螺栓超聲探傷工藝

1、螺栓超聲探傷新工藝應(yīng)用1引言進(jìn)入80年代以來(lái)，我國(guó)單機(jī)容量300MW氣輪機(jī)組越來(lái)越多，機(jī)組的安全性、可靠性、穩(wěn)定性就顯得越來(lái)越重要。為了保證大機(jī)組高溫螺栓的安全運(yùn)行，把好機(jī)組檢修中的高溫螺栓監(jiān)督質(zhì)量的檢驗(yàn)關(guān)，電力系統(tǒng)多年來(lái)一致采用傳統(tǒng)方法檢測(cè)大機(jī)組高溫螺栓，工藝上存在很大的弊病和不足，其主要原因是螺栓結(jié)構(gòu)型式雜亂，難以采用簡(jiǎn)單的分類方法規(guī)范化，對(duì)螺栓探傷的認(rèn)識(shí)和重視不夠，認(rèn)為螺栓探傷很簡(jiǎn)單，不重視基礎(chǔ)試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)螺栓探傷也沒有導(dǎo)則可依。90年代以來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)螺栓超聲檢測(cè)技術(shù)做了許多研究工作，取得了一些成果，但均未達(dá)到工程應(yīng)用的程度。到90年代末，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位進(jìn)行了螺栓超聲檢測(cè)的研究，研究工作系統(tǒng)、完

2、整，能在工程檢測(cè)中廣泛采用。此次在大壩電廠#2機(jī)組大修中首次采用螺栓探傷的新技術(shù)，目的就是使此項(xiàng)技術(shù)能夠達(dá)到工程檢測(cè)應(yīng)用的要求，以解決長(zhǎng)期困擾傳統(tǒng)螺栓探傷工藝的難題。2探傷儀和探頭2.1探傷儀采用A型脈沖反射式漢威數(shù)字WHS500型超聲波探傷儀。如圖1所示圖1所示漢威數(shù)字WHS500型超聲波探傷儀2.1.2儀器和探頭的組合靈敏度，在所探螺栓最大聲程處，有效靈敏度余量；縱波斜探頭三10db;橫波斜探頭210db.2.2探頭2.2.1 本方法采用小角度縱波斜探頭與橫波斜探頭.兩種探頭均按照大壩電廠#2機(jī)組螺栓規(guī)格按照設(shè)計(jì)要求在生產(chǎn)廠家制造，選用鈦酸鉛（PT）做晶片材料如圖2所示。2.2.2 本方法

3、使用小角度縱波斜探頭與橫波斜探頭其聲束水平偏離角的要求:將探頭置于標(biāo)準(zhǔn)試塊上探測(cè)棱邊，反射波最大時(shí)，探頭中心與被測(cè)棱邊的夾角應(yīng)在90±2°范圍內(nèi)，且主聲束在垂直方向,不應(yīng)有明顯的雙峰或多峰。圖2所示特制的小角度縱波斜探頭與橫波斜探頭3試塊3.1試塊的形狀和尺寸見圖3和圖4,圖3為螺栓探傷的專用試塊（LS-1）,圖4為螺栓探傷的便攜式專用試塊（LS-2）。耐i圖3為螺栓探傷的專用試塊(LS-1)圖4為螺栓探傷的便攜式專用試塊(LS-2)圖5為螺栓探傷特制的Bl=8.5?？v波斜探頭3.2 LS-1螺栓探傷的專用試塊，主要用于探傷儀及探頭性能的測(cè)定，并根據(jù)螺栓規(guī)格在試塊上調(diào)整掃描

4、速度和校準(zhǔn)探傷的靈敏度。3.3 LS-2螺栓探傷便攜式專用試塊，主要用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定探頭參數(shù)，調(diào)整掃描速度和校準(zhǔn)探傷的靈敏度，或進(jìn)行靈敏度跟蹤。4探傷前的準(zhǔn)備4.1探傷前必須了解被探螺栓的名稱、規(guī)格、材質(zhì)及螺栓的結(jié)構(gòu)型試見下表1及圖5螺栓的名稱、規(guī)格.21丨Jbl©柔性無(wú)中心孔(D)柔性無(wú)中心孔圖5螺栓的名稱、規(guī)格4.2探傷前應(yīng)清除被探螺栓在探頭移動(dòng)范圍內(nèi)的銹蝕、氧化物。耦合劑應(yīng)具有良好的濕潤(rùn)能力和透聲性能。4.3探頭的選擇：縱波斜探頭：按照設(shè)計(jì)要求f=5MHz,晶片尺寸7X12mm,9X12mm,13X13mm,折射角B=8.5°在制造廠家定做。L其中晶片尺寸7X12mm,適

