专利名称：涡轮发电机端环的缺陷检测方法
技术领域：
本发明涉及通过超声测试的涡轮发电机端环缺陷检测方法。
背景技术：
涡轮发电机端环的超声测试用于检测缺陷，例如在端环表面上出现的 应力腐蚀裂纹。端环超声测试是在不拆卸端环的装配状态下进行。斜射技 术通常应用于端环超声测试。在釆用斜射技术的超声测试中，使用斜射探 头来扫描端环表面的缺陷。通过检测缺陷回波来确定检测部位，其中缺陷 回波是从缺陷反射回来的回波。
图11是示出在采用斜射技术的超声测试中斜射探头的超声波发射/接
收状态的示意图。图12是示出斜射探头的接收输入和在采用斜射技术的超 声测试中超声波传播时间之间的关系的波形图。在图12中，纵轴表示斜射 探头的接收输入，横轴表示超声波的传播时间(束径长度(beam path length))。艮卩，图12在A-扫描中显示。在直流(DC)表示中示出图12。 对于如图11或图12中的那些相同的部件标记相同的参考标号并省略了其 详细描述。类似地，下面省略了详细描述。
斜射探头2安装在端环1的外圆周表面的表面上。在端环1的内圆周 表面存在缺陷4的情况下，当超声波束3从斜射探头2入射时，超声波束3 被缺陷4反射。通过缺陷4反射的反射波通过斜射探头2接收。例如，缺 陷4是应力腐蚀裂纹。这时，如图12所示，在A-扫描屏幕中显示传输脉冲 5和缺陷回波6。
在端环1的内圆周表面没有缺陷4的情况下，即使超声波束3从斜射 探头2入射，斜射探头2也不会接收到在内圆周表面上反射的反射波。这 是因为在作为底部的端环内圆周表面上没有反射体。因此，在不存在缺陷4 的情况下，在A-扫描屏幕中仅显示传输脉冲5，而不显示缺陷回波6。
在这种方式中通过使用采用斜射技术的超声测试，能够容易地检测到缺陷4。然而，当检査涡轮发电机端环的缺陷时，应当对伪回波的检测加以 注意。
参照图13至16描述了在采用斜射技术的超声测试中检测到伪回波的 实例。图13是示出检测由轴收縮装配部分7引起的伪回波8的示意图。图 14是检测由轴收縮装配部分7引起的伪回波8在A-扫描DC表示中的波形 图。图15是示出检测由端环1的短路环9接合部分引起的伪回波8的示意 图。图16是检测由端环1的短路环9接合部分引起的伪回波8在A-扫描 DC表示的波形图。
如图13所示，在端环1内圆周表面上提供轴收縮装配部分7。轴收縮 装配部分7通常具有与端环1接触的基本呈矩形的切面。如图15所示，沿 着圆周方向在端环1内圆周表面上设置短路环9。短路环9通常通过分割为 多个部分来在圆周方向上设置。因此，分割的短路环9中的一部分的边缘 成为与分割的短路环9中的另一部分的短路环接合部分。
如果当端环1的内圆周表面上存在轴收縮装配部分7的边缘或短路环9 的接合部分时进行采用斜射技术的超声测试，则将发生以下情况。
从斜射探头2入射的超声波束3被作为反射体的轴收縮装配部分7的 边缘或短路环9的接合部分反射。由反射体反射的反射波被斜射探头2接 收。如图14和16所示，反射波成为伪回波8。当在A-扫描中显示时，难 于从图12中所示的缺陷回波6中区分出伪回波8。
特开号No.ll-287790的日本专利申请中描述的方法公知为一种从伪回 波中区分出缺陷回波的方法。在根据本技术的方法中，首先通过深度扫描 来进行采用斜射技术的超声测试。接着，对根据超声测试得到的测试信号 执行裂缝光谱处理(SSP: split spectrum process)来确定指示长度。基于该 指示长度来解析指示是缺陷回波还是伪回波。
