专利名称：一种水轮机不锈钢转轮叶片焊缝缺陷的检测方法
技术领域：
本发明属于无损检测方法，具体涉及一种水轮机不锈钢转轮叶片焊缝缺陷的检测方法，适用于对大中型混流式水轮机组不锈钢转轮叶片上冠、下环焊缝的检测。
背景技术：
近年新发电的大中型混流式水轮机组，水轮机叶片普遍采用低碳马氏体不锈钢ZGOCr13Ni4-6Mo，但在运行较短的时间后，转轮的上冠、下环与叶片出水边连接部位附近，经常就出现了贯穿性裂纹，有些机组甚至出现转轮叶片同一位置反复修补反复开裂的极端情况，严重影响水力发电机组的安全、稳定运行。彻底解决不锈钢转轮裂纹比较切合实际的做法是利用检修机会，清除裂纹并加以修复，但关键在于及早的有效发现裂纹或其他内部缺陷。而目前叶片内部质量检测方法主 要还是常规超声波技术，它是利用超声波仪的探头和与探头配套的楔块对叶片进行检测，在对不锈钢转轮焊缝检测时，其局限性在于1)水轮机叶片材质的晶粒粗大导致超声波的衰减系数和噪声信号大，检测灵敏度降低；2)三维曲面的叶片形状导致超声波声束在工件内部传播难以预测，从而难以判读检测到的缺陷信号并进行缺陷的定位定量；3)水轮机转轮在役检测受空间的限制，仅能用探头在叶片上扫查，导致焊接接头中被检测的覆盖面有限，以及声束与危险缺陷有效检出的方向很难一致。所以，必须研究新的检测方法，保证能够有效检测所有缺陷，确保水轮发电机组的安全可靠运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对常规检测技术检测不锈钢转轮叶片焊缝缺陷难度大、灵敏度低的缺点，提出一种水轮机不锈钢转轮叶片焊缝缺陷的检测方法，利用超声相控阵技术声束偏转和聚焦性能，对不锈钢转轮叶片焊缝缺陷实施可靠、方便、快速的检测，以便及时发现、处理缺陷，避免因焊缝缺陷导致转轮失效事故。本发明的技术解决方案是
水轮机不锈钢转轮叶片焊缝缺陷的检测方法，按照以下步骤进行
步骤I、选择仪器仪器采用配备探头和楔块且具有扇形扫查功能，最小连续可调增益不小于76db的超声波相控阵仪；探头要求频率2. 25MHz，不少于64晶片，单一晶片尺寸最大为O. 5X IOmm,晶片间隙最大为O. Imm ;楔块角度为45° ,尺寸不大于40X30mm ；
步骤2、标定仪器设定仪器的扫查类型为扇形扫查；开始角度为30° ;结束角度为70° ;聚焦距离应大于待检测叶片厚度值5mm ；
步骤3、绘制检测用判废线
1)、制作参考试块参考试块为具长X宽X高的矩形条状体，参考试块的长X高面上设有若干不同高度的贯通孔，参考试块的两个长X宽面作为检测面；
2)、在参考试块的检测面上涂抹耦合剂，用仪器的探头通过楔块对参考试块的检测面上进行测试，记录仪器的当前增益和参考试块上不同高度的贯通孔的反射波幅高度值，将反射波幅高度值在二维坐标系上描点，并用平滑的曲线进行连接绘制成判废线；
步骤4、检测叶片焊缝在待检测叶片上冠、下环焊缝附近涂抹耦合剂，用仪器探头上的楔块紧贴并垂直于待检测叶片焊缝中心线，作锯齿型扫查检测，探头前后移动的范围应大于2倍的叶片厚度；
步骤5、缺陷记录以判废线作为参照，检测过程中当仪器显示回波信号高度超过判废线时，判定该反射体为缺陷，在叶片表面作出相应的标记，并根据回波信号对应的高度坐标值记录缺陷埋藏深度；当回波信号高度低于判废线时，不予记录；根据叶片表面的标记最终可检测出叶片是否存在缺陷。所述参考试块的长、宽、高分别为320mm、40mm、100mm,贯通孔的内径为3mm,贯通孔共计8个，其中每4个贯通孔为一组，在高度方向按上、下竖直布置，贯通孔上、下之间间距均为20mm，其中一组贯通孔的起始高度为IOmm ;另一组贯通孔的起始高度为20mm ;两组贯通孔与侧边的距离均为40mm。
本发明的原理是在一个钢工件中如果存在一个缺陷，由于这个缺陷的存在，造成了缺陷和钢材料之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射，反射回来的能量又被探头接受到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是缺陷在被检测材料中的深度。本发明的有益效果是使用本方法检测时克服了材料晶粒粗大、检测空间限制、叶片厚度变化等困难，具有简单、安全、可靠、灵敏度高的特点，因此对检测的环境要求宽松，且方便快捷，尤其是对焊缝内部缺陷能够有效地检测到位，从而大幅度地提高了检测效率和检测灵敏度，以便及时发现、处理缺陷，避免因焊缝缺陷导致转轮失效事故。
图I是本发明的参考试块及仪器在参考试块上扫查的示意图。图2是本发明绘制的判废线。图3是仪器在待检测叶片上扫查的示意图。图4是叶片检测时绘制的判废线和回波信号显示图。图5是检测工艺流程图。