5、用于WM56的螺栓晶片尺寸9X12mm,適用于M56-M64的螺栓晶片尺寸13X13mm,適用于三M76的螺栓橫波斜探頭：f=5MHz，晶片尺寸8X12mm,K=1.5-2.0?？v波斜探頭適用于：無(wú)中心孔鋼性螺栓，無(wú)中心孔柔性螺栓本側(cè)。橫波斜探頭適用于：M56以上的柔性有中心孔螺栓對(duì)側(cè)探傷.圖6縱波斜探頭探傷螺栓波形圖表1大壩電廠#2機(jī)組汽輪機(jī)高壓螺，栓名稱螺栓規(guī)格螺栓材質(zhì)數(shù)量螺栓形式冋壓外缸.M110X4X147020Cr1Mo1VTiNbB32有中心孔柔性螺栓M110x4xl27020Cr1Mo1VTiNbB12有中心孔柔性螺栓M130x4x73020Cr1Mo1VTiNbB-514有中心

6、孔柔性螺栓咼壓內(nèi)缸M110X4X59020Cr1Mo1VTiNbB-54有中心孔柔性螺栓中壓外缸.M85X4X76525Cr2MoVA-530有中心孔柔性螺栓中壓內(nèi)缸.M85X4X47520Cr1Mo1VTiNbB-516有中心孔柔性螺栓M64X4X43020Cr1Mo1VTiNbB-52有中心孔柔性螺栓M64X4X57020Cr1Mo1VTiNbB-52有中心孔柔性螺栓高壓主汽門.M76X4X49525Cr2Mo1V32有中心孔柔性螺栓高壓調(diào)速汽門.M42X4X17220CrMoVTiNbB80無(wú)中心孔剛性螺栓高壓導(dǎo)汽管.M64X4X48020Cr2Mo1V32有中心孔柔性螺栓高導(dǎo)栽絲M56

7、X4X32020Cr2Mo1V32有中心孔柔性螺栓中壓聯(lián)合汽門栽絲M56X4X27020Cr1Mo1VTiNbB-572有中心孔柔性螺栓中導(dǎo)閥蘭.M42X4X24020Cr2Mo1V32無(wú)中心孔剛性螺栓中壓導(dǎo)汽管栽絲M56X4X340#4532有中心孔柔性螺栓中壓汽缸.M72X4X350#4512有中心孔柔性螺栓M64X4X285#4518有中心孔柔性螺栓M64X4X410#4518有中心孔柔性螺栓5探傷工藝5.1探頭參數(shù)的測(cè)定5.1.1探頭前沿長(zhǎng)度的測(cè)定探頭置于LS-1試塊上R50和R100圓心位置I,見圖3,探頭前后移動(dòng)，當(dāng)試塊上R50和R100圓弧反射波達(dá)到最強(qiáng)點(diǎn)時(shí),則圓弧上圓心對(duì)應(yīng)的探

8、頭位置即為探頭的入射點(diǎn),此時(shí)所測(cè)量的前沿L.即為探頭的前沿長(zhǎng)度.5.1.2探頭折射角的測(cè)定5.1.2.1利用LS-1試塊上深度為40mm的巾1孔測(cè)定探頭折射角B。L5.1.2.2以試塊上深度為40mm的巾1孔測(cè)定探頭折射角B其方法如下：Ls將探頭置于LS-1試塊上位置II、III見圖3,仔細(xì)移動(dòng)探頭前后，使深度為40mm的巾1孔測(cè)定反射波達(dá)到最強(qiáng)點(diǎn)時(shí)，測(cè)量的前沿至試塊端面的距離L.折射角B按照下式計(jì)算；LsBl=tgk=tg(L+L-80)/40K=(L+L-80)/405.2掃描速度的調(diào)節(jié)利用LS-1試塊上深度為40mm和80mm的兩個(gè)巾1孑L,按深度進(jìn)行掃描速度的調(diào)節(jié)，掃描比例可根據(jù)螺栓規(guī)

