汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件超聲波方法

本標(biāo)準(zhǔn)敘述了用超聲波檢查汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件的基本方法。但假如有適當(dāng)?shù)奈募笫褂闷渌暡ㄌ絺椒ǎㄈ缬脤?duì)比試塊校正靈敏度），本標(biāo)準(zhǔn)不加限制。本標(biāo)準(zhǔn)也不限制使用經(jīng)過改進(jìn)的新型超聲波探傷儀和新的超聲波探傷方法。可記錄缺陷的頻率的和振幅，不應(yīng)必然地解釋為被檢鍛件的質(zhì)量有所變化。按本標(biāo)準(zhǔn)附錄A中推導(dǎo)出的放大系數(shù)調(diào)節(jié)儀器靈敏度時(shí)，可使鍛件心部或內(nèi)孔表面處的探傷靈敏度保持恒定，而與鍛件外徑或內(nèi)孔直徑無關(guān)。大量驗(yàn)證數(shù)據(jù)表明：用當(dāng)量平底孔徑來估計(jì)自然缺陷大小，即使在受控制的條件下，也會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，估算出的自然缺陷確當(dāng)量面積與實(shí)在際面積之差可能達(dá)20分貝。這個(gè)差值雖不適用于所有的檢測結(jié)果，但應(yīng)承認(rèn)其存在的可能，所以應(yīng)嚴(yán)格控制實(shí)際使用的頻率和線圈頻帶寬度，并使用經(jīng)校準(zhǔn)的設(shè)備。本標(biāo)準(zhǔn)等效采用ASTMA418--77《汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件超聲波探傷方法》。1應(yīng)用條件1.1凡定貨合同可檢驗(yàn)規(guī)范要求進(jìn)行超聲波探傷時(shí)，應(yīng)采用本標(biāo)準(zhǔn)，按缺陷波振幅、缺陷數(shù)目和位置或三者的組合來判定鍛件能否驗(yàn)收。1.2驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在訂貨合同中寫明。2一般要求2.1整個(gè)鍛件應(yīng)盡可能全部接受超聲波探傷，但因門路部位的圓角或局部區(qū)域外形復(fù)雜，鍛件的某些部位有可能無法進(jìn)行探傷。2.2鍛件應(yīng)在終極熱處理后進(jìn)行超聲波探傷，假如鍛件需要在熱處理前加工出凸緣、溝槽等，則應(yīng)在進(jìn)行這種加工前作超聲波檢查，并在終極熱處理后按實(shí)際可能予以復(fù)探。2.3鍛件應(yīng)先加工成門路狀圓柱體，以保證探傷時(shí)超聲波束與鍛件的縱軸垂直。這些門路狀加工圖形應(yīng)標(biāo)注在鍛件加工圖紙上。2.4鍛件可以在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)探傷，也可以在靜止?fàn)顟B(tài)探傷，假如用戶無特殊規(guī)定，制造廠可任選一種方法。探傷時(shí)，掃查速度不得超過150mm/s。2.5為防止漏檢，探頭每次移動(dòng)間距應(yīng)約為換能器寬度或直徑的75%。用機(jī)械方法控制探頭來檢查轉(zhuǎn)動(dòng)中的鍛件，是滿足這種要求的一種輔助手段。2.6可選用1--5MHz頻率的探頭來精確測定缺陷的位置、方向并仔細(xì)檢查在進(jìn)行3.5條所述全面掃查時(shí)所發(fā)現(xiàn)的特殊缺陷。2.7作為徑向探傷的一種補(bǔ)充，必要時(shí)可進(jìn)行軸向探傷。這時(shí)所用的頻率和換能器直徑，應(yīng)使因鍛件幾何外形引起的干擾反射達(dá)到最小，并得到最佳分辨力。