发电机护环超声探伤MicrosoftWord文档

发电机护环超声波探伤分析张宏芹（河北热电有限责任公司，河北石家庄050041）摘要：文章根据发电机护环的应力特点和由此导致的缺陷特征对超声波探伤的参数进行了选择，并对典型缺陷波形进行了分析，指出了发电机护环超声波探伤时应注意的事项。关键词：发电机；护环；分析；超声检验；缺陷1概述发电机护环是电厂重要部件，其主要作用是在转子端部固定线圈。由于发电机转子转速高，离心力大，护环本身所受的应力很大。护环上一般都有通风孔，保证线圈不超温，其结构如图1所示，C、E处为变截面倒角处，同时承受较大的轴向和周向应力，易形成应力腐蚀裂纹；由于表面应力、腐蚀及疲劳等原因有时也会造成龟裂；护环内壁会由于电灼伤而产生微裂纹。一般微裂纹与护环内壁垂直，如果这些微裂纹沿径向扩展，就会造成护环的断裂，造成机毁人亡等重大事故。所以，发电机护环探伤对机组的安全运行非常重要。由于超声波对面积型缺陷特别是裂纹这类面积型缺陷比较敏感，因此，护环探伤一般选用超声波探伤。2超声波探伤参数选择根据护环结构及缺陷出现位置的特点，一般选用单斜探头直接接触法探伤，必要时辅以纵波直探头探伤。2．1频率选择超声波探伤频率愈高，其衰减愈大，穿透力愈低。护环材质一般为奥氏体钢，晶粒较粗大，探头频率选用越高，则其衰减也越大。频率过高，则会引起严重衰减，示波屏上易出现晶界引起的林状回波，信噪比下降，缺陷波和杂波很难区分，容易引起误判。所以一般选用较低的频率。若晶粒度在2级及以上时，采用2MHz为宜；晶粒度为0～1级时，采用1MHz或1．25MHz为宜。2．2探头晶片尺寸选择探头晶片尺寸大时，发射能量大，扩散角小，扫查空间大，近场长度长，发现远距离缺陷的能力高。大晶片尺寸探头信噪比优于小晶片尺寸探头。但尺寸增加，近场长度迅速增加，对探伤不利，所以探头晶片尺寸也不能过大。综合考虑，护环需探伤的面积也大，为提高探伤效率，有效发现远距离缺陷，宜选用较大晶片尺寸的探头。2．3探头K值选择在横波探伤中，探头的K值对探伤灵敏度、声束轴线的方向、一次波的声程有较大影响。对于缺陷的定位和定量，选择探头的原则是：声束应尽可能地狭窄，声束相对裂纹的角度在35°～57°之间反射系数最高，如图2所示。当工件厚度较大时宜选用较小的K值，以减少声程过大引起的衰减，便于发现较深处的缺陷，同时保证主声束能扫查到整个护环截面。综合以上分析，K值一般选用在0．76～0．8为宜。2．4探伤灵敏度探伤灵敏度是发现最小缺陷的参数，参照华北电力联合公司颁发的《金属技术监督导则》，发电机护环的探伤灵敏度为：细晶钢：ø1×6孔－10dB；粗晶纲：ø1×6孔－10dB，且晶界回波＜20％屏高。材质不同时，声速也不一样，不同材质对超声波的衰减也是不同的。用试块调整灵敏度时，需进行适当的修正，在现场探伤中还要考虑到探伤灵敏度余量的要求。3波形分析一般对护环采用周向和轴向双向探伤，保证扫查到整个护环。3．1轴向探伤护环在运行过程中承受很大的复杂应力，在倒角处应力会更大，C、E处为变截面倒角处，易产生腐蚀和微裂纹，是重点检查部位。探头从H—A方向探伤，若无缺陷，依次出现F、E、D和C点的反射波、A点的二次反射波、B点的反射波。若从A—H方向探测，则先出现H点的二次反射波，再出现G点的反射波。探头从H—A方向移动，经过1—2—3位置时，波形变化特点：主声束先探到变截面倒角处，主声束边缘达到裂纹，倒角处反射波幅高，裂纹反射波幅低，此时倒角处反射波反射声程小于裂纹波声程。探头继续前移，主声束探到裂纹，主声束边缘探到倒角，裂纹反射波幅高，倒角反射波幅低，此时倒角处反射波反射声程大于裂纹声程。探头在1—2—3移动过程中，倒角处的反射波幅和裂纹的反射波幅有一个交替升高又降低的过程。整个过程波形变化见图3。可让探头从A—H方向移动，若无裂纹，应该只有G、H点的反射；如果C、E处有反射，应引起重视，同时也作为裂纹存在的印证。由于Ⅰ、Ⅲ段长度较短，在A—H方向移动过程中，Ⅲ段较短时C处裂纹可能扫查不到；在H—A方向移动过程中，Ⅰ段较短时F处有时扫查不到。3．2周向探伤声波从上表面倾斜进入护环、往复折转，经护环上下表面反射形成“W”形路径。如果声束在前进中没有遇到任何障碍，声波不会反射回来，荧光屏上除始波外，无其它波形。如果在中途遇到缺陷，部分声波返回探头，荧光屏上显示出缺陷波。若无缺陷，周向探测除始波外，无底波。若有缺陷，对缺陷的深度定位应加以注意。如图4所示，若按轴向缺陷定位，则深度水平分别为d、l，实际曲面周向探测中需由H、L来定位。式中H———外圆周向探测护环时缺陷的深度；L———外圆周向探测护环时缺陷距探头的弧长；β———探头折射角；r、R———护环内、外半径。3．3单个缺陷与龟裂单个缺陷与龟裂不同，龟裂形成的反射波幅较低，利用K0．8探头检测深1mm的单个缺陷与同深度的龟裂相差14dB之多，应引起警惕。3．4电灼伤电灼伤属于局域内缺陷，在局部区域内有反射。另外，当反射信号深度小于（R－r），应引起重视，需进行信号分析。除C、E外，其它部位出现异常波形，也应仔细分析。由于护环上有较多通风孔，且分布很广，探伤时亦需加以区分，可将深度与探头水平距离结合加以判断。一般护环外侧即厚度较大一侧有几个紧固点，会有压痕反射波出现，但在整个圆周方向距离间隔分布均匀，只要注意区分，也能识别出来。4结论总之，在对护环探伤时，要根据护环结构、材质等选择适宜的探伤参数，同时注意由于结构特点出现的反射波，对变截面倒角处、紧力面处的反射波波形仔细分析，对异常波形加以判断，必要时可将护环拆下做进一步检查。参考文献［1］李克明，刘德荣，张志永，等．超声波探伤［M］．北京：水利电力出版社，1985．［2］胡天明，李家鳌，潘荣宝等．超声波探伤［M］．北京：劳动部中国锅炉压力容器安全杂志社，1995．河北电力技术