發(fā)電機護環(huán)缺陷及檢測方法

[摘要]超聲波檢測以其不需要拆卸護環(huán)和對面積性缺陷(特別是裂紋)的檢出率高等優(yōu)點成為發(fā)電機護環(huán)檢測的常用方法，文章對其檢測過程進行分析。

[關(guān)鍵詞]發(fā)電機；護環(huán)；超聲波檢測

[作者簡介]黃志軍，廣東火電工程總公司工程師，研究方向：火力發(fā)電廠安裝技術(shù)和工程管理，廣東廣州，510000

[中圖分類號]TM623.3

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]1007-7723(2009)09-0134-0002

某電廠4號機組大修時累計運行216000h。其發(fā)電機護環(huán)材質(zhì)為18MnSCr，為非鐵磁性合金，這種材料在運轉(zhuǎn)時減少了護壞的磁熱，使護環(huán)具有較好的電氣性能。作為電廠金屬監(jiān)督檢查的主要部件，本次大修對其進行了以超聲波為主的檢測。

一、檢測條件和方法

考慮到護環(huán)材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，晶粒較粗大，為減少衰減，提高信噪比，選用1MHz頻率；晶片尺寸的選擇主要考慮了探傷效率和有效發(fā)現(xiàn)遠距離缺陷的能力，選用晶片尺寸較大的探頭(20mm×22mm)；K值定為0.8，對內(nèi)表面裂紋反射靈敏，同時也不會因聲程過大而使聲能損失嚴(yán)重。

采用JB／T10326-2002《在役發(fā)電機護環(huán)超聲波檢驗技術(shù)》標(biāo)準(zhǔn)。探傷靈敏度為中<1mm×6mm-10 dB，且晶界回波≤20％。檢驗時每個護環(huán)都必須進行周向雙向和軸向雙向共計四個方向的檢測。探頭移動速度≤120 mm／s，探頭每次掃查覆蓋率大于探頭面積的15％。

二、掃查中的信號顯示

在正常情況下，超聲波在內(nèi)表面不會有反射信號。當(dāng)然在用橫波軸向掃查時，會出現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)固有信號，這可以通過對側(cè)相反方向掃查來加以排除。檢測中除出現(xiàn)結(jié)構(gòu)反射外，還有透入波顯示(由于護環(huán)與發(fā)電機軸齒緊密結(jié)合，一部分超聲波透過結(jié)合層，傳播至主軸齒被發(fā)射回來產(chǎn)生，這可通過其反射信號聲程大于護環(huán)壁厚直射波聲程來加以判斷)。

周向掃查時，在靠近汽機側(cè)的護環(huán)上發(fā)現(xiàn)有三個信號反射，其典型特征相似，且均出現(xiàn)在護環(huán)緊力面處。為了準(zhǔn)確判定信號是否由缺陷引起，對位置較好、特點最明顯的一處信號進行了仔細測量，并對結(jié)果作了詳細記錄，其典型特征有：(1)兩側(cè)探測的最高點強度相差9dB，且最強點比<1mm×6mm高7.5 dB。(2)兩側(cè)探測的最強點深度顯示值相近，均為根部反射(信號的深度顯示值比實際壁厚小，主要是由于試塊與工件材質(zhì)不同，聲速存在差異所致，需加以換算。同時圓弧面的定位也要修正。(3)水平定位交于一點，用6 dB法測得的指示長度值相差不大。

三、信號分析與討論

一般來說，裂紋波形清晰、陡直、反射靈敏、波根較窄且從兩側(cè)探傷能定位于一點。但顯然單從這些方面很難辨別出以上信號是否由裂紋引起，需進一步分析。通常，護環(huán)產(chǎn)生的軸向裂紋按走向大致可以分為垂直于內(nèi)表面和與內(nèi)表面呈一定角度兩種(圖1)。根據(jù)護環(huán)的受力及運行方式，一旦出現(xiàn)軸向裂紋，以前者為多，但也不能排除后者。

從探傷的角度考慮，圖1a所示的軸向裂紋引起的反射類似于橫波在端角上的反射，信號較強。更為重要的是從兩側(cè)相反方向檢測時均為一次波掃查到，信號幅度最強點也都是主聲束在端角位置引起的。因此，兩側(cè)探到的最強點幅值應(yīng)相差不大、深度顯示相同、水平定位交于一點(考慮到內(nèi)外徑相差不大，可以忽略由圓弧面引起的定位誤差)。雖然發(fā)現(xiàn)的實際信號滿足后兩種特征深度和水平特征)，但幅值相差較大(9 dB)，與垂直軸向裂紋幅值應(yīng)相差不大的條件不符，據(jù)此可以排除信號為軸向垂直裂紋的可能性。