3儀器和附件3.1探傷儀：要用具有1--5MHz探測頻率的脈沖反射式超聲波探傷儀。按本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波探傷，缺陷波振幅的丈量精度與整個(gè)探測系統(tǒng)的實(shí)際工作頻率有關(guān)，獲得理想探測精度的最好辦法，是采用調(diào)諧脈沖發(fā)生器和已知頻率特性的窄頻放大器，并配上寬頻帶換能器或已知頻率匹配的窄頻調(diào)諧換能器。3.2放大器:放大器和示波管所提供的垂直性范圍（誤差在土5%以內(nèi)）應(yīng)達(dá)到40mm（約1.6英寸）。垂直線性校正方法由供需雙方約定。3.3衰減器：探傷儀應(yīng)有經(jīng)過校正的增益控制器或信號(hào)衰減器（精度均在土5%以內(nèi)），以便丈量超出儀器垂直線性范圍的指示信號(hào)。3.4探頭：徑向探傷時(shí)，應(yīng)采用換能器直徑20--28mm、頻率2--2.5MHz的縱波探頭，或尺寸為6mmX25mm（約1/4英寸X1英寸）的2X2.5MHz換能器。這時(shí)尺寸為25mm的一側(cè)應(yīng)與鍛件軸線方向一致，以便得到滿足的分辨力和波束寬度。沿周向確定缺陷方位時(shí)，假如所用換能器直徑大于6mm（約1/4英寸），建議增加低頻探測，以提供寬波束來檢查偏離工件中心軸的缺陷。3.5耦合劑：采用機(jī)油或其他聲阻抗合適的物質(zhì)。4鍛件表面要求4.1鍛件應(yīng)加工成圓柱形，以供徑向探傷。4.2鍛件軸伸端端面和軸身端面應(yīng)與鍛件軸線垂直，以供軸向探傷。4.3鍛件探傷面光潔度應(yīng)達(dá)N5以上（粗糙度不大于6.35〃m）。4.4鍛件表面不得有刀具劃溝，疏松的氧化皮、加工或磨削殘留的微粒、油漆或其他影響探測結(jié)果的外來物。5探傷程序5.1徑向探傷5.1.1靈敏度調(diào)整：用增益控制器把鍛件無缺陷部位底面反射波或中心孔反射波調(diào)到40mm（約1.6英寸）高，然后按附錄A中圖A1（用于實(shí)心鍛件）和圖A2（用于空心鍛件）所給的放大系數(shù)進(jìn)步探測靈敏度，以保證發(fā)現(xiàn)鍛件中心部位或中心孔四周直徑2mm或3mm的反射體。假如外徑尺寸變化超過50mm（約2英寸），則應(yīng)重新調(diào)節(jié)探測靈敏度。圖A3所給系數(shù)可將上述靈敏度水平轉(zhuǎn)換到所需靈敏度水平，以便能探測其他當(dāng)量孔徑的反射體。附錄A概述了推導(dǎo)靈敏度放大系數(shù)的方法。5.1.2調(diào)節(jié)掃描旋鈕使底面反射波的前沿約位于示波屏滿刻度的3/4處。5.1.3掃查鍛件的整個(gè)外圓并記錄振幅大于或即是示波管垂直線性范圍（即40mm）的10%的各種指示信號(hào)。但當(dāng)實(shí)心鍛件直徑大于或即是760mm（約30英寸）或空心鍛件壁厚大于或即是380mm（約15英寸）時(shí)，在距探測面150mm（約6英寸）范圍內(nèi)，僅記錄振幅大于40%垂直線性范圍的指示信號(hào)。發(fā)現(xiàn)應(yīng)記錄信號(hào)時(shí)，標(biāo)出探頭在鍛件表面的位置，以便按5.1.5和5.2.2條的規(guī)定仔細(xì)檢查這些部位。5.1.4當(dāng)檢查轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下的鍛件時(shí)，鍛件的轉(zhuǎn)速應(yīng)接近下表數(shù)值：鍛件直徑mm（英寸）轉(zhuǎn)速 min--11500--1780（約61--70）1.51300--1520（約51--50）2.01040--1270（約41--50）2.5790--1020（約31--40）3.0660--760（約20--30）4.0530--630（約21--25）5.0410--510（約16--20）6.0280--380（約11--15）7.0^250（約^10）9.05.1.5在鍛件靜止時(shí)，丈量全部指示信號(hào)的振幅和范圍，并對(duì)特殊指示信號(hào)進(jìn)行仔細(xì)檢查。