CAP1400汽輪機低壓轉(zhuǎn)子鍛件超聲檢測分析

黃 巍

(東方汽輪機有限公司，四川618000)

標(biāo) 準(zhǔn) 化

CAP1400汽輪機低壓轉(zhuǎn)子鍛件超聲檢測分析

黃 巍

(東方汽輪機有限公司，四川618000)

針對CAP1400汽輪機低壓焊接轉(zhuǎn)子鍛件超聲檢測要求與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行對比分析，并提出了具體的檢測程序，明確了相關(guān)技術(shù)參數(shù)和掃查要求。

CAP1400；轉(zhuǎn)子鍛件；超聲檢測

1 CAP1400轉(zhuǎn)子鍛件檢測背景

石島灣CAP1400型壓水堆核電機組是我國在引進(jìn)第三代先進(jìn)核電AP1000非能動技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過消化、吸收再創(chuàng)新開發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)，具有更大功率的非能動大型先進(jìn)壓水堆核電機組。而轉(zhuǎn)子作為機組汽輪機的核心關(guān)鍵部件，承擔(dān)著工質(zhì)能量轉(zhuǎn)換及扭矩傳遞的重任。由于該機型功率達(dá)1400 MW，低壓轉(zhuǎn)子重達(dá)250 t，對生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)要求很高。目前世界上僅有幾家大公司能夠生產(chǎn)這種轉(zhuǎn)子，產(chǎn)能較低，生產(chǎn)進(jìn)度無法滿足我國電站建設(shè)快速發(fā)展的需要，加之國內(nèi)尚不具備此方面生產(chǎn)技術(shù)能力。故該機組轉(zhuǎn)子采用焊接形式，相對于傳統(tǒng)的整鍛轉(zhuǎn)子具有強度高，相對重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度大，材料利用率高等優(yōu)點，解決了優(yōu)質(zhì)大鍛件的供貨難問題，同時縮短了制造周期。

2 CAP1400低壓轉(zhuǎn)子鍛件結(jié)構(gòu)

CAP1400汽輪機低壓焊接轉(zhuǎn)子由我公司自主設(shè)計研發(fā)，為六段五焊縫結(jié)構(gòu)，焊接完成后長約14 m，重達(dá)250 t左右。轉(zhuǎn)子鍛件主要有軸頭和輪盤兩種形式，其中軸頭長約4.5 m，重約64 t；最大輪盤直徑約3.2 m，重約42 t。根據(jù)材料技術(shù)規(guī)范要求，轉(zhuǎn)子分為焊接坡口區(qū)、葉片裝配區(qū)及其他區(qū)域3個部分，鍛件分區(qū)圖如圖1所示。

(a)轉(zhuǎn)子軸頭分區(qū)

(b)轉(zhuǎn)子輪盤分區(qū)

3 轉(zhuǎn)子鍛件技術(shù)要求對比分析

通過對比CAP1400鍛件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)同行業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)子鍛件技術(shù)條件發(fā)現(xiàn)，其超聲檢測要求遠(yuǎn)高于國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時CAP1400轉(zhuǎn)子鍛件不同區(qū)域的結(jié)構(gòu)功能不同，檢測靈敏度和驗收要求也不盡相同，相比之下更為科學(xué)合理。

3.1 缺陷定義

在超聲檢測缺陷定義方面，相比JB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如JB/T 1581、JB/T 1582)，在密集缺陷的定義上CAP1400低壓轉(zhuǎn)子鍛件技術(shù)規(guī)范(MS2604F)增加了成組缺陷的規(guī)定，即在邊長為50 mm的立方體內(nèi)少于5個的顯示則為成組缺陷。其他如，單個分散缺陷、游動缺陷、密集缺陷等的定義是相同的。

3.2 檢測靈敏度

CAP1400鍛件因結(jié)構(gòu)原因相比一般整鍛轉(zhuǎn)子增加了焊接坡口區(qū)，因此主要從葉片裝配區(qū)和其他區(qū)域進(jìn)行對比。從檢測靈敏度來看，JB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如JB/T 8707、JB/T 7027)對轉(zhuǎn)子不同功能區(qū)域采用了相同的檢測靈敏度，規(guī)定小于?1.6 mm平底孔當(dāng)量(FBH)的單個缺陷不計，密集缺陷下限當(dāng)量為?1.2 mm，可理解為其檢測靈敏度為?1.2 mm FBH。JB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與CAP1400鍛件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)超聲檢測靈敏度對比見表1。從表1可見，在轉(zhuǎn)子焊接制造和機組運行的關(guān)鍵區(qū)域，MS2604F要求遠(yuǎn)高于JB規(guī)范，在大鍛件的一般區(qū)域則JB標(biāo)準(zhǔn)較高。

3.3 驗收指標(biāo)

JB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與MS2604F在超聲檢測驗收指標(biāo)方面相比較，底波衰減、游動信號等要求相同，主要差別在于不同區(qū)域的單個和密集缺陷的驗收，對比如表2所示。

