一种汽轮机叶片超声检测试块及方法

摘要

本发明公开了一种汽轮机叶片超声检测试块及方法，包括马氏体不锈钢块，马氏体不锈钢块上设置有第一横通孔、第二横通孔、第三横通孔、第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽，其中，第一横通孔、第二横通孔及第三横通孔位于马氏体不锈钢块的一侧，第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽位于马氏体不锈钢块的另一侧；第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽的深度不相同；第一横通孔、第二横通孔及第三横通孔与马氏体不锈钢块端部之间的距离不相同，该试块及方法能够实现对汽轮机叶片上的缺陷进行定量检测。

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种汽轮机叶片超声检测试块及方法。

背景技术

叶片是汽轮机中种类和数量最多的零件，其包含叶身、叶根、围带等结构。工作时，叶片会经受较高的温度和压力，并且所有的叶片都会由于较大的转速而产生巨大的离心力及激振力引发的振动等问题，这些都使叶片发生事故的次数比其他汽轮机部件要高的多。近10多年，随着火力发电技术的发展，我国电站大型汽轮机装机规模近些年陆续增加，600MW及以上容量机组已成为主力机组。叶片工作参数越来越高，安全可靠性愈显重要。

目前，针对汽轮机叶片的超声波检测主要使用表面波探头、专用直探头、横波斜探头等，但使用上述检测系统时，所有的检测灵敏度都是参照不同的叶片结构反射回波确定。如采用表面波法检测叶片叶身时，检测灵敏度为表面波探头正对叶片端头，探头前沿距端头40mm，参考回波增益20dB，判伤波高为≥10dB。实际检测时，叶片端头形式不一，很难统一规定，不同形式的端头反射回波波幅差别巨大，因此对缺陷波判废存在非常大的误差。

因此，设计开发一种汽轮机叶片超声波检测试块及方法，以解决当前采用实物校准时由于耦合面状况差异、缺陷形状差异、基体材质不同等引起的灵敏度差异，以及缺陷尺寸大小、无法定量等问题，实现叶片超声检测灵敏度的准确校准和裂纹等缺陷尺寸的定量校准统一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种汽轮机叶片超声检测试块及方法，该试块及方法能够实现对汽轮机叶片上的缺陷进行定量检测。

为达到上述目的，本发明所述的汽轮机叶片超声波检测试块包括马氏体不锈钢块，马氏体不锈钢块上设置有第一横通孔、第二横通孔、第三横通孔、第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽，其中，第一横通孔、第二横通孔及第三横通孔位于马氏体不锈钢块的一侧，第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽位于马氏体不锈钢块的另一侧；第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽的深度不相同；第一横通孔、第二横通孔及第三横通孔与马氏体不锈钢块端部之间的距离不相同。

马氏体不锈钢块的长度、宽度及高度分别为260mm、25mm及140mm。

第一横通孔的孔径、第二横通孔的孔径及第三横通孔的孔径均为1mm，第一横通孔的长度、第二横通孔的长度及第三横通孔的长度均为25mm。

马氏体不锈钢块的端面与第二横通孔、第一横通孔及第三横通孔之间的距离分别为40mm、60mm及120mm。

第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽的深度分别为0.5mm、1mm、1.5mm及2.0mm。

马氏体不锈钢块的端面与第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽之间的间距均为35mm。

第一横通孔、第二横通孔、第三横通孔、第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽均采用电火花工艺加工而成。

一种汽轮机叶片超声检测方法包括以下步骤：

1)将超声探头与超声检测仪器相连接；

2)将超声探头放置于汽轮机叶片超声波检测试块上，并使得超声探头对准第一人工裂纹槽、第二人工裂纹槽、第三人工裂纹槽及第四人工裂纹槽中的任意一个，然后微调超声探头的位置，使得该人工裂纹槽的超声反射波幅最大，同时调节增益，使得该超声反射波幅为满屏刻度的80％，然后将超声探头移动到不同位置，且均正对该人工裂纹槽，并根据检测结果绘制距离-反射波幅当量曲线；

3)选用直探头或者斜探头，使用直探头或者斜探头利用第一横通孔、第二横通孔及第三横通孔获取距横通孔高度为10mm、20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、120mm及130mm时的波幅大小，并以此绘制距离-波幅曲线。

4)确定检测灵敏度及判废灵敏度；

5)利用超声探头及直探头对待检测汽轮机叶片进行检测，或者利用超声探头及斜探头对待检测汽轮机叶片进行检测，并将检测的结果与距离-反射波幅当量曲线及距离-波幅曲线进行比较，并根据比较结果依据检测灵敏度判断待检测汽轮机叶片是否存在缺陷，同时根据判废灵敏度判断待检测汽轮机叶片是否报废，完成汽轮机叶片超声检测。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的汽轮机叶片超声检测试块及方法在具体操作时，设计汽轮机叶片超声检测试块，通过超声探头、直探头及斜探头对汽轮机叶片超声检测试块进行检测，以绘制距离-反射波幅当量曲线及距离-波幅曲线，同时确定检测灵敏度及判废灵敏度，然后通过对待检测汽轮机叶片进行检测，再将检测结果与距离-反射波幅当量曲线及距离-波幅曲线进行比较，同时根据比较结果，并依据检测灵敏度及判废灵敏度判断待检测汽轮机叶片是否存在缺陷以及待检测汽轮机叶片是否报废，以实现对汽轮机叶片上缺陷的定量检测，解决目前汽轮机叶片超声检测使用实物校准时由于耦合面状况差异、缺陷形状差异、材质不同等引起的灵敏度差异，以及裂纹缺陷尺寸当量无法定量校准等问题。