5.1.6用半波高度法沿軸向和周向測定游動(dòng)信號(hào)和平面缺陷信號(hào)的范圍。5.2補(bǔ)充檢查5.2.1特殊徑向探傷：為精確測定每一可記錄缺陷的位置和方位，以及估算每個(gè)大信號(hào)確當(dāng)量尺寸，可用各種頻率的探頭來進(jìn)行掃查。5.2.2軸向探傷：需要時(shí)，可掃查與鍛件軸線相垂直的端面。軸向探傷的探測靈敏度和記錄標(biāo)準(zhǔn)，由供需雙方協(xié)商確定。6探傷報(bào)告6.1制造廠的探傷報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容，并應(yīng)提交給需方：6.1.1當(dāng)整個(gè)鍛件都經(jīng)過檢查時(shí)，探傷報(bào)告應(yīng)附有一張完整的、標(biāo)有各部位直徑和試驗(yàn)結(jié)果的鍛件草圖。假如只檢查了轉(zhuǎn)子的一部分，則應(yīng)提供這一部分的草圖。假如未發(fā)現(xiàn)可記錄信號(hào)，則不必提供草圖。6.1.2各可記錄信號(hào)的座標(biāo)，應(yīng)按下述方式標(biāo)注在草圖上：徑向座標(biāo)以鍛件探傷面為基準(zhǔn)。軸向座標(biāo)以鍛件打印真?zhèn)€各端面為基準(zhǔn)。按12點(diǎn)鐘方位標(biāo)注周向順序數(shù)值的中點(diǎn)。信號(hào)定位的精度應(yīng)保證能使這些信號(hào)重新定位和復(fù)現(xiàn)。6.1.3除非另有規(guī)定，制造廠應(yīng)將各可記錄信號(hào)記進(jìn)探傷報(bào)告。在報(bào)告中，各可記錄信號(hào)的大小，應(yīng)如5.1.3條所述以規(guī)定靈敏度下儀器垂直線性范圍（即40mm,約1.6英寸）的百分?jǐn)?shù)表示。缺陷信號(hào)應(yīng)按正常信號(hào)、游動(dòng)信號(hào)、連續(xù)信號(hào)顯示電平或上述信號(hào)的組合進(jìn)行分類。假如需要估算缺陷尺寸，應(yīng)按6.1.4條計(jì)算，并受附錄A3條的制約。正常信號(hào)：探頭從最大振幅位置向任一方向移動(dòng)時(shí)，信號(hào)振幅按常規(guī)下降，而且不出現(xiàn)--條所述的特征，這樣的單個(gè)信號(hào)就是正常信號(hào)。正常信號(hào)應(yīng)在探傷報(bào)告中逐一列舉。游動(dòng)信號(hào)：探頭在鍛件表面移動(dòng)時(shí)，信號(hào)前沿移動(dòng)的間隔大于或即是25mm（約1英寸）金屬厚度，這樣的信號(hào)就是游動(dòng)信號(hào)。這種缺陷的深度和面積應(yīng)予以測定并列進(jìn)報(bào)告中。平面缺陷信號(hào)：當(dāng)探頭移動(dòng)間隔大于25mm（約1英寸）時(shí)缺陷信號(hào)連續(xù)出現(xiàn)，這樣的信號(hào)就是平面缺陷信號(hào)。缺陷的短軸尺寸，假如按5.1.6條所述方法可以測出，則應(yīng)在報(bào)告中寫出。丈量時(shí)，應(yīng)按缺陷深度和工件半徑進(jìn)行修正。顯示電平：指的是一群振幅大于或即是示波管線性高度（即40mm）的10%的信號(hào)，在規(guī)定靈敏度下，探頭在探測區(qū)移動(dòng)時(shí)，這種信號(hào)將在熒光屏上連續(xù)出現(xiàn)。