然而，上述解析方法适用于奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢相比铁氧体 材料具有更大的晶粒。奥氏体不锈钢的晶粒通常在悍接边缘或类似位置处 变得更大。该解析方法旨在解析由在这种奥氏体不锈钢的焊接边缘附近入 射的超声波被反射、折射或散射生成的伪回波。相反地，当检测到涡轮发 电机端环的缺陷时产生的伪回波并不由材料晶粒的尺寸所致。如图13至16 所示，涡轮发电机端环的伪回波由比如在端环1的内圆周表面上存在的轴收縮装配部分7或短路环9接合部分这样的结构所致。因此，通过使用在 KOKAI公开号No.ll-287790的日本专利申请或类似的申请中描述的解析方 法，难于从涡轮发电机端环的缺陷回波中区分出伪回波。
因此，通过以下方式对涡轮发电机端环1的缺陷进行解析。如果在采 用斜射技术的超声测试中显示指示回波，那么还参考内部结构图。如果在 显示指示回波的部分出存在例如轴收縮装配部分7或短路环9接合部分这 样的结构，则认为指示回波是伪回波。如果不存在这种结构，则认为该指 示回波是缺陷回波。然而，该解析方法不能充分地检测涡轮发电机端环尤 其是内部结构附近的缺陷。
发明内容
本发明目的在于提供一种涡轮发电机端环的缺陷检测方法，其能识别 通过涡轮发电机端环的超声测试所检测到的缺陷回波或伪回波。
根据本发明的一方面，涡轮发电机端环的缺陷检测方法包括第一超 声测试步骤，采用斜射技术对涡轮发电机端环进行超声测试；第二超声测 试步骤，如果通过第一超声测试步骤检测到指示回波，则采用聚焦直射技 术对涡轮发电机端环中检测到指示回波的部分进行超声测试；以及解析步 骤，基于通过第二超声测试步骤的测试结果来解析该指示回波是缺陷回波 还是伪回波。
图1是示出根据本发明第一实施例的涡轮发电机端环缺陷检测方法的 过程的流程图2是示出根据第一实施例的采用聚焦直射技术的超声测试中聚焦直 射探头的超声波发射/接收状态的示意图3是示出根据第一实施例采用聚焦直射技术的超声测试中超声波接 收在A-扫描DC表示中的波形图4是放大图3中涡轮发电机端环的底部波形在A-扫描RF表示中的 波形图5是示出根据本发明第二实施例的涡轮发电机端环缺陷检测方法的流程图6是示出根据第二实施例采用SPOD技术的超声测试中探头的超声 波发射/接收状态的示意图7是示出根据第二实施例采用SPOD技术的超声测试中超声波接收 在A-扫描RF表示中的波形图8是示出当存在轴收縮装配部分时根据第二实施例采用SPOD技术 的超声测试中探头的超声波发射/接收状态的示意图9是示出当存在短路环接合部分时根据第二实施例采用SPOD技术 的超声测试中探头的超声波发射/接收状态的示意图IO是示出根据第二实施采用SPOD技术的超声测试中超声波接收在 A-扫描中的波形图11是示出采用斜射技术的超声测试中斜射探头的超声波发射/接收 状态的示意图12是示出采用斜射技术的超声测试中超声波接收在A-扫描DC表示 中的波形图13是示出采用斜射技术的超声测试中检测由轴收縮装配部分引起的 伪回波的示意图14是示出采用斜射技术的超声测试中检测由轴收縮装配部分引起的 伪回波在A-扫描DC表示中的波形图15是示出采用斜射技术的超声测试中检测由端环的短路环接合部分 引起的伪回波的示意图16是示出采用斜射技术的超声测试中检测由端环的短路环接合部分 引起的伪回波在A-扫描DC表示中的波形图。
具体实施例方式
下面将通过参考附图对本发明实施例进行描述。 (第一实施例)
