摘要:該汽輪機(jī),投運(yùn)已30多年,步入老齡化階段,汽輪機(jī)葉片處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下工作，葉片常常因?yàn)樵O(shè)計(jì)、材質(zhì)、加工精度、組裝工藝等問題,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)生裂紋,并不斷擴(kuò)展,本文運(yùn)用了超聲波橫波檢驗(yàn)方法，對(duì)該電廠汽輪機(jī)葉片裂紋進(jìn)行檢測(cè)。
　　關(guān)鍵詞:汽輪機(jī)葉片、裂紋、超聲波檢測(cè)、橫波
　　
　　0前言
　　某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組,是前蘇聯(lián)列寧格勒金屬工廠1972年生產(chǎn)的K-100/90-7型雙缸凝汽式汽輪機(jī)組，功率100MW,1974年9月投產(chǎn),截止2004年6月,累計(jì)運(yùn)行時(shí)間20.4萬h,期間已進(jìn)行過11次大修。低壓轉(zhuǎn)子24/29,25/30級(jí)葉片型號(hào)分別為1450/476,1147/749型,葉片總長(zhǎng)分別為524mm,650mm,葉根長(zhǎng)分別為92mm,105mm,根部下寬為35mm,32mm,對(duì)稱1圈分別安裝99片,102片,葉根為4叉型騎縫雙鉚孔葉根,葉根叉齒寬度為15mm。
　　
　　1問題提出
　　該汽輪機(jī),投運(yùn)已30多年,步入老齡化階段,汽輪機(jī)葉片處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下工作,葉片常常因?yàn)樵O(shè)計(jì)、材質(zhì)、加工精度、組裝工藝等問題,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)生裂紋,并不斷擴(kuò)展,嚴(yán)重地威脅著汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性,特別是長(zhǎng)葉片葉根發(fā)生斷裂,后果不堪設(shè)想。
　　傳統(tǒng)檢測(cè)方法,采用超聲表面波檢測(cè)次末級(jí)(24/29級(jí))一側(cè)葉根,如圖1。由于葉根水平面外露的寬度窄,對(duì)表面波探頭入射點(diǎn)的要求非常苛刻,而且對(duì)探頭加工要求非常高,否則,嚴(yán)重影響探測(cè)精度。水平面外露特別窄的部位,將無法探測(cè),造成漏檢。并且表面檢測(cè)時(shí),受葉片表面質(zhì)量的影響,如:葉根與輪盤間的氧化皮,或鉚孔附近的鋼印、劃痕等,常常與實(shí)際的裂紋波混淆,造成誤判,葉根部位的檢測(cè)質(zhì)量較低。特別在1996年,更換末級(jí)(30級(jí))葉片時(shí)，由于鎖孔打偏，焊補(bǔ)鎖孔后，為保證根部強(qiáng)度，做點(diǎn)焊外露葉根處理，增大了葉根部位的應(yīng)力，需定期監(jiān)督檢查，而末級(jí)葉片葉根水平面無外露部分(如圖2)，根本無法采用表面波探測(cè)，必須研究一種更適用的探測(cè)方法。
　　
　　
　　圖1叉型葉根結(jié)構(gòu)及表面波檢測(cè)原理
　　
　　                                                                                                                              圖2橫波檢測(cè)原理圖
　　
　　
　　2橫波檢測(cè)的技術(shù)條件
　　2．1臺(tái)肩上橫波探測(cè)的可行性分析
　　如圖2所示，可以看出，采用臺(tái)肩部位橫波檢測(cè)，比較適宜。分析形成橫波入射的入射角由葉片肩部導(dǎo)角決定,經(jīng)實(shí)際測(cè)量次末級(jí)(24/29)葉片、末級(jí)(25/30)葉片導(dǎo)角分別為36°，31°，如圖3,即形成的折射角為54°，59°，包含在橫波形成的折射角38°～80°范圍內(nèi),由此確定入射角的K值分別是1.38，1.66，橫波探測(cè)角度比較適中。
　　                
　　                                                                               圖3葉片導(dǎo)角及橫波折射角度示意圖
　　2．2橫波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)