6.1.4需要時(shí)，可按上式把可記錄信號(hào)換算成當(dāng)量反射面積Ar或當(dāng)量直徑dr：Ar=ARX（a/L）2XP/10dr=dRX（a/l）XVP/10式中：Ar----缺陷當(dāng)量反射面積；dr 缺陷當(dāng)量直徑；AR----所選參考反射體的面積，mm2（平方英寸）；dR----所選參考反射體的直徑，mm（英寸）；a 缺陷深度，mm（英寸）；L——鍛件壁厚或半徑，mm（英寸）；P 缺陷波振幅（以示波管線性范圍百分?jǐn)?shù)值表示）。6.1.5在掃查靈敏度下可觀察到的試面反射波的降低。6.1.6儀器型號(hào)、掃查方式（手動(dòng)或自動(dòng)）、探測頻率、探頭型號(hào)和耦合劑。6.1.7探傷職員的姓名或代號(hào)和探測日期。附錄A靈敏度放大系數(shù)的推導(dǎo)（參考件）A1與缺陷間隔、面積、回波振幅有關(guān)的理論公式，可按各種復(fù)雜程度進(jìn)行推導(dǎo)。這類分析方法的具體論述，可參考有關(guān)聲學(xué)和超聲學(xué)書刊，這里不再敘述。在推導(dǎo)圖A1--3的曲線時(shí)，使用球面波近似法來描述聲場特性，采用了類似幾何光學(xué)的分析技巧，得到了下列公式：TOC\o"1-5"\h\z來自小圓片反射體的回波 2dA來自大平面或?qū)嵭膱A柱體的回波 a2入來自小圓片反射體的回波 （d-b）A/d二 V來自圓柱形內(nèi)孔的回波 a2入 b式中：a----至圓片狀反射體（平底孔）的間隔；b——內(nèi)孔直徑；d----鍛件直徑；A----圓片狀反射體面積；入---用于探傷的聲波波長。將底面反射波調(diào)到40mm（約1.6英寸）后，按圖A1查出的放大系數(shù)（dB數(shù)）進(jìn)步儀器靈敏度，可使鍛件心部的10%（即4mm高）缺陷信號(hào)相當(dāng)于3mm（約1/8英寸），或2mm（約5/64英寸）直徑的平底孔的信號(hào)。計(jì)算時(shí)，鋼中聲速取5.85X5英寸/s），探測頻率為2MHz、2.25MHz、2.5MHz.105cm/s（2.30X10圖A1 探測實(shí)心鍛件時(shí)靈敏度放大系數(shù)A2用本標(biāo)準(zhǔn)正文所述的方法，把鍛件底部或內(nèi)孔反射波調(diào)到示波管垂直線性范圍的100%（即40mm），然后用放大系數(shù)M來調(diào)節(jié)探測靈敏度，使鍛件心部或內(nèi)孔表面處面積為A的圓片反射體的理論回波達(dá)示波管垂直線性范圍的10%（即4mm），即放大系數(shù)M應(yīng)為：10 a2b d入M=（ ）（ ）= （適用于實(shí)心圓柱體）1002dA80A圖A2探測空心鍛件時(shí)的靈敏度放大系數(shù) 圖A3改變參考孔直徑時(shí)與圖A1和圖A2同時(shí)使用的轉(zhuǎn)換系數(shù)（d—b）入/bM= V----（適用于空心圓柱體）40Ad圖A1和圖A2中給出的曲線，就是由上述公式計(jì)算出來的。假如參考體的直徑改變了，可用圖A3的輔助放大系數(shù)來進(jìn)一步調(diào)節(jié)探測靈敏度。A3由于推導(dǎo)時(shí)采用了近似法，對(duì)于3倍近場區(qū)的反射體，不可使用上述公式。此外，上述公式還受下列各項(xiàng)的制約：參考孔的直徑應(yīng)遠(yuǎn)小于超聲波波束的橫截面；參考孔直徑和缺陷當(dāng)量直徑都不得小于A/2;中心孔直徑應(yīng)遠(yuǎn)大于波長；被檢件的衰減應(yīng)小至可忽略不計(jì)。A4按本標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整靈敏度時(shí)，可用參考孔的面積AR和以熒光屏線性范圍百分?jǐn)?shù)表示的信號(hào)振幅P來計(jì)算缺陷當(dāng)量