图1是示出根据本发明第一实施例的涡轮发电机端环缺陷检测方法的 过程的流程图。
如图1所示，根据以下过程来应用根据第一实施例的涡轮发电机端环缺陷检测方法。
首先，操作员采用斜射技术对涡轮发电机端环进行超声测试(步骤
101)。操作员确定通过采用斜射技术的超声测试是否检测到指示回波(步 骤102)。如果操作员确定没有检测到指示回波，那么操作员判断该端环通 过了该测试(涡轮发电机端环没有缺陷)(步骤102为否)。如果操作员确 定检测到指示回波(步骤102为是)，那么操作员采用聚焦直射技术对涡轮 发电机端环中检测到指示回波的部分进行超声测试(步骤103)。操作员根 据采用聚焦直射技术的超声测试结果来解析该指示回波是缺陷回波还是伪 回波(步骤105)。如果操作员确定该指示回波为缺陷回波作为解析结果， 则操作员确定涡轮发电机端环具有缺陷。如果操作员确定涡轮发电机端环 具有缺陷，则操作员对缺陷深度进行测量。
参考图2至图4对采用聚焦直射技术的超声测试(图1中步骤103)以 及回波解析(图1中步骤105)的细节进行描述。这里所描述的缺陷检测方 法对涡轮发电机端环的内圆周表面上的缺陷进行检测。
图2示出了聚焦直射探头10的超声波发射/接收状态。图3示出了在 A-扫描DC表示中采用聚焦直射技术的超声测试所接收的超声波3的波形。 图4通过A-扫描射频(RF)表示放大了图3中涡轮发电机端环的底部波形。
采用聚焦直射技术的超声测试是一种适于对末梢分叉到多个部分的密 集缺陷进行检测的方法。根据该方法，可捕捉到密集缺陷的一个分裂末梢。 因此，能够对在应力腐蚀裂纹中常见的密集缺陷进行有效检测。
如图2所示，通过利用聚焦直射探头10接收从聚焦直射探头10入射 的入射超声波3的反射波，来进行采用聚焦直射技术的超声测试。
聚焦直射探头10安装在端环1的外圆周表面的表面上。如果在端环1 的内圆周表面上存在缺陷4，当从聚焦直射探头10入射超声波束3时，聚 焦直射探头10接收由缺陷4的边缘反射的反射波(缺陷末梢回波12)。例 如，缺陷4是应力腐蚀缺陷或疲劳断裂。然后，聚焦直射探头10接收由端 环l内圆周表面反射的反射波(底部回波ll)。因此，如图3和图4所示， 在A-扫描屏幕中显示传输脉冲5、缺陷末梢回波12和底部回波11 。通过检 测缺陷末梢回波12和底部回波11之间的光束长度差能够确定缺陷4的深 度。如果在端环1的内圆周表面上不存在缺陷4，则当从聚焦直射探头10 入射超声波束3时，聚焦直射探头IO仅接收到由端环1内圆周表面反射的 反射波。在这种情况下，在A-扫描屏幕上只显示传输脉冲5和底部回波11， 而不显示缺陷末梢回波12。例如，如果在端环1内圆周表面上存在轴收縮 装配部分7或短路环9接合部分，就不会产生类似缺陷末梢回波12的伪回 波。这时，在A-扫描屏幕上只显示底部回波11。因此，操作员可以确定端 环1没有缺陷。
根据本实施例，能够实现如下所述的操作效果。
如图3和图4所示，在采用聚焦直射技术的超声测试中，当存在缺陷4 时得到的缺陷末梢回波12小于底部回波11。因此，对于采用聚焦直射技术 的超声测试而言，难于像采用斜射技术的超声测试一样通过广泛地移动探 头进行扫描来检测缺陷4。这种超声测试需要操作员的精通。
根据本实施例的涡轮发电机端环缺陷检测方法是采用斜射技术的超声 测试与采用聚焦直射技术的超声测试的结合。根据本缺陷检测方法，采用 聚焦直射技术对在采用斜射技术的超声测试中获得指示回波的部分进行超 声测试。通过采用聚焦直射方法的超声测试来确定指示回波是由缺陷4所 致还是伪回波。根据该方法，操作员能够便捷可靠地仅检测缺陷4。采用聚 焦直射技术的超声测试能捕捉密集缺陷的一个分裂末梢。因此，如果缺陷4 是在应力腐蚀裂纹中常见的密集缺陷，则本缺陷检测方法能够有效地检测 缺陷。
