技术在汽轮机生产和质量控制中的应用哈尔滨汽轮机有限责任公司庄同信和水电站转轮焊接残余应力的测试与分析爱斯特研究所吕克茂。近年来,有许多大学、科研单位和新体制企业新近加入残余应力学术研究领域。根据较为普遍的要求,拟在交流会上安排一些普及性的讲座,内容包括残余应力的基本理论、X射线应力测定原理和方法、X射线应力测定仪的功能和操作含上机实验及用X射线应力测定仪测定残余奥氏体含量的方法等。与会者还可携带有代表性的试样在会议期间进行测试。为推动残余应力学术研究,让其在国民经济各部门发挥更大的作用,希望应力测定工作者积极准备论文参加交流,欢迎所有关心残余应力的朋友踊跃参加会议,共同探讨。报名时请说明论文题目或关心的问题。报名截止后立即发送第二轮通知会务费500元。报名方式信函056002邯郸市黎明街27号爱斯特研究所。电话/传真0310230667235,手E2MAILHDST263NET。联系人吕克茂报名时间2002年11月15日之前会议地址武汉市青山区武钢宾馆。第12届全国残余应力学术交流会筹备组544邵泽波等汽轮机叶片的涡流检测19952004TSINGHUATONGFANGOPTICALDISCCO,LTDALLRIGHTSRESERVED4缺陷的确定因为区域BE采取的是双壁透照,射线穿透该部位的上下两层壁厚,并将上下壁都投影到胶片上,因其上壁距胶片较远,故灵敏度保证不了,上壁缺陷在胶片中的影像清晰度也低而摆放在下壁与胶片之间的像质计反映出的灵敏度较高2,下壁中缺陷投影到胶片中的影像也很清晰,故以此最清晰的影像来确定下壁中的缺陷状况。要确定上壁中缺陷,需将工件翻180,即由原来的上壁变成下壁,采用同样方法透照,就可确定上壁中缺陷情况。5评片及质量控制找出单壁中最严重的缺陷并与GB56771985铸钢件射线照相及底片等级分类方法对比,逐一进行评定,对质量级别超标部位对照实物和方位确定其具体位置并予以标出,让车间进行修补。经车间铲挖,证实了单壁中存在的超标缺陷经补焊和回火热处理,最后再对修补部位重新检测,达到了级以上质量级别。6结论三角架铸钢件经X射线照相检查并采取质量控制措施,由某省权威检测机构检测确认,保证产品质量达到GB5677标准规定的级质量要求。上接第443页600MM。焦距600MM,按标准K值要求,也应分六段透照,远远不能满足标准K值的要求。也有些制造厂在进行100透照分汽缸的环焊缝中,不管工件直径大小,探伤工艺只有一种,焦距600MM,分五段透照在100透照椭圆封头拼板焊缝时,小圆弧处的工艺参数与其它部位一样。采用上述探伤工艺照出的射线底片,其两端难以满足标准K值的要求,有可能由于横向裂纹检出率降低造成缺陷漏检。因此,底片两搭接标记间的所谓有效评定长度是不符合标准要求的。检查这类底片时,必须先审查探伤报告的几何条件能否满足K值要求,并常到现场了解实际透照几何条件是否与报告填写的一致,否则透照质量是不合格的。4结束语随着企业转制的步伐加快,生产任务落实到个人,上述出现的射线照相质量问题有上升趋势,这样不免给新产品留下了安全隐患。要遏制这类现象的发生,除探伤人员自身端正工作态度,自觉执行法规,不断提高技术水平外,企业管理人员还须加强对探伤人员的教育和管理,严格工艺规程监检部门应加大监督检查力度,发现问题及时纠正查处,确保产品质量安全。上接第445页4模拟缺陷的深宽比很小,实际的同深度疲劳裂纹其深宽比通常要比模拟缺陷大得多,因此对自然缺陷会有更高的信噪比。5用探头扫描时,速度过慢会使缺陷信号响应幅度值减小,过快又会使干扰信号进入,这里存在一个合适的速度问题。3叶片的现场检测汽轮机叶片工作过程中所产生的疲劳破损都在应力集中部位,一般来说疲劳易在厚度很薄的排气边、叶尖和斜切孔边上出现,叶根应力集中部位也可能出现,而叶身和进气边上出现的可能性较小。因此对多级叶片涡流检测的部位,应根据叶片的破损规律作出具体规定,不必对所有部位进行检测。某动力厂2号汽轮机叶片共380片,其材料为2CR13,其中末一级叶片110片,高540MM末二级叶片114片,高373MM末三级叶片156片,高248MM。这些叶片经涡流检测,阻抗平面图明显显示排气边冲痕,叶片补焊后的表面微裂纹图形在幅值响应及相位变化响应上都很清晰,满足工程要求。4结论汽轮机叶片的试验和检测表明,对马氏体叶片,根据强度设计部门给出表面疲劳裂纹的破损极限标准,采用涡流法进行检测是完全可行的。该方法具有检测速度快、灵敏度高、测试结果直