汽輪機(jī)葉輪軸向和軸向應(yīng)力檢測及徑向裂紋檢測方法

車輪葉片是火電工程的一個(gè)大型高速旋轉(zhuǎn)元件，將旋轉(zhuǎn)力傳遞給軸，并在運(yùn)行中承受巨大的向和向壓力。軸向r圓角是最大的，尤其是近葉葉片。葉片長，蒸汽濕度高，溫度低（80120c），氫脆效應(yīng)的腐蝕非?；钴S。當(dāng)建湖周圍的金加工粗糙時(shí)，內(nèi)孔和軸的配合量過大，水質(zhì)差。一般來說，是從產(chǎn)生點(diǎn)的裸露孔中引起的，通常是從此處引起的。裂紋是一種危險(xiǎn)性的缺陷,它的存在和擴(kuò)展將直接威脅著發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)行.因此運(yùn)用有效的檢測手段,探索簡捷的探傷方法,得以準(zhǔn)確地對(duì)缺陷定量和及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患,為運(yùn)行作出安全評(píng)價(jià)提供分析依據(jù)至關(guān)重要.1測試準(zhǔn)備1.1試驗(yàn)塊的制作試驗(yàn)的試塊是按5×104kW機(jī)組汽機(jī)葉輪鍵槽尺寸加工,鍵槽尺寸為R5、50mm×13mm,模擬裂紋各為0.5,1.0,1.5和2.0mm計(jì)2塊.所有裂紋在鍵槽頂面與R圓角相接并和鍵槽中心線成21°夾角走向的單側(cè)部位.本次試驗(yàn)的目的是要探索超聲波波束在R圓角上最大反射波幅與相應(yīng)裂紋上的最大反射波幅之間的數(shù)量關(guān)系,并能建立起相應(yīng)數(shù)學(xué)模式,以得出一套準(zhǔn)確簡捷的超聲探傷方法.因此對(duì)試塊的加工質(zhì)量要求很高,為了達(dá)到理想狀態(tài),提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確和可信程度,我們嚴(yán)格規(guī)范了鍵槽尺寸、R圓切角、先切割模擬裂紋深度和走向角,并在二鍵槽的外側(cè)各鉆出與R圓角同聲程和鍵槽中心線成27的?3、?10mm的橫通孔,用以實(shí)測探頭在葉輪工件上實(shí)際折射角的大小及比較聲程,實(shí)際情況如圖1所示.1.2葉輪鍵槽尺寸.1)最小橫波折射角的確定.葉輪鍵槽徑向裂紋的探測是利用超聲橫波在葉輪鍵槽輪殼肩部掃查得以尋獲,為了使斜探頭能掃查到鍵槽頂部的裂紋,探頭的折射角至少應(yīng)滿足:β0≤sin-1((Rg-B+d)/Rg),(1)式中Rg為輪殼肩部半徑;B為輪殼肩部厚度;d為鍵槽深度.5×104kW模擬葉輪鍵槽尺寸如圖2.把Rg=350mm;B=135mm;d=13mm.代入式(1)得β0≤sin-1((350-135+13)/350)≤40.7°.(2)2)最佳橫波折射角的確定.利用可變角斜探頭,先將其底部研磨成與葉輪試塊曲面相同,然后逐次定位在各個(gè)折射角度上,用同一靈敏度對(duì)葉輪鍵槽的R圓角和深為1mm的線切割槽模擬裂紋進(jìn)行掃查,記錄下各自在最大回波幅值時(shí)的dB值,比較選出靈敏度高和鍵槽R圓角與模擬裂紋波幅差值(J-F)最大的折射角探頭.對(duì)5×104kW機(jī)組末級(jí)模擬葉輪測試所得為例,斜探頭的最佳折射角為35.8°.取35.8°≈36°,測試匯總見表1.3)儀器的選擇.按照葉輪鍵槽裂紋探傷的實(shí)際情況,被探測的缺陷小,聲程長,探測面為曲面.