本缺陷检测方法不仅能通过采用聚焦直射技术对在采用斜射技术的超 声测试中得到指示回波的部分进行超声测试来确定存在/不存在缺陷，还可 以测量缺陷的深度。
采用斜射技术的超声测试具有高检测灵敏度。然而，当应用采用斜射 技术的超声测试时，将会出现伪回波。另一方面，采用聚焦直射技术的超 声测试具有低检测灵敏度。然而，当应用采用聚焦直射技术的超声测试时， 将不会出现伪回波。因此，根据本检测方法，首先应用具有高检测灵敏度 的采用斜射技术的超声测试。接着，对接收到指示回波的部分继续应用不 会出现伪回波的采用聚焦直射技术的超声测试。因此，操作员可以利用少 量时间和精力在不需端环内部结构图的情况下可靠地检测涡轮发电机端环1的缺陷4。
因此，即使由于在类似涡轮发电机端环这样的端环的内圆周表面上提 供的内部结构而产生了伪回波，操作员也能够在不需端环内部结构图的情 况下通过采用本缺陷检测方法来从伪回波中区分出缺陷回波。因此，操作 员能够有效地检测涡轮发电机端环缺陷。
另外，可在没有拆卸涡轮发电机转子的情况下应用本缺陷检测方法。 因此，根据本缺陷检测方法的测试可以在安装涡轮发电机的工作现场进行。 因此，操作员能縮短进行这种测试所需的时间。 (第二实施例)
图5是示出根据本发明第二实施例的涡轮发电机端环缺陷检测方法的 过程的流程图。
根据本实施例的涡轮发电机端环缺陷检测方法是通过以采用短路径衍 射技术(SPOD)的超声测试(步骤104)取代根据图1所示第一实施例的 涡轮发电机端环缺陷检测方法中采用聚焦直射技术的超声测试(图1中的 步骤103)而得到的。在其它方面，根据本实施例的缺陷检测方法与根据第 一实施例的涡轮发电机端环缺陷检测方法的过程一样。
如图5所示，根据下面的过程进行根据本实施例的涡轮发电机端环缺 陷检测方法。
首先，操作员采用斜射技术对涡轮发电机端环进行超声测试(步骤 101)。操作员确定通过采用斜射技术的超声测试是否检测到指示回波(步 骤102)。如果操作员确定没有检测到指示回波，则操作员判断端环通过了 测试(涡轮发电机端环没有缺陷)(步骤102中为否)。如果操作员确定检 测到指示回波(步骤102中为是)，则操作员采用SPOD技术对涡轮发电机 端环中检测到指示回波的部分进行超声测试(步骤104)。操作员根据采用 SPOD技术的超声测试结果来解析指示回波是缺陷回波还是伪回波(步骤 105)。如果操作员确定指示回波是缺陷回波作为解析的结果，则操作员确 定涡轮发电机端环具有缺陷。如果操作员确定涡轮发电机端环具有缺陷， 则操作员对缺陷深度进行测量。
参考图6和图7对采用SPOD技术的超声测试(图5中步骤104)以及 回波解析(图5中步骤105)的细节进行描述。这里所描述的缺陷检测方法对涡轮发电机端环内圆周表面上的缺陷进行检测。
图6示出了探头13/14的超声波发射/接收状态。图7示出了在A-扫描 RF表示中采用SPOD技术的超声测试所接收的超声波3的波形。
采用SPOD技术的超声测试是一种适于对末梢闭合的缺陷进行检测的 方法。根据该测试，能够对在疲劳断裂中常见的末梢闭合的缺陷(定向缺 陷)进行有效检测。
如图6所示，通过由接收直射探头14接收从发射斜射探头13入射的 入射超声波3的反射波，来进行采用SPOD技术的超声测试。