具体实施例方式某水电厂2号机组上冠、下环和叶片均为0Crl3Ni5Mo马氏体不锈钢材料，叶片模压成型后与上冠、下环焊接成转轮，叶片最大厚度约为50mm。机组自投运以来，转轮叶片在上冠、下环出水边均存在不同程度的裂纹，而且个别叶片的裂纹还比较严重。2010年11月，C级检修时对水涡轮叶片加焊三角筋过程中，为确保叶片焊缝裂纹清除干净和三角筋焊接质量，对转轮叶片与上冠、下环拼接焊缝进行了超声波相控阵检测。具体方法如下
步骤I、选择仪器本发明采用RD-Tech公司生产的Omniscan-MX型相控阵仪器，具有扇形扫查功能，连续可调增益80db，仪器配备探头和楔块，探头频率2. 25MHz, 64晶片、单一晶片尺寸为O. 5 X 10mm、晶片间隙为O. Imm ;楔块角度为45°，尺寸为24X 16mm。步骤2、标定仪器设定仪器的扫查类型为扇形扫查；开始角度为30° ;结束角度为70。;聚焦距离57mm。步骤3、绘制检测用判废线，参见图I :
1)、制作参考试块参考试块为具长LX宽WX高H的矩形条状体I,参考试块的长X高面上设有若干不同高度的贯通孔2，参考试块的两个长LX宽W面作为检测面；参考试块的长L、宽W、高H分别为320mm、40mm、100mm，贯通孔2的内径Φ为3mm，贯通孔2共计8个，其中每4个贯通孔2为一组，在高度方向按上、下竖直布置，贯通孔2上、下之间间距s2为20臟，其中一组贯通孔2的起始高度Si为IOmm ;另一组贯通孔2的起始高度s4为20mm ;两组贯通孔2与侧边的距离s3均为40mm ；
2)、在参考试块的检测面上涂抹耦合剂，用仪器的探头通过楔块对参考试块的检测面上进行测试，记录仪器的当前增益和参考试块上不同高度的贯通孔的反射波幅高度值(百 分比)，将反射波幅高度值在二维坐标系上描点，并用平滑的曲线进行连接绘制成判废线，如图2所示。表I为参考试块上Φ3Χ40πιπι贯通孔2在仪器增益为38db时的反射波高。表I参考试块规则反射体检测结果
权利要求
1.一种水轮机不锈钢转轮叶片焊缝缺陷的检测方法，其特征是按照以下步骤进行 步骤I、选择仪器仪器采用配备探头和楔块且具有扇形扫查功能，最小连续可调增益不小于76db的超声波相控阵仪；探头要求频率2. 25MHz，不少于64晶片，单一晶片尺寸最大为O. 5X IOmm,晶片间隙最大为O. Imm ;楔块角度为45° ,尺寸不大于40X30mm ； 步骤2、标定仪器设定仪器的扫查类型为扇形扫查；开始角度为30° ;结束角度为70° ;聚焦距离应大于待检测叶片厚度值5mm ； 步骤3、绘制检测用判废线 1)、制作参考试块参考试块为具长X宽X高的矩形条状体，参考试块的长X高面上设有若干不同高度的贯通孔，参考试块的两个长X宽面作为检测面； 2)、在参考试块的检测面上涂抹耦合剂，用仪器的探头通过楔块对参考试块的检测面上进行测试，记录仪器的当前增益和参考试块上不同高度的贯通孔的反射波幅高度值，将反射波幅高度值在二维坐标系上描点，并用平滑的曲线进行连接绘制成判废线； 步骤4、检测叶片焊缝在待检测叶片上冠、下环焊缝附近涂抹耦合剂，用仪器探头上的楔块紧贴并垂直于待检测叶片焊缝中心线，作锯齿型扫查检测，探头前后移动的范围应大于2倍的叶片厚度； 步骤5、缺陷记录以判废线作为参照，检测过程中当仪器显示回波信号高度超过判废线时，判定该反射体为缺陷，在叶片表面作出相应的标记，并根据回波信号对应的高度坐标值记录缺陷埋藏深度；当回波信号高度低于判废线时，不予记录；根据叶片表面的标记最终可检测出叶片是否存在缺陷。
2.根据权利要求I所述的水轮机不锈钢转轮叶片焊缝缺陷的检测方法，其特征是所述参考试块的长、宽、高分别为320mm、40mm、100mm，贯通孔的内径为3mm，贯通孔共计8个，其中每4个贯通孔为一组，在高度方向按上、下竖直布置，贯通孔上、下之间间距均为20mm，其中一组贯通孔的起始高度为IOmm ;另一组贯通孔的起始高度为20mm ;两组贯通孔与侧边的距离均为40mm。
全文摘要
本发明公开了一种水轮机不锈钢转轮叶片焊缝缺陷的检测方法，按照以下步骤进行步骤1、选择仪器；步骤2、标定仪器；步骤3、绘制检测用判废线1)制作参考试块；2)用仪器的探头通过楔块对参考试块的检测面上进行测试，记录仪器的当前增益和参考试块上不同高度的贯通孔的反射波幅高度值，将反射波幅高度值在二维坐标系上描点，并用平滑的曲线进行连接绘制成判废线；步骤4、检测叶片焊缝；步骤5、缺陷记录以判废线作为参照，根据仪器显示回波信号的高度并与判废线进行比较，在叶片表面作出相应的标记，根据叶片表面的标记最终可检测出叶片是否存在缺陷。实现对不锈钢转轮叶片焊缝缺陷的可靠、方便、快速的检测。
文档编号G01N29/04GK102944610SQ201210502390
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者龙毅, 谢国胜, 龙思成, 谢阿萌 申请人:湖南省湘电锅炉压力容器检验中心有限公司, 湖南省电力公司科学研究院, 国家电网公司