高温紧固螺栓晶粒度测量系统及方法与流程

本发明涉及车辆设备技术领域，特别涉及一种高温紧固螺栓晶粒度测量系统及方法。

背景技术

高温紧固螺栓是汽轮机设备中重要部件之一。高温紧固螺栓连接着汽轮机汽缸、主汽门、调节气门及导汽管等高温部件，确保了机组在运行过程中不发生泄漏。

由于高温紧固螺栓工作中承受着拉应力及弯曲引力等外界力，因此，需要高温紧固螺栓具备较高的松弛稳定性和屈服强度，并且，具有足够高的持久塑性和韧性，以及良好的抗高温氧化性。同时，高温紧固螺栓的微观组织稳定性需求较高，热脆性倾向需要较小，这对高温紧固螺栓提出了很高的要求。

然而，近年在役机组的高温紧固螺栓的失效经常发生。其中，金相组织粗大是发生失效的原因之一。高温紧固螺栓一旦出现晶粒粗大的情况，机械性能指标大幅度降低，脆性提高，甚至特大晶粒还会出现过烧情况，造成晶界发生氧化，穿晶破裂。因此，机组每次a级检修，应对高温紧固螺栓(如20cr1mo1vnbtib(争气1号)及20cr1mo1vtib(争气2号)钢制螺栓)进行100％硬度检查及20％金相组织抽查；同时，对硬度高于规定上限的高温紧固螺栓进行金相检查，一旦发现晶粒度粗于5级的高温紧固螺栓，应予更换。

目前，对于高温紧固螺栓的晶粒度的检测方式，一般采用金相检查，金相检查能较好的观察金相组织状态和晶粒尺寸，然而，金相检查的工序复杂，检测效率低，检测成本高；并且，检查时需对高温紧固螺栓进行打磨和腐蚀，对高温紧固螺栓有一定程度的损伤。

因此，如何提高检测效率，降低检测成本，避免高温紧固螺栓损伤，是本技术领域人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种高温紧固螺栓晶粒度测量系统，以提高输出效率及使用寿命，降低体积及重量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高温紧固螺栓晶粒度测量系统，包括超声仪器及探头；

