汽輪機(jī)隔板靜葉相控陣檢測(cè)

1、汽輪機(jī)隔板靜葉的失效分析及超聲相控陣檢測(cè)某電廠汽輪機(jī)隔板靜葉斷裂概述及原因分析機(jī)組參數(shù)n 哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、間接空冷凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)額定功率為600mw，最大連續(xù)出力為640.5mw，型號(hào)為njk600-16.7/538/538-1型，主蒸汽溫度538，壓力16.67mpa，再熱蒸汽溫度538，壓力3.206mpa，其中高中壓缸為日本東芝公司生產(chǎn)，哈爾濱汽輪機(jī)廠組裝。 n 靜葉隔板通過(guò)下列方式進(jìn)行裝配。 靜葉插入到內(nèi)外側(cè)壁的孔中，通過(guò)角焊進(jìn)行固定。然后將靜葉與外環(huán)和內(nèi)環(huán)進(jìn)行焊接。 事故綜述n 某電廠#7、#8兩臺(tái)亞臨界600mw汽輪機(jī)，相繼發(fā)生

2、斷葉事故：中壓缸進(jìn)汽第一級(jí)隔板的靜葉片、轉(zhuǎn)子第一級(jí)動(dòng)葉片全部斷裂；第二、三級(jí)隔板的靜葉片和動(dòng)葉有不同程度損壞 。n#7機(jī)中壓第一級(jí)隔板的外環(huán)和內(nèi)環(huán) n靜葉片整體脫落，邊墻較完整，內(nèi)環(huán)側(cè)面存在明顯損傷 n磨損的第一級(jí)轉(zhuǎn)子及動(dòng)葉片葉根 n某個(gè)斷裂靜葉的正反面宏觀形貌 n靜葉片的正面表層有鍍層脫落，靜葉片在與外環(huán)和內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)焊的位置斷裂；葉片有被擊打的痕跡，內(nèi)環(huán)出汽側(cè)已被擊打磨掉一部分 斷口宏觀形貌分析靜葉片內(nèi)外環(huán)斷口宏觀形貌n 從斷面可以看出，周?chē)嬖谝蝗呛附?，焊道形貌完整。靜葉的進(jìn)汽側(cè)和出汽側(cè)存在局部焊接結(jié)構(gòu)，中間區(qū)域未進(jìn)行焊接；內(nèi)環(huán)和外環(huán)側(cè)斷口均呈脆性，斷口進(jìn)汽側(cè)焊接區(qū)域與未焊接區(qū)域表面有氧化

3、現(xiàn)象，出汽側(cè)斷面的氧化略顯輕微。斷面上進(jìn)汽側(cè)可見(jiàn)明顯的焊道，并在焊道之間形成臺(tái)階，層次清晰。出汽側(cè)斷口可見(jiàn)撕裂的痕跡，有被撞擊、磨擦變形現(xiàn)象，雖變形嚴(yán)重，其焊道痕跡仍可見(jiàn)；每個(gè)焊道中間有凹凸不平，呈液體流動(dòng)的流線(xiàn)狀。 n焊道中間波紋 化學(xué)成分分析化學(xué)成分分析 n根據(jù)日本東芝公司提供的葉片材質(zhì)為k9a62c，其元素含量對(duì)應(yīng)于我國(guó)的2cr11nimonbvn；本次試驗(yàn)在損壞的靜葉片基材及焊縫熔池上取樣，化學(xué)成分定量分析的結(jié)果基材與k9a62c符合；焊縫熔池碳含量較正常焊接材料偏高。 x 熒光光譜儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果 合金元素cr/%mo/%v/%mn/%ni/%cu/%其他合金元素/%隔板外環(huán)1.270

