陜西省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院 陜西 西安 710048

1 引言

汽輪機(jī)葉片是汽輪機(jī)的關(guān)鍵零件，也是汽輪機(jī)當(dāng)中最為重要的零件之一。蒸汽氣流通過汽輪機(jī)當(dāng)中的葉片將自身的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，并通過發(fā)電機(jī)組將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。汽輪機(jī)葉片主要分為動(dòng)葉片和靜葉片兩大類型[1]?；鹆Πl(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)葉片長期受高溫高壓蒸汽的作用，工作中承受著較大的彎矩，高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的動(dòng)葉片還要承受很高的離心力，處于濕蒸汽汽區(qū)的葉片，特別是末級葉片，要經(jīng)受電化學(xué)腐蝕及水滴沖蝕，動(dòng)葉片還要承受很復(fù)雜的激振力，這些都是造成葉片斷裂的原因，應(yīng)力較大時(shí)再附加一定的振動(dòng)，極易引起葉片的損傷，此外葉片長期運(yùn)行過程中，在介質(zhì)、應(yīng)力、溫度等的綜合作用下，葉片的表面狀態(tài)及葉片組織性能會(huì)逐漸惡化，就會(huì)導(dǎo)致葉片在葉根或葉身部位發(fā)生開裂甚至斷裂事故。

2 超聲檢測在葉片檢測中的優(yōu)勢

超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，在不同質(zhì)界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超聲波波長時(shí)，則超聲波在缺陷上反射回來，探傷儀可將反射波顯示出來；如缺陷的尺寸甚至小于波長時(shí)，聲波將繞過缺陷而不能反射。表面波是一種沿固體近表面(兩倍波長深度內(nèi))傳播的超聲波，當(dāng)在傳播過程中遇到裂紋等缺陷時(shí)，表面波一部分會(huì)以原來波形與路徑反射回來被探頭所接收，因此表面波超聲檢測對于較薄的葉片來說是一種很有效的檢測裂紋方法。

3 超聲檢測在葉片檢測中的應(yīng)用

3.1 葉片超聲檢測參數(shù)的選擇 檢測標(biāo)準(zhǔn)或依據(jù):DL/T 714-2011《汽輪機(jī)葉片超聲波檢驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則》[2]。

探頭選擇:對于表面光潔度較好葉片，多采用頻率為較高的5MHz探頭，以保證足夠的靈敏度；但對于表面存在油污、水垢和晶粒粗大造成表面波嚴(yán)重衰減的葉片，應(yīng)采用頻率較低的2.5MHz探頭，如果發(fā)現(xiàn)可疑反射信號(hào)時(shí)，打磨信號(hào)兩側(cè)部位至光滑，應(yīng)采用5MHz探頭在信號(hào)兩側(cè)分別檢測以確定是否為缺陷反射波。

晶片尺寸:大尺寸晶片的指向性能好、能量集中，對近表面缺陷的檢測具有較高靈敏度，在滿足接觸面積的前提下，可采用較大晶片的探頭，如晶片尺寸為13×13mm；對于較小葉片或檢測位置有限時(shí)，應(yīng)選取短前沿、晶片較小的探頭，如晶片尺寸為6×6mm。

試塊選擇:對比試塊應(yīng)選取實(shí)際檢測葉片，自由端約成90°的葉片對儀器和探頭進(jìn)行調(diào)校。

掃描速度:在實(shí)際檢測葉片上，將掃描速度調(diào)節(jié)為1:1，以便于對缺陷定位。

基準(zhǔn)靈敏度:將表面波探頭放置在葉片上，選擇一片自由端約成90°的葉片，探頭對準(zhǔn)自由端，前沿距端頭40mm，轉(zhuǎn)動(dòng)探頭使葉片端頭回波達(dá)到最大，然后調(diào)節(jié)衰減器使回波達(dá)到滿屏80%，將衰減器增益20dB。

掃查方式:對葉片進(jìn)行表面波探傷時(shí)，每次掃查都應(yīng)左右略微轉(zhuǎn)動(dòng)探頭，以達(dá)到檢測更大范圍的目的。為提高分辨率，降低表面波在傳播過程中的衰減，每次檢測的長度不宜太大，如果是表面光潔度較好的葉片可以選擇檢測范圍為200mm左右；如表面光潔度較差，存在水垢、氧化皮的葉片應(yīng)以實(shí)際情況選擇100mm～150mm的檢測范圍，保證足夠的檢測靈敏度。檢測葉身部位時(shí)，將表面波探頭置于葉片出汽邊，平行于葉片邊沿掃查，同時(shí)探頭略作左右擺動(dòng)，掃查方式見圖1；

3.2 超聲檢測在葉片檢測中的應(yīng)用 經(jīng)過對多臺(tái)在役機(jī)組汽輪機(jī)葉片的表面波超聲檢測，發(fā)現(xiàn)某發(fā)電廠600MW超臨界機(jī)組A、B低壓轉(zhuǎn)子末二級多只葉片反射波超標(biāo)，砂紙打磨后無法用滲透檢出，后經(jīng)磁粉檢測，發(fā)現(xiàn)存在線性顯示磁痕，見圖2、3。最后電廠對存在問題的葉片進(jìn)行了處理，防止了重大事故的發(fā)生。

圖1 葉身部位探傷示意圖

圖2 汽輪機(jī)葉片缺陷形貌

圖3 汽輪機(jī)葉片缺陷形貌

3.3 葉片超聲檢測注意事項(xiàng)

(1)對汽輪機(jī)葉片進(jìn)行超聲檢測時(shí)，應(yīng)選用透聲性能好、不會(huì)對葉片有腐蝕的耦合劑，一般選用甘油；(2)對汽輪機(jī)葉片進(jìn)行超聲檢測前，葉片表面的油污應(yīng)清除干凈，不能在檢測之前先把耦合劑涂上，防止表面波的大大衰減及耦合劑剛好覆蓋住缺陷以至于無法檢出；(3)對汽輪機(jī)葉片進(jìn)行超聲檢測時(shí)，如發(fā)現(xiàn)可疑反射信號(hào)，先判斷是否為油污、小的凹坑或是別的原因造成，如不是以上原因應(yīng)從信號(hào)位置兩側(cè)進(jìn)行檢測，然后打磨掉露出金屬光澤再用滲透或磁粉進(jìn)行復(fù)檢；即使?jié)B透或磁粉未發(fā)現(xiàn)缺陷顯示的也應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)對該葉片進(jìn)行處理。(4)當(dāng)檢測到接近葉根處時(shí)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，儀器接收反射回來的表面波增多不好判斷時(shí)，可以用手指在探頭前面進(jìn)行按壓，以確定反射波的位置。

4 結(jié)語

汽輪機(jī)葉片為火力發(fā)電機(jī)組極為重要的部件，一旦發(fā)生問題就會(huì)造成嚴(yán)重后果，采用表面波超聲檢測對汽輪機(jī)葉片缺陷檢測具有十分強(qiáng)烈的敏感性，可以達(dá)到檢出細(xì)小缺陷的目的，防止了缺陷的漏檢，可有效避免因葉片斷裂導(dǎo)致的停機(jī)事故，確保機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。