发射斜射探头13安装在端环1外圆周表面的表面上。接收直射探头14 安装在端环1外圆周表面直接位于缺陷4上方的表面上。如果在端环1的 内圆周表面上存在缺陷4，当从发射斜射探头13入射超声波束3时，直射 探头14接收到由缺陷4的边缘反射的反射波(缺陷末梢回波12)。例如， 缺陷4是应力腐蚀裂纹或疲劳断裂。然后，接收直射探头14接收由端环1 内圆周表面反射的反射波(底部回波ll)。因此，如图7所示，在A-扫描 屏幕中显示了缺陷末梢回波12和底部回波11。通过检测缺陷末梢回波12 和底部回波11之间的光束长度差来确定缺陷4的深度。
参考图8至图IO对采用SPOD技术的超声测试(图5中的步骤104) 以及回波解析(图5中的步骤105)的细节进行描述。这里所描述的缺陷检 测方法对涡轮发电机端环内圆周表面上的缺陷进行检测。
图8示出了当在端环1内圆周表面上存在轴收縮装配部分7时探头 13/14的超声波发射/接收状态。图9示出了当在端环1内圆周表面上存在短 路环9的接合部分时探头13/14的超声波发射/接收状态。图10示出了在 A-扫描RF表示中采用SPOD技术的超声测试所接收的超声波3的波形。
如果在端环1的内圆周表面上没有缺陷4，当从发射斜射探头13入射 超声波束3时，接收直射探头14仅接收由端环1内圆周表面反射的反射波。 在这种情况下，如图10所示，在A-扫描屏幕上只显示底部回波11，而不 显示缺陷末梢回波12。即使存在图8中所示的轴收縮装配部分7或图9中 所示的短路环9接合部分，也不会产生与图7中所示缺陷末梢回波12相对 应的伪回波。即，如果由于轴收縮装配部分7或短路环9接合部分而产生 了指示回波，在A-扫描屏幕上就只显示伪回波8 (底部回波ll)。因此，操作员能够确定端环l没有缺陷。
根据本实施例，能够实现如下所述的操作效果。
根据本实施例的涡轮发电机端环缺陷检测方法是采用斜射技术的超声
测试与采用SPOD技术的超声测试的结合。如图7所述，在采用SPOD技 术的超声测试中，与根据第一实施例的采用聚焦直射技术的超声测试一样， 当缺陷4存在时得到的缺陷末梢回波12小于底部回波11。因此，对于采用 SPOD技术的超声测试而言，难于通过广泛地移动探头进行扫描来检测缺陷 4。因此，在本缺陷检测方法中，与第一实施例一样，采用SPOD技术对通 过采用斜射技术的超声测试接收到指示回波的部分进行超声测试。通过采 用SPOD技术的超声测试来确定指示回波是由于缺陷4所致还是伪回波。 根据本方法，操作员能够便捷可靠地仅检测缺陷4。采用SPOD技术的超声 测试能够有效地检测在疲劳断裂中常见的末梢闭合的缺陷4。如图8至图 IO所示，当使用采用SPOD技术的超声测试时，在存在内部结构时仅得到 底部回波8。因此，操作员能够可靠地解析缺陷回波和伪回波。
本缺陷检测方法不仅能够通过采用SPOD技术对在采用斜射技术的超 声测试中得到指示回波的部分进行超声测试来确定存在/不存在缺陷，还可 以测量缺陷的深度。
采用斜射技术的超声测试具有高检测灵敏度。然而，当应用采用斜射 技术的超声测试时，将会出现伪回波。另一方面，采用SPOD技术的超声 测试具有低检测灵敏度。然而，当应用采用SPOD技术的超声测试时，将 不会出现伪回波。因此，根据本检测方法，首先应用具有高检测灵敏度的 采用斜射技术超声测试。接着，对接收到指示回波的部分继续采用不会出 现伪回波的采用SPOD技术的超声测试。因此，操作员可以利用少量时间 和精力在不需端环内部结构图的情况下可靠地检测涡轮发电机端环1的缺 陷4。