9、格和探傷需要來(lái)選擇1：1、1：2、1；4等。調(diào)節(jié)方法：先將探頭置于深度為40mm的巾1孔，使其反射波達(dá)到最強(qiáng)點(diǎn)時(shí)，用水平測(cè)定探頭折射角Bl5.3探傷靈敏度的確定5.3.1縱波斜入射探傷靈敏度表2螺栓規(guī)格螺栓型式探傷位置探傷靈敏度缺陷檢出能力(mm)判傷界限裂紋比絲扣波強(qiáng)(dB)三M42無(wú)中心孔鋼性螺栓對(duì)側(cè)巾16dB1.0巾1-6dB三6三M42無(wú)中心孔柔性螺栓本側(cè)對(duì)側(cè)巾1-6dB巾1-14dB1.0巾1-6dB巾1-6dB三6三M56有中心孔柔性螺栓本側(cè)巾1-6dB1.0巾1-6dB三6堂扣波被遮描情況圖7橫波探傷圖8橫波探傷螺紋絲扣波形5.3.2橫波探傷靈敏度采用橫波探傷一般以探傷部位的絲扣

10、來(lái)調(diào)整探傷靈敏度,可將最強(qiáng)絲扣波調(diào)到6格高。當(dāng)螺栓出現(xiàn)裂紋時(shí)，其后面緊鄰的第一個(gè)絲扣波將裂紋遮擋，裂紋較大時(shí)，第二、第三的絲扣波也將被裂紋遮擋，根據(jù)裂紋波與裂紋后第一個(gè)絲扣波的信號(hào)比三6dB來(lái)判斷，該方法能發(fā)現(xiàn)三1mm的裂紋。5.4探頭位置及探頭移動(dòng)范圍兩端平面無(wú)中心孔鋼性螺栓采用縱波斜入射探頭掃查對(duì)稱側(cè)裂紋。無(wú)中心孔柔性螺栓，采用縱波斜入射探頭由平頭側(cè)可一次掃查對(duì)稱側(cè)與本側(cè)裂紋。否則采用橫波斜入射探頭掃查對(duì)稱側(cè)。掃查時(shí)，探頭移動(dòng)速度不大于15mm/s,橫波斜入射探頭沿螺栓光桿外圓周移動(dòng)時(shí)，探頭始終與螺栓軸向平行。6傳統(tǒng)檢測(cè)方法與新工藝方法比較6.1傳統(tǒng)檢測(cè)方法縱波直探頭掃描：一般采用5P02

11、O,巾14,巾10參照螺栓底波或人工槽、齒波進(jìn)行探傷靈敏度調(diào)整。6.1.1較小螺栓端面能放置較大直徑的探頭，使晶片外露，聲速指向性變壞，一定程度上限制了縱波探傷的檢測(cè)范圍，使M48-M56有中心孔螺栓無(wú)法自端面檢查。6.1.2. 縱波接受的來(lái)自螺栓內(nèi)壁及外側(cè)齒根，使裂紋波聲程基本相同，從波形上無(wú)法區(qū)分裂紋的位置。6.1.3. 波束發(fā)散，雜波及變形波充斥屏面，對(duì)較小裂紋而言，信噪比低，分辨能力差。6.1.4無(wú)法測(cè)定裂紋指示長(zhǎng)度。6.1.5.實(shí)測(cè)模擬裂紋聲壓比小角度縱波斜入射探頭靈敏度低4-6dB.6.2橫波探頭掃查把發(fā)現(xiàn)裂紋訊號(hào)作為唯一的判傷依據(jù),實(shí)際上不能發(fā)現(xiàn)較小裂紋反射波。判傷僅能定性判斷裂