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2为本发明的俯视图是图1不同方向的俯视图；

图3为本发明中距离-反射波幅当量曲线的示意图；

图4为本发明中用于枞树型叶片叶身及叶根检测的示意图；

图5为本发明实例中用于验证的具有缺陷11的实物叶片图；

图6为本发明中叶片超声检测缺陷11的波形图。

其中，1为马氏体不锈钢块、2为第一横通孔、3为第二横通孔、4为第三横通孔、5为第四人工裂纹槽、6为第三人工裂纹槽、7为第一人工裂纹槽、8为第二人工裂纹槽、9为待检测汽轮机叶片、10为超声探头、11为缺陷。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1及图2，本发明所述的汽轮机叶片超声波检测试块包括马氏体不锈钢块1，马氏体不锈钢块1上设置有第一横通孔2、第二横通孔3、第三横通孔4、第一人工裂纹槽7、第二人工裂纹槽8、第三人工裂纹槽6及第四人工裂纹槽5，其中，第一横通孔2、第二横通孔3及第三横通孔4位于马氏体不锈钢块1的一侧，第一人工裂纹槽7、第二人工裂纹槽8、第三人工裂纹槽6及第四人工裂纹槽5位于马氏体不锈钢块1的另一侧；第一人工裂纹槽7、第二人工裂纹槽8、第三人工裂纹槽6及第四人工裂纹槽5的深度不相同；第一横通孔2、第二横通孔3及第三横通孔4与马氏体不锈钢块1端部之间的距离不相同。

马氏体不锈钢块1的长度、宽度及高度分别为260mm、25mm及140mm。

第一横通孔2的孔径、第二横通孔3的孔径及第三横通孔4的孔径均为1mm，第一横通孔2的长度、第二横通孔3的长度及第三横通孔4的长度均为25mm。

马氏体不锈钢块1的端面与第二横通孔3、第一横通孔2及第三横通孔4之间的距离分别为40mm、60mm及120mm。

第一人工裂纹槽7、第二人工裂纹槽8、第三人工裂纹槽6及第四人工裂纹槽5的深度分别为0.5mm、1mm、1.5mm及2.0mm。

马氏体不锈钢块1的端面与第一人工裂纹槽7、第二人工裂纹槽8、第三人工裂纹槽6及第四人工裂纹槽5之间的间距均为35mm。

第一横通孔2、第二横通孔3、第三横通孔4、第一人工裂纹槽7、第二人工裂纹槽8、第三人工裂纹槽6及第四人工裂纹槽5均采用电火花工艺加工而成。

本发明所述汽轮机叶片超声检测方法包括以下步骤：

1)将超声探头10与超声检测仪器相连接；

2)将超声探头10放置于汽轮机叶片超声波检测试块上，并使得超声探头10对准第一人工裂纹槽7、第二人工裂纹槽8、第三人工裂纹槽6及第四人工裂纹槽5中的任意一个，然后微调超声探头10的位置，使得该人工裂纹槽的超声反射波幅最大，同时调节增益，使得该超声反射波幅为满屏刻度的80％，然后超声探头10移动到不同位置，且均正对该人工裂纹槽，并根据检测结果绘制距离-反射波幅当量曲线，如图3所示；

3)选用直探头或者斜探头，使用直探头或者斜探头利用第一横通孔2、第二横通孔3及第三横通孔4完成距横通孔高度为10mm、20mm、40mm、60mm、80mm、100mm、120mm及130mm时的波幅大小，并以此绘制距离-波幅曲线。

4)确定检测灵敏度及判废灵敏度；

经试验论证，使用不同检测方法的检测灵敏度及缺陷11判废灵敏度如表1所示。

表1

5)利用超声探头10及直探头对待检测汽轮机叶片9进行检测，或者利用超声探头10及斜探头对待检测汽轮机叶片9进行检测，并将检测的结果与距离-反射波幅当量曲线及距离-波幅曲线进行比较，并根据比较结果依据检测灵敏度及判废灵敏度判断缺陷的程度，即根据检测结果获取当前缺陷对应的反射波幅及波幅，并根据反射波幅及波幅通过检测灵敏度及判废灵敏度判断缺陷的程度。

以枞树型叶片为实例进行检测：叶身检验推荐采用表面波，探头放置如图4所示，表面波探头平行于叶身边沿、间距在200-300mm的分段进行扫查，检验时可略作左右摆动，评定时应充分考虑到叶片过渡区棱角、叶身两面油污、锈蚀、汽蚀、异物冲击、划痕等可能造成的影响。枞树型叶根检测可使用表面波或横波，切向装配枞树型叶根用横波一次波检验时，所采用横波探头的角度由实际叶根尺寸确定，探头应放置于进汽侧的外露肩台上进行检查，需实施横波二次波检验时，检验探头放置于叶身出汽侧背弧面上进行检查，轴向装配枞向树型叶根因其侧面外露，可用表面波对第一齿进行检验，探头放置位置如图4所示，叶片检验实例照片如图5所示，叶片检验时缺陷11动态波形如图6所示。