所述探头具有：

用于对被检高温紧固螺栓进行检测的声楔块，所述声楔块具有供所述超声仪器发射的超声波进入的声射换能面及供超声波返回所述超声仪器的声接受换能面；

设置于所述声射换能面上的声射换能器，所述声射换能器与所述超声仪器的发射部通讯连接；

设置于所述声接受换能面上的声接受换能器，所述声接受换能器与所述超声仪器的接受部通讯连接。

优选地，上述高温紧固螺栓晶粒度测量系统中，所述声楔块的底面为与所述被检高温紧固螺栓耦合的耦合面；

所述声射换能器垂直设置于所述声射换能面上；所述声接受换能器垂直设置于所述声接受换能面上；

所述声射换能面与所述耦合面之间的夹角为所述声射换能器的发射角度；

所述声接受换能面与所述耦合面之间的夹角为所述声接受换能器的发射角度。

优选地，上述高温紧固螺栓晶粒度测量系统中，所述声射换能器的发射角度的取值范围是25°-30°；

所述声接受换能器的接受角度的取值范围是25°-30°。

优选地，上述高温紧固螺栓晶粒度测量系统中，所述声楔块的距离长l的取值范围为30mm-35mm；

所述距离长l为所述声射换能器的发射端及所述声接受换能器的接受端投影在所述声楔块的底面上的间距。

优选地，上述高温紧固螺栓晶粒度测量系统中，还包括多个不同等级晶粒度的螺栓试块；

多个所述螺栓试块至少包括晶粒度等级为4级、5级及6级的螺栓试块。

优选地，上述高温紧固螺栓晶粒度测量系统中，所述声射换能器与所述超声仪器的发射部通过探头线通讯连接；

所述声接受换能器与所述超声仪器的接受部通过探头线通讯连接。

本发明还提供了一种高温紧固螺栓晶粒度测量方法，应用如上任一项所述的高温紧固螺栓晶粒度测量系统，其特征在于，包括步骤：

1)绘制声时-晶粒度曲线；

2)将所述探头耦合于所述被检高温紧固螺栓上，记录所述超声仪器显示的检测声时；

3)设置零声时，计算所述被检高温紧固螺栓的声时差；

4)对照所述声时-晶粒度曲线，找出所述被检高温紧固螺栓相应的晶粒度级别；

5)判定所述被检高温紧固螺栓是否合格：

如果所述被检高温紧固螺栓的晶粒度级别满足晶粒度需求，则所述被检高温紧固螺栓合格；

如果所述被检高温紧固螺栓的晶粒度级别不满足晶粒度需求，则所述被检高温紧固螺栓不合格。

优选地，上述高温紧固螺栓晶粒度测量方法中，所述步骤1)中，具体包括步骤：

11)制作多个与所述被检高温紧固螺栓相同材质的螺栓试块，多个所述螺栓试块中至少包含晶粒度等级为4、5及6级的螺栓试块；

12)使用所述超声仪器对不同晶粒度的所述螺栓试块进行声速测量，并绘制声时-晶粒度曲线。

优选地，上述高温紧固螺栓晶粒度测量方法中，所述步骤11)中，所述螺栓试块的数量为五个；五个所述螺栓试块的晶粒度等级分别为4、5、6、6.5及7级。

优选地，上述高温紧固螺栓晶粒度测量方法中，所述步骤1)中，以晶粒度等级为4级的所述螺栓试块的声时作为零点，绘制声时-晶粒度曲线；

所述步骤3)中，将晶粒度等级为4级的声时作为零声时，计算所述被检高温紧固螺栓的声时差。

优选地，上述高温紧固螺栓晶粒度测量方法中，所述步骤5)中，如果所述被检高温紧固螺栓的晶粒度级别大于或等于5级，则满足晶粒度需求；如果所述被检高温紧固螺栓的晶粒度级别小于5级，则不满足晶粒度需求。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的高温紧固螺栓晶粒度测量系统，仅需将探头耦合于被检高温紧固螺栓上，即可通过超声仪器对被检高温紧固螺栓进行声时检测，再根据检测得到的声时与不同晶粒度的高温紧固螺栓的声时进行比较，即可得出被检高温紧固螺栓的晶粒度。本发明提供的高温紧固螺栓晶粒度测量系统，检查工序简单，有效提高了检测效率，降低了检测成本；并且，检查时仅需探头耦合于被检高温紧固螺栓上，无需对高温紧固螺栓进行打磨和腐蚀，有效避免了对高温紧固螺栓的损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的高温紧固螺栓晶粒度测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的探头的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的螺栓试块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的声时-晶粒度曲线的关系图；

图5为本发明实施例提供的高温紧固螺栓晶粒度测量方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种高温紧固螺栓晶粒度测量系统，以提高输出效率及使用寿命，降低体积及重量。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-图3，本发明实施例提供了一种高温紧固螺栓晶粒度测量系统，包括超声仪器00及探头20；其中，探头20具有声楔块22、声射换能器21及声接受换能器23。声楔块22用于对被检高温紧固螺栓30进行检测，声楔块22具有供超声仪器00发射的超声波进入的声射换能面及供超声波返回超声仪器00的声接受换能面；声射换能器21设置于声射换能面上，声射换能器21与超声仪器00的发射部通讯连接；声接受换能器23设置于声接受换能面上，声接受换能器23与超声仪器00的接受部通讯连接。

本发明实施例提供的高温紧固螺栓晶粒度测量系统，仅需将探头20耦合于被检高温紧固螺栓30上，即可通过超声仪器00对被检高温紧固螺栓30进行声时检测，再根据检测得到的声时与不同晶粒度的高温紧固螺栓的声时进行比较，即可得出被检高温紧固螺栓30的晶粒度。本发明实施例提供的高温紧固螺栓晶粒度测量系统，检查工序简单，有效提高了检测效率，降低了检测成本；并且，检查时仅需探头20耦合于被检高温紧固螺栓30上，无需对高温紧固螺栓进行打磨和腐蚀，有效避免了对高温紧固螺栓的损伤。

如图2所示，在本实施例中，探头20的底面为与被检高温紧固螺栓30耦合的耦合面，声射换能器21垂直设置于声射换能面上，声接受换能器23垂直设置于声接受换能面上。因此，声射换能面与底面之间的夹角即为声射换能器21的发射角度，声接受换能面与底面之间的夹角即为声接受换能器23的接受角度。通过上述设置，以便于通过调节声射换能面与底面之间的夹角及声接受换能面与底面之间的夹角，即可完成角度调节。

当然，也可以使声射换能器21以一定倾斜角度设置于声射换能面上，声接受换能器23以一定倾斜角度设置于声接受换能面上。因此，声射换能器21发射超声波的发射方向与耦合面之间的夹角为声射换能器21的发射角度，声接受换能器23接受超声波的接受方向与耦合面之间的夹角为声接受换能器23的接受角度。