4、.920.230.70-0.09隔板內(nèi)環(huán)1.280.960.180.70-0.07外環(huán)圍帶12.84-0.030.370.67-內(nèi)環(huán)圍帶*3.62-0.030.820.01靜葉片10.510.780.170.400.310.03葉片鍍層71.20.1-0.623.9fe:4.1,ti:0.2外環(huán)焊接材料2.641.10-0.89-0.14內(nèi)環(huán)焊接材料2.621.020.030.740.020.12外圍帶表面鍍層38.79-0.7215.450.06金相試驗(yàn)金相試驗(yàn) n 在靜葉片的不同部位和截面分別取金相試樣進(jìn)行觀察，可看到：靜葉片的基體組織晶粒度嚴(yán)重不均勻，夾雜物很多；葉片背弧處有鍍層，鍍層與

5、機(jī)體結(jié)合欠牢固；葉片與邊墻角焊縫金相組織為粗大的板條狀回火馬氏體 n 在斷口縱斷面的金相試樣上可見(jiàn)：斷裂沿焊縫熔合線(xiàn)擴(kuò)展，只有極少數(shù)區(qū)域可見(jiàn)焊縫金屬；斷口和未焊區(qū)表面均有氧化皮，未焊接區(qū)域氧化皮較??；拋光試樣上可見(jiàn)在焊縫氧化皮下有一層類(lèi)似針狀相的條狀區(qū)域，此區(qū)域還可見(jiàn)小裂紋，能譜分析，該區(qū)顆粒狀物質(zhì)含cr、mn、o較高；未焊區(qū)氧化層下無(wú)此區(qū)域；這層區(qū)域應(yīng)是與焊接過(guò)程有關(guān)。 斷裂沿熔合線(xiàn) n氧化層下條狀區(qū)域 類(lèi)似針狀相的區(qū)域掃描電鏡及能譜分析掃描電鏡及能譜分析 n選擇外環(huán)側(cè)葉片斷口進(jìn)行掃描電鏡分析。n從電鏡試驗(yàn)的結(jié)果看斷裂是脆性的，呈現(xiàn)沿晶、穿晶斷裂特征，斷口存在較多的二次裂紋；斷口表面覆蓋著一

6、層氧化皮，表明該斷裂發(fā)生時(shí)間已較長(zhǎng)。 分析n 從動(dòng)葉根部損壞情況看，大面積的損環(huán)是內(nèi)環(huán)摩擦動(dòng)葉根造成的。此時(shí)，對(duì)動(dòng)葉根而言，內(nèi)環(huán)起到了摩擦剎車(chē)的作用；對(duì)內(nèi)環(huán)而言，動(dòng)葉帶他一起旋轉(zhuǎn)，起到了拉扯的作用。靜葉片受到由內(nèi)環(huán)傳來(lái)的撕扯力而脫落，進(jìn)而造成最終的大面積損壞。 n該級(jí)隔板外環(huán)是定位端，內(nèi)環(huán)是自由端，二者靠靜葉連接，所以在內(nèi)、外環(huán)間應(yīng)該沒(méi)有外力，造成隔板失穩(wěn)的只可能是內(nèi)應(yīng)力。而隔板為三種異種鋼相互焊接的組合體，其中靜葉與邊墻化學(xué)成分較為接近，其角焊縫焊材成分也與母材接近，相互結(jié)合較好；而靜葉與內(nèi)外環(huán)母材成分差異較大，對(duì)焊接工藝及控制要求較高，若控制不好，內(nèi)應(yīng)力是很大的；本次事故斷裂就發(fā)生在此區(qū)域