所以一般選用檢測范圍大,水平、垂直線性好,定位定量直接精確并能進(jìn)行曲面修正自動(dòng)計(jì)算出弧長和深度的數(shù)字式超聲波探傷儀.2檢測核心設(shè)備的選擇根據(jù)發(fā)電廠機(jī)組大修不作解體的事實(shí),探測工作只能在狹小的輪殼肩部進(jìn)行.按常規(guī)先用指向性好的?14mm、5MHz的縱波直探頭探測找出鍵槽中心所在,確定鍵槽位置,劃出橫波檢測范圍,接著對(duì)同一規(guī)格的探頭(2.5MHz,9mm×9mm,36°折射角)進(jìn)行處理和測試.處理是將探頭底面在葉輪試塊的肩部用砂紙研磨,使其與圓弧面吻合,有利于工作時(shí)的良好耦合;測試主要是測定實(shí)際折射角的大小,便于探出缺陷時(shí)能準(zhǔn)確的定位、定量,測試還要把被挑選的探頭一些相關(guān)數(shù)據(jù)測出來,整理后繪(J-F)曲線,這樣可把靈敏度高,分辨力強(qiáng),特別是以清晰區(qū)分R圓角與下端角的反射回波及(J-F)dB差大的探頭挑選出來,以付諸于探傷實(shí)踐中應(yīng)用.圖3、圖4、圖5為有關(guān)探頭(J-F)曲線.2.1實(shí)際折射角的測定1)聲程調(diào)整.在CSK-1A標(biāo)準(zhǔn)試塊上,調(diào)節(jié)聲速和始波偏移,就可以數(shù)字式超聲波探傷儀上直接讀出被檢測對(duì)象的聲程.2)曲面探傷實(shí)際折射角的測定.斜探頭的折射角是在平面試塊測得,而在曲面工件上探測,入射角要發(fā)生變化,導(dǎo)致折射情況的改變,因此須對(duì)折射角在工件或模擬試塊上重新測定,否則將影響缺陷被檢出后的準(zhǔn)確定位.按所使用的探頭在試塊上規(guī)定位置所鉆出的橫通孔、鍵槽R圓角及頂面的模擬裂紋線切割槽深上所測得最大反射波幅時(shí)的聲程Sx和已知的幾何參數(shù),通過余弦定理可求出實(shí)際折射角的大小,公式如下β=cos-1(Sx+Rg-Rn)/(2Sx×Rg),(3)式中Sx為探頭發(fā)射中心至鍵槽R圓角或橫通孔圓心或模擬裂紋處的距離;Rg為葉輪輪殼肩部半徑;Rn為鍵槽R圓角或橫通孔中心或模擬裂紋處至葉輪圓心的距離.2.2試驗(yàn)塊鍵槽圓角的直徑統(tǒng)計(jì)理論計(jì)算.以鍵槽R5圓角相當(dāng)于直徑?10mm及長為Lf通孔與同聲程處0.5mm模擬裂紋線切割槽深的波幅差值△dB,作為橫波探傷理論計(jì)算的探測靈敏度,其公式為△dB=20logPWPΦ=Fs×Wf[2λ3(S+L2)3]1/2?cos?cosα/Fs×Lf2(S+L2)2(λ3/Φ)1/2?cosβcosα=20logWfLf+10log2(S+L2)Φ?△dB=20logΡWΡΦ=Fs×Wf[2λ3(S+L2)3]1/2?cos?cosα/Fs×Lf2(S+L2)2(λ3/Φ)1/2?cosβcosα=20logWfLf+10log2(S+L2)Φ?式中Wf為模擬裂紋深度;Lf為橫通孔長度;Φ為橫通孔直徑,即模擬試塊鍵槽圓角的直徑;S為橫波射入鍵槽圓角最大幅值時(shí)的聲程值;L2為虛構(gòu)源軸線在透聲楔內(nèi)的橫波波長按10mm計(jì).3缺陷的角度檢驗(yàn)1)在葉輪鍵槽頂面上誘發(fā)的裂紋起初很微小,但它一般與頂面法線成21°角延伸,是一種處于類似端角反射的位向,選用合適入射到該缺陷的角度,即試驗(yàn)挑選出各個(gè)不同千瓦容量葉輪鍵槽橫波折射的最佳角度,將有利于微小危險(xiǎn)性缺陷的檢出.2)通過相同規(guī)格