为了确保检测效果，声射换能器21的发射角度的取值范围是25°-30°；声接受换能器23的接受角度的取值范围是25°-30°。

进一步地，在本实施例中，声射换能器21的发射角度为26.6°；声接受换能器23的接受角度为27°。

同样地，为了确保检测效果，声楔块22的距离长l的取值范围为30mm-35mm。当然，也可以设置其他尺寸距离长l，在此不再一一累述。其中，距离长l为声射换能器21的发射端及声接受换能器23的接受端投影在声楔块22的底面上的间距。

进一步地，在本实施例中，声楔块22的距离长l为32mm。

如图4所示，本实施例提供的高温紧固螺栓晶粒度测量系统中，还包括多个不同等级晶粒度的螺栓试块40；多个螺栓试块40至少包括晶粒度等级为4级、5级及6级的螺栓试块40。本实施例汇总，使用超声仪器00对不同晶粒度的螺栓试块40进行声速测量，重复测量次数不少于5次，每次测量的误差不大于1％，并取平均值。并且，以对晶粒度等级为4级的螺栓试块40检测得到的声时作为零点，绘制螺栓晶粒度等级与声时差的关系图，即声时-晶粒度曲线。

为了确保通讯稳定性，声射换能器21与超声仪器00的发射部通过探头线10通讯连接；声接受换能器23与超声仪器00的接受部通过探头线10通讯连接。当然，也可以采用无线连接，仅需确保通讯效果即可。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种高温紧固螺栓晶粒度测量方法，应用如上述任一种高温紧固螺栓晶粒度测量系统，包括步骤：

s1：绘制声时-晶粒度曲线；

其中，声时-晶粒度曲线需要包括满足晶粒度需求的数值。

s2：将探头20耦合于被检高温紧固螺栓30上，记录超声仪器00显示的检测声时；

为了确保耦合效果，用水把被检高温紧固螺栓30的被检测部位浸湿。本实施例中，优选被检高温紧固螺栓30的螺杆部位作为被检测部位。

s3：设置零声时，计算被检高温紧固螺栓30的声时差；

其中，零声时可以任意设置，即，大于晶粒度等级为5级的部件(螺栓试块40)的声时、小于晶粒度等级为5级的部件(螺栓试块40)的声时及等于晶粒度等级为5级的部件(螺栓试块40)的声时均可。

s4：对照声时-晶粒度曲线，找出被检高温紧固螺栓30相应的晶粒度级别；

s5：判定被检高温紧固螺栓30是否合格：

如果被检高温紧固螺栓30的晶粒度级别满足晶粒度需求，则被检高温紧固螺栓30合格；

如果被检高温紧固螺栓30的晶粒度级别不满足晶粒度需求，则被检高温紧固螺栓30不合格。

本发明实施例提供的高温紧固螺栓晶粒度测量方法，检查工序简单，有效提高了检测效率，降低了检测成本；并且，检查时仅需探头20耦合于被检高温紧固螺栓30上，无需对高温紧固螺栓进行打磨和腐蚀，有效避免了对高温紧固螺栓的损伤。

进一步地，在本实施例中，步骤s1中，具体包括步骤：

s11：制作多个与被检高温紧固螺栓30相同材质的螺栓试块40，多个螺栓试块40中至少包含晶粒度等级为4、5及6级的螺栓试块40；

优选地，通过热处理方式，制作螺栓试块40。

s12：使用超声仪器00对不同晶粒度的螺栓试块40进行声速测量，并绘制声时-晶粒度曲线。

当然，也可以采用其他方式，如应用已知晶粒度的高温紧固螺栓，直接使用超声仪器00进行声速测量，并绘制声时-晶粒度曲线。

本实施例中，为了确保检测精度，步骤s11中，螺栓试块40的数量为五个；五个螺栓试块40的晶粒度等级分别为4、5、6、6.5及7级。

当然，也可以将螺栓试块40的数量设置为其他数值，在此不再详细说明且均在保护范围之内。

优选地，步骤s1中，以晶粒度等级为4级的螺栓试块40的声时作为零点，绘制声时-晶粒度曲线；步骤s3中，将晶粒度等级为4级的声时作为零声时，计算被检高温紧固螺栓30的声时差。

也可以选择晶粒度等级为5级的螺栓试块40的声时作为零点。

本实施例中，步骤s5中，如果被检高温紧固螺栓30的晶粒度级别大于或等于5级，则满足晶粒度需求；如果被检高温紧固螺栓30的晶粒度级别小于5级，则不满足晶粒度需求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。