7、。n 對(duì)靜葉的斷裂原因分析表明，靜葉片在與外環(huán)和內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)焊的位置斷裂；斷口呈脆性，裂紋沿焊縫熔合線(xiàn)擴(kuò)展。開(kāi)裂區(qū)域表面氧化嚴(yán)重，表明已開(kāi)裂較長(zhǎng)時(shí)間，系焊縫早期開(kāi)裂，逐漸擴(kuò)展所致。未焊接區(qū)域的氧化皮較焊縫處開(kāi)裂的氧化皮薄，這是由于葉片材料含cr量遠(yuǎn)高于焊縫金屬，其抗氧行化性能優(yōu)于后者。 結(jié)論n該中壓缸葉片大量斷裂是由于第一級(jí)靜葉與隔板的結(jié)構(gòu)焊焊縫處出現(xiàn)微裂紋，裂紋緩慢擴(kuò)展、靜葉片脫落，使隔板失穩(wěn)；隔板內(nèi)環(huán)向出氣側(cè)位移，與第一級(jí)動(dòng)葉葉根發(fā)生摩擦，把第一級(jí)動(dòng)葉片全部損壞脫落；波及其他級(jí)動(dòng)靜葉片的損壞。附：東芝對(duì)隔板的應(yīng)力解析n各設(shè)備的中壓初級(jí)噴嘴板形狀比較 n噴嘴板應(yīng)力比的比較（東芝的設(shè)計(jì)工具計(jì)算結(jié)果

8、） 超聲相控陣檢測(cè)綜述n運(yùn)城電廠#1、#2機(jī)組汽輪機(jī)與陽(yáng)城電廠#7、#8機(jī)組汽輪機(jī)參數(shù)一樣，高中壓缸同樣為日本東芝公司生產(chǎn)，哈爾濱汽輪機(jī)廠組裝。由于陽(yáng)城電廠發(fā)生中壓靜葉斷裂事故，運(yùn)城電廠在#2機(jī)組c修 和#1機(jī)組a修期間對(duì)中壓隔板進(jìn)行了委托檢驗(yàn)。下面所述為#1機(jī)的檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)儀器及參數(shù)n采用的設(shè)備為isonic 2009 upa scope相控陣檢測(cè)儀、32晶片相控陣探頭和36斜楔塊。將探頭放置在葉身進(jìn)汽側(cè)靠近圍帶（邊墻）的內(nèi)外弧部位使用扇形掃查進(jìn)行檢測(cè)?；A(chǔ)參數(shù)基礎(chǔ)參數(shù): :增益=58 db抑制=0%聲速=3230 m/s激發(fā)參數(shù)激發(fā)參數(shù): :激發(fā)模式=單晶重復(fù)頻率=1000 hz脈沖寬度

9、=100 ns激發(fā)等級(jí)=12激發(fā)設(shè)置激發(fā)設(shè)置: :開(kāi)始=1激發(fā)晶片數(shù)=32聚焦深度=30 mm接收設(shè)置接收設(shè)置: :開(kāi)始=1激發(fā)晶片數(shù)=32聚焦深度=30 mm檢測(cè)參數(shù)檢測(cè)參數(shù): :最小角度=30.0 最大角度=80.0 角度步進(jìn)=0.5 檢測(cè)位置及對(duì)比示意圖n觀察靜葉斷裂面，可見(jiàn)進(jìn)汽側(cè)有明顯的焊道，并在焊道之間形成臺(tái)階，層次清晰。由于斷裂面并非光滑平面，可利用相控陣對(duì)其進(jìn)行扇掃，通過(guò)斷裂面的回波圖像與陽(yáng)城斷裂葉片的圖像進(jìn)行對(duì)比來(lái)判定缺陷。進(jìn)汽側(cè)焊接區(qū)如上圖所示，將探頭放置在葉身進(jìn)汽側(cè)靠近圍帶（邊墻）的內(nèi)弧部位使用扇形掃查進(jìn)行檢測(cè)，如果圖示焊接區(qū)無(wú)缺陷，則無(wú)回波；當(dāng)該區(qū)存在缺陷（如上圖中所示斷