　　從葉根結(jié)構(gòu)上看,臺(tái)肩上放置探頭不受葉根水平面外露尺寸的限制,且探測(cè)面大,形成的橫波可以覆蓋整個(gè)叉齒,還可以防止表面波檢測(cè)齒部下面位置缺陷容易漏檢的缺點(diǎn),且由于入射的橫波角度適中,檢測(cè)對(duì)缺陷回波的干擾較小,檢測(cè)儀器容易調(diào)整,缺陷直觀,便于觀察判斷。
　　2．3存在的問題
　　從葉根的結(jié)構(gòu)看,根部的臺(tái)肩皆為凹型弧面,曲率為R37.5,探頭與探測(cè)面不能良好耦合,給檢測(cè)帶來不便。若將探頭修磨成凸型弧面,一是聲波難控制,二是探頭修磨大,易出現(xiàn)雜波,干擾裂紋波的識(shí)別,影響檢測(cè)效果。
　　2．4采取的措施
　　2．4．1探頭的選擇
　　為克服存在的問題，從探頭的選擇考慮，由入射角的計(jì)算可以看出，橫波檢測(cè)不需要制作專門的探頭,考慮探頭與探測(cè)面的耦合性,可以選晶片尺寸較小的探頭，如選晶片尺寸為6mm×8mm，或更小些,K值選1.8(略大于分析確定的K值)，盡量減少修磨尺寸,并可使探頭修磨成仰角,來增大耦合面。考慮到探頭有一定的擴(kuò)散角，兩種葉根導(dǎo)角相差不大，可用一種探頭對(duì)兩種葉根探測(cè)。因?yàn)槿~根長(zhǎng)度適中,頻率可選2.5～5MHz,探頭前沿可不予考慮。
　　2．4．2儀器、試塊的選擇
　　為提高缺陷檢出的準(zhǔn)確性,選用數(shù)字超聲波探傷儀(本文試驗(yàn)選用漢威HS510型超聲波探傷儀)，以便精確確定缺陷位置。試塊:CSK-ⅠA型、CSK-ⅢA型、同類型葉根試塊。
　　
　　3探傷工藝的確定
　　3．1探頭的磨制
　　選P5K1.8晶片尺寸6mm×8mm的探頭，磨仰角約呈10°，略有外凸弧度,利用CSK2ⅢA型試塊測(cè)定K值為1.4～1.6即可。
　　3．2掃描比例及靈敏度的調(diào)節(jié)
　　葉根試樣上，以上、下鉚孔波位置調(diào)節(jié)掃描比例，輸入橫波聲速3230m/s，按聲程實(shí)際數(shù)值為讀數(shù)，并根據(jù)葉根長(zhǎng)度選擇底波的適中位置(即確定探測(cè)范圍)。
　　探傷靈敏度,可以用下鉚孔部位人工加工2mm，深槽反射波80%高+2dB為掃查靈敏度,或底波80%高-20dB為掃查靈敏度。
　　3．3探測(cè)及判定
　　為達(dá)到良好的耦合效果,采用黃油耦合劑。掃測(cè)葉根整個(gè)導(dǎo)角面,左右或上下移動(dòng)探頭,會(huì)出現(xiàn)上鉚孔回波、底波和下鉚孔回波。左右均勻移動(dòng)探頭時(shí),波形均勻出現(xiàn),顯示器上波聲程讀數(shù)不變時(shí),為正常。波的位置、能量在移動(dòng)探頭時(shí)發(fā)生改變,或?qū)Φ撞ǖ母采w,或在鉚波后又出現(xiàn)回波,皆為異常情況,可以通過出現(xiàn)波的實(shí)測(cè)位置,波幅度大小來判定,≥6dB時(shí)判傷。
　　
　　4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
　　對(duì)2號(hào)機(jī)末級(jí)(25/30級(jí)),次末級(jí)(24/29級(jí))合計(jì)402片葉根進(jìn)行探測(cè),發(fā)現(xiàn)4片葉片根部有明顯缺陷回波信號(hào),主要特征為:缺陷波和鉚孔波并存(一般缺陷波緊隨鉚孔波后,為鉚孔處裂紋缺陷)。不在鉚孔處的裂紋也會(huì)出現(xiàn)缺陷位置的回波信號(hào),可通過波型位置識(shí)別(如圖4a,b)。還可以通過缺陷波幅大小的比較,定位測(cè)長(zhǎng),測(cè)量裂紋長(zhǎng)度。如圖4c,d所示,為葉根叉齒內(nèi)側(cè)3mm長(zhǎng)裂紋回波,缺陷波緊跟隨鉚孔波,波型明顯,很容易分辨判傷。4片葉根經(jīng)檢修人員拔出后,與探測(cè)結(jié)果對(duì)照,完全穩(wěn)合。
　　
　　5結(jié)論
　　叉形葉根橫波檢測(cè),可以克服表面波檢測(cè)范圍小、容易漏檢和誤判的缺點(diǎn),且缺陷波直觀、明顯,大大提高了葉根檢測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性。并有操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)效率高等優(yōu)點(diǎn),實(shí)踐證明是一種對(duì)叉型葉根裂紋檢測(cè)的理想工藝。
　　
　　參考文獻(xiàn):
　　[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測(cè)學(xué)會(huì).超聲波探傷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998。