表1 JB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與CAP1400鍛件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)超聲檢測靈敏度對比Table 1 Comparison of ultrasonic test sensitivity between JB industry standard and CAP1400 forging technology standards

表2 JB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與CAP1400鍛件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)超聲檢測驗收差異對比Table 2 Comparison of ultrasonic test acceptance between JB industry standard and CAP1400 forging technology standards

通過對比，JB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)僅在密集缺陷的驗收方面，根據(jù)轉(zhuǎn)子鍛件功能區(qū)的不同，略有差異。而MS2604F則對不同區(qū)域不同缺陷的驗收要求更為細(xì)致，且均高于JB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 檢測程序

為確保檢驗要求，滿足焊接制造和安全運行要求，CAP1400轉(zhuǎn)子鍛件的超聲檢測應(yīng)采用多種探頭從多個方向進(jìn)行檢測。對于轉(zhuǎn)子鍛件不同功能區(qū)域檢測靈敏度設(shè)定，推薦使用探頭的AVG曲線圖進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測靈敏度。

4.1 單晶縱波直探頭檢測

對于轉(zhuǎn)子鍛件整體而言，基本的檢測是應(yīng)采用單晶縱波直探頭從鍛件的軸向和徑向進(jìn)行檢測，且宜選取4 MHz～5 MHz頻率探頭(如GE制B4S)。但在性能熱處理前，因鍛件組織晶粒粗大，可采用2 MHz探頭進(jìn)行檢測，此時檢測不作為驗收的必要條件，可將實際MDDS作為檢測靈敏度，并進(jìn)行報告。

4.2 單晶橫波斜探頭檢測

對于轉(zhuǎn)子鍛件尤其是葉片裝配區(qū)，應(yīng)采用單晶橫波斜探頭，從順時針和逆時針兩個方向進(jìn)行切向掃查，推薦選用45°單晶縱波斜探頭(如GE制WB45-2E)，掃查的有效深度H可按下述公式計算獲得：

H=R-sinβ

式中，H為切向掃查有效深度；R為檢測處鍛件外圓半徑；β為超聲波探頭入射角。

4.3 雙晶縱波直探頭檢測

對于轉(zhuǎn)子鍛件焊接坡口區(qū)和葉片裝配區(qū)，還應(yīng)采用雙晶縱波直探頭(如GE制SEB4E)進(jìn)行掃查，以確保檢出近表面缺陷，從而避免影響后續(xù)制造加工。

4.4 其他檢測

對直徑變化的倒“R”部位應(yīng)采用2個角度單晶橫波斜探頭(45°和60°)分別在鍛件直徑變化倒“R”部位兩側(cè)以下的區(qū)域進(jìn)行軸向掃查，并采用雙晶縱波直探頭對“R”部位進(jìn)行軸向掃查。

對距軸頸表面50 mm以內(nèi)的區(qū)域應(yīng)增加采用雙晶縱波直探頭或70°斜探頭進(jìn)行掃查。

另外，還需在鍛件最大直徑處選擇一個無缺陷的部位用2.25 MHz(或2.5 MHz)和5 MHz的探頭分別測量材料的衰減情況并提供材料的衰減數(shù)據(jù)，最大允許衰減值為3 dB。鍛件超聲波掃查示意圖如圖2所示。

(a)探頭掃查

(b)軸頭掃查

(c)輪盤掃查

5 結(jié)束語

目前CAP1400項目1#機組汽輪機低壓轉(zhuǎn)子鍛件均從國外進(jìn)口，我公司進(jìn)行焊接制造，鍛件產(chǎn)品的制造檢驗?zāi)Ｊ蕉嘁砸娮C方式進(jìn)行，為確保產(chǎn)品質(zhì)量符合制造要求，我們與國外鍛件供應(yīng)商進(jìn)行多次交流，制定了雙方共同認(rèn)可的檢測方案，并成功應(yīng)用于產(chǎn)品制造。

建成壓水堆重大專項CAP1400示范工程核電站，是我國三代核電技術(shù)自主創(chuàng)新的標(biāo)志，并已列入國家發(fā)改委調(diào)整后的《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》。根據(jù)國家核電技術(shù)公司重大專項辦公室組織檢查評估專家組指導(dǎo)意見，在示范項目2#機組制造中將采用國內(nèi)大型鍛件供應(yīng)商轉(zhuǎn)子鍛件產(chǎn)品，本文對鍛件檢測的分析和程序可作為后續(xù)鍛件國產(chǎn)化制造檢驗的重要參考和執(zhí)行依據(jù)。

[1] 《超聲波探傷》編寫組.超聲波探傷[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995.

編輯 杜青泉

Ultrasonic Test Analysis on Low Pressure Rotor Forgings of CAP1400 Steam Turbine

Huang Wei

By comparing UT requirements and industry standard requirements of low pressure welding rotor forging of CAP1400 steam turbine, the detailed test procedure has been brought out and the relevant technical parameters and scanning requirements has been defined clearly.

CAP1400; rotor forging; ultrasonic test

2016—10—08

黃巍(1975—)，男，本科，工程師，主要從事無損檢測工作。

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