10、裂面），就會(huì)形成回波，扇形掃查圖像上會(huì)顯示該斷裂面的回波圖像。n上圖為掃查電廠斷裂葉片進(jìn)氣側(cè)焊接斷裂區(qū)時(shí)，相應(yīng)的相控陣扇型掃查圖像。斷裂面掃查區(qū)域及回波圖像掃 查 扇 形 示意圖現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)照片運(yùn)城#1機(jī)中壓靜葉相控陣檢測(cè)結(jié)果編號(hào)說(shuō)明：上隔板葉片編號(hào)從右往左，下隔板葉片編號(hào)從左往右 隔板名稱(chēng)隔板名稱(chēng)葉片數(shù)量葉片數(shù)量缺陷葉片數(shù)量缺陷葉片數(shù)量相控陣檢測(cè)結(jié)果相控陣檢測(cè)結(jié)果中壓一級(jí)上231413內(nèi)、外環(huán)側(cè)均存在明顯回波信號(hào)；1、2、3、5、9、11、14、15、19、21、22、23外環(huán)側(cè)存在明顯回波信號(hào)；10內(nèi)環(huán)側(cè)存在明顯回波信號(hào)。其中1和23回波反射面較大。中壓一級(jí)下23181、18、23內(nèi)、外環(huán)側(cè)均

11、存在明顯回波信號(hào)；2、3、4、5、6、7、8、11、12、14、16、20、21、22外環(huán)側(cè)存在明顯回波信號(hào)；17內(nèi)環(huán)側(cè)存在明顯回波信號(hào)。其中1、22、23外環(huán)側(cè)回波反射面較大。中壓二級(jí)上2323123外環(huán)側(cè)存在明顯回波信號(hào)。其中7、10、11、12、13回波反射面較大。中壓二級(jí)下2371、3、5、12、14、19、21外環(huán)側(cè)存在回波信號(hào)。隔板名稱(chēng)隔板名稱(chēng)葉片數(shù)葉片數(shù)量量缺陷葉片缺陷葉片數(shù)量數(shù)量相控陣檢測(cè)結(jié)果相控陣檢測(cè)結(jié)果中壓三級(jí)上230/中壓三級(jí)下231023內(nèi)、外環(huán)側(cè)均存在回波信號(hào)；4、5、6、8、10、11、14、21、22外環(huán)側(cè)存在回波信號(hào)。中壓四級(jí)上280/中壓四級(jí)下280/中壓五級(jí)

12、上2851、2、19、20、25外環(huán)側(cè)存在回波信號(hào)。中壓五級(jí)下2859、10、12、18、24外環(huán)側(cè)存在回波信號(hào)。中壓六級(jí)上2821、2外環(huán)側(cè)存在回波信號(hào)。中壓六級(jí)下280/部分相控陣檢測(cè)扇掃圖 陽(yáng)城中壓一級(jí)靜葉斷裂面檢測(cè)信號(hào) 運(yùn)城中壓一級(jí)上#20葉片（無(wú)缺陷）中壓中壓1級(jí)隔板上級(jí)隔板上 #1 #23 #2 #3中壓中壓1級(jí)隔板上級(jí)隔板上 #9 #14 #22 #10中壓中壓1級(jí)隔板下級(jí)隔板下 #1（外環(huán)側(cè)） #1（內(nèi)環(huán)側(cè)） #23（外環(huán)側(cè)） #23（內(nèi)環(huán)側(cè)）中壓中壓1級(jí)隔板下級(jí)隔板下 #22 #2 #5 #17中壓中壓2級(jí)隔板上級(jí)隔板上 #1 #2 #10 #11中壓中壓2級(jí)隔板上級(jí)隔板上 #12 #13中壓中壓2級(jí)隔板下級(jí)隔板下 #1 #21中壓中壓3級(jí)隔板下級(jí)隔板下 #21 #22 #23（外環(huán)側(cè)） #23（內(nèi)環(huán)側(cè)）中壓中壓5級(jí)隔板上級(jí)隔板上 #1 #25中壓中壓5級(jí)隔板下級(jí)隔板下 #10 #24中壓中壓6級(jí)隔板上級(jí)隔板上 #1 #2中壓一級(jí)隔板變形量測(cè)量結(jié)果說(shuō)明n#1機(jī)中壓第一級(jí)隔板變形量較大的點(diǎn)均集中于水平中分面上下，與相控陣檢測(cè)結(jié)果相符。n#2機(jī)中壓第一級(jí)隔板變形量較大的點(diǎn)亦均集中于水平中分面上下，相控陣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)