類似的，圖1b的傾斜裂紋從兩側(cè)探測時應(yīng)具有以下特征：(1)一側(cè)掃查時一次波最強，而對側(cè)最強波應(yīng)是由二次波反射得到。(2)用一次波發(fā)現(xiàn)的信號深度顯示略小于壁厚，而對側(cè)的二次波顯示應(yīng)大于壁厚。(3)水平定位趨于一點。雖然根據(jù)(1)的情況會出現(xiàn)由于聲程差而導(dǎo)致兩側(cè)信號幅值有所差異，滿足所記錄的存在幅值差的特征，但與實際情況的兩側(cè)深度顯示一致的事實相違背。因此也不可能屬于圖1_b所示的傾斜裂紋的情況。

根據(jù)以上分析，可以斷定所發(fā)現(xiàn)的信號為非裂紋引起。

四、實際試驗

經(jīng)對三處可疑信號對應(yīng)的內(nèi)表面部位反復(fù)進行滲透檢測后，未發(fā)現(xiàn)任何缺陷顯示。為排除護環(huán)取下后可能導(dǎo)致裂紋閉合從而減弱滲透檢查靈敏度的影響，筆者用超聲波在外表面對原先位置進行復(fù)探。發(fā)現(xiàn)在原先出現(xiàn)波幅很強的—側(cè)，只有通過提高靈敏度才能有信號顯示，波幅降低很多，信號可重復(fù)性差，而另一側(cè)則無法發(fā)現(xiàn)。

綜合分析各種因素的影響，結(jié)合金相分析的結(jié)果(微觀上在晶界上有微小裂紋產(chǎn)生，建議監(jiān)督運行)，筆者認為所發(fā)現(xiàn)的信號為壓痕引起。圖2為護環(huán)在轉(zhuǎn)子上的安裝示意圖。

由于護環(huán)在轉(zhuǎn)子上安裝壓力過大，完全可能出現(xiàn)圖2所示的轉(zhuǎn)子大小齒部分壓入護環(huán)內(nèi)的情況。如果大小齒端角不直，有一小角突出，會導(dǎo)致護環(huán)局部部位(c處)形成小端角。當(dāng)探頭從B側(cè)掃查時，C處的端角會產(chǎn)生反射，只不過其反射信號強度比從A側(cè)檢查時D處引起的反射低很多。當(dāng)然理論上認為直角邊也有可能形成端點衍射，只不過回波高度更低(實驗室實測此護環(huán)厚度下，端角波比端點衍射波高26 dB)，實際探傷靈敏度下發(fā)現(xiàn)的可能性不大。同時考慮到實際情況下因壓痕深度不可能很深，使C、D兩處的反射信號顯示深度差幾乎無法察覺。因此，所發(fā)現(xiàn)的信號特征都能從圖2中得到合理解釋。經(jīng)加熱拆卸后，處于彈性范圍內(nèi)的壓痕又回復(fù)到初始圓滑狀態(tài)。因此，無論是用滲透檢測還是超聲波檢測都難以發(fā)現(xiàn)任何明顯缺陷，從而從側(cè)面驗證了所發(fā)現(xiàn)信號是由壓痕引起的推斷。

對護環(huán)探傷時，應(yīng)對所發(fā)現(xiàn)的可疑信號從多方面(如結(jié)構(gòu)特點、運行條件和安裝情況)綜合分析，并盡可能地利用各種輔助手段進行準(zhǔn)確判斷。條件允許時還應(yīng)從護環(huán)內(nèi)表面檢驗加以驗證。

致作者

尊敬的各位作者：

感謝你們對我刊的信任和支持，從全國各地寄來你們的研究成果，使我刊得以順利出版。但一些作者所附聯(lián)系地址不詳，致使刊物郵寄發(fā)生差錯，甚至無法送達。因此，敬請各位作者來稿時務(wù)必在文末附上詳細地址，包括：城市、街道、門牌號、單位(學(xué)校)名稱、部門(學(xué)院、系、班級)，以及郵政編碼，以保證樣刊順利寄送到你的手中。最好同時附上聯(lián)系電話，方便及時聯(lián)系。

沿海企業(yè)與科技雜志社