12、紋有無(wú)，基本上無(wú)法定量。6.3 新工藝方法縱波斜探頭掃查:采用5P,晶片尺寸：7X12,9X12,13X13,B廣8.5°6.3.1對(duì)探頭擱置面積要求比縱波探頭低，三M32以上所有螺栓均可由端面檢查.6.3.2小角度縱波具有方向性，能根據(jù)方向直接定出裂紋的位置。6.3.3能迅速地測(cè)定裂紋的指示長(zhǎng)度。.波束集中，指向性好。發(fā)現(xiàn)較小裂紋的能力強(qiáng)，信噪比高，分辨率較好，比縱波探頭信噪聲比高4-6db6.3.4橫波探頭掃查：以螺栓齒波為調(diào)整依據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑訊號(hào)時(shí)，根據(jù)可疑訊號(hào)對(duì)后齒波的遮攔程度以及指示長(zhǎng)度值，判斷是否為裂紋以及裂紋的深度。7工程檢測(cè)實(shí)踐應(yīng)用2001年6月，應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)對(duì)大壩電

13、廠#2機(jī)組大修中汽輪機(jī)組近368個(gè)規(guī)格不同的螺栓進(jìn)行了超聲波檢驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)中壓內(nèi)缸有1根M85X4X475.有裂紋信號(hào)；高壓調(diào)速門有4根M85X4X475.有裂紋信號(hào)；高壓主汽門有10根M76X4X495有裂紋信號(hào)；后經(jīng)表面著色探傷本次檢驗(yàn)實(shí)際記錄如表3所示。選取其中有缺陷記錄的螺栓如圖7所示。表3本次檢驗(yàn)螺栓實(shí)際統(tǒng)計(jì)記錄設(shè)備名稱螺栓規(guī)格螺紋絲扣波形所在的位置檢查數(shù)量缺陷數(shù)量L（水平）mmH（深度）mmS（聲程）mm聲能dB%（波幅）個(gè)個(gè)咼壓外缸.M110X4X147065.943.979.214.743.532無(wú)M110x4xl27063.442.376.314.747.512無(wú)M130x4x7

14、3080.853.295.915.644.514無(wú)咼壓內(nèi)缸M110X4X59063.742.874.314.744.54無(wú)中壓外缸.M85X4X76589.358.2108.929.571.630無(wú)中壓內(nèi)缸.M85X4X47587.358.2104.921.568.5161M64X4X4306459.96531.568.52無(wú)M64X4X57063.553.968.636.771.52無(wú)高壓主汽門.M76X4X49585.156.7102.330.476.53210高壓調(diào)速門.M42X4X17200118.247.757805高壓導(dǎo)汽管.M64X4X48057.438.36936.96832無(wú)

15、高導(dǎo)栽絲M56X4X32045.53054.636.95232無(wú)中壓聯(lián)合汽門栽絲M56X4X27042.528.553.438.75072無(wú)中導(dǎo)閥蘭.M42X4X24000119.546.75732無(wú)中壓導(dǎo)汽管栽絲M56X4X34044.929.954.936.560.532無(wú)中壓外汽缸.M64X4X28557.536.365.6306112無(wú)M64X4X41054.636.765.6377618無(wú)M72X4X35066.744.580.332.97818無(wú)圖9有缺陷記錄的螺栓8結(jié)論8.1應(yīng)用特制的縱波斜探頭，配接HS-500型數(shù)字探傷儀器有較高的信噪比，能較好地減弱晶間散射回波的影響，消除“形似”信號(hào)的干擾，用于螺栓的檢驗(yàn)，可獲得良好的對(duì)缺陷檢出能力。&2選用鈦酸鉛（PT）做晶片材料，均能獲得較高的靈敏度和信噪比。8.3用B=8.5。縱波斜探頭對(duì)螺栓探傷檢驗(yàn)是最為適宜的，為保證聲速掃查到整個(gè)檢測(cè)截面和照顧到缺陷的方向性。8.4 采用了特制的小角度縱波斜探頭和橫波探頭，實(shí)施了小角度縱波探傷方法配合橫波探傷綜合檢測(cè)新工藝，解決了現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)螺栓超聲探傷工