另外，在采用SPOD技术的超声测试中允许接收直射探头14自由地移 动而将发射斜射探头13定位在检测到缺陷回波或伪回波的位置。因此，操 作员能够通过搜索将被解析的波形的峰值而使解析更容易。相反地，在采 用衍射时差技术(TOFD)的超声测试中，例如，需将发射探头和接收探头 设置为关于被解析的指示两侧对称。因此，使用采用TOFD技术超声测试的缺陷检测方法不能获得上述采用SPOD技术超声测试的效果，因为发射 探头和接收探头的位置是固定的。
因此，即使由于类似涡轮发电机端环这样的端环的内圆周表面上的内 部结构而产生了伪回波，操作员能够在不需要端环内部结构图的情况下通 过使用本缺陷检测方法来从伪回波中区分出缺陷回波。因此，操作员能有 效地检测涡轮发电机端环的缺陷。
另外，可在没有拆卸涡轮发电机转子的情况下应用本缺陷检测方法。 因此，根据本缺陷检测方法的测试可以在安装有涡轮发电机的现场进行。 从而，操作员能縮短进行这种测试所需的时间。
另外，在各个实施例中，采用了聚焦直射技术和SPOD技术中的一种 技术，但是可以应用聚焦直射技术和SPOD技术这两种技术。在这种情况 下，可以首先进行一种技术或另一种技术的测试。
对于本领域技术人员而言，将会想到其它优点和修改。因此，本发明 在更大范围内并不局限于上述具体细节和代表性实施例。因此，在不偏离 由所附权利要求及其等价体所定义的一般性发明原理的精神和范围的情况 下可以进行各种修改。
权利要求
1、一种涡轮发电机端环的缺陷检测方法，包括第一超声测试步骤(101)，采用斜射技术对涡轮发电机端环(1)进行超声测试；第二超声测试步骤(103)，当通过所述第一超声测试步骤(101)检测到指示回波时，则采用聚焦直射技术对所述涡轮发电机端环(1)中检测到所述指示回波的部分进行超声测试；以及解析步骤(105)，基于所述第二超声测试步骤(103)的测试结果来解析所述指示回波是缺陷回波(12)还是伪回波(8)。
2、 一种涡轮发电机端环的缺陷检测方法，包括第一超声测试步骤(101)，采用斜射技术对涡轮发电机端环(1)进行 超声测试；第二超声测试步骤(104)，当通过所述第一超声测试步骤(101)检测 到指示回波B寸，则采用短路径衍射技术(SPOD)对所述涡轮发电机端环(1) 中检测到所述指示回波的部分进行超声测试；以及解析步骤(105)，基于所述第二超声测试步骤(104)的测试结果来解 析所述指示回波是缺陷回波(12)还是伪回波(8)。
3、 根据权利要求1或2所述的涡轮发电机端环的缺陷检测方法，还包 括缺陷深度测量步骤，当所述解析步骤的解析结果是缺陷回波(12)时， 则测量所述缺陷回波的缺陷深度。
全文摘要
一种涡轮发电机端环的缺陷检测方法，包括第一超声测试步骤(101)，用于采用斜射技术对涡轮发电机端环进行超声测试；第二超声测试步骤(103)，用于当通过第一超声测试步骤(101)检测到指示回波时，则采用聚焦直射技术对涡轮发电机端环中检测到指示回波的部分进行超声测试；以及解析步骤(105)，用于基于第二超声测试步骤(103)的测试结果来解析指示回波是缺陷回波还是伪回波。
文档编号G01B17/00GK101419193SQ20081017997
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月10日 优先权日2007年10月12日
发明者鲤沼宏明 申请人:株式会社东芝