CN105445374A - 核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法 - Google Patents

核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于核电站汽轮机设备无损检测技术领域，具体涉及一种核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法，目的是针对在不拆卸核电汽轮机低压转子的叶片的状态下，采用超声相控阵检测技术，克服常规超声检测因叶片之间间距狭小、叶根结构复杂、信号识别困难等不足，通过四种扫查方式交叉扫查，实现叶片第一齿根全体积覆盖和第二、三齿根部分覆盖，并对缺陷进行准确定量，以防止汽轮机叶片叶根断裂事故的发生。其特征在于：它包括***标定、开始检测和显示的判断与定量的步骤。本发明具有无需拆装叶片实施超声检测，缩短检修时间；四种扫查方式交叉扫查、相互补充，实现对枞树型叶根第一齿根部位的全体积覆盖检测；可以实现扇形扫查和深度聚焦。

Description

核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法
技术领域
本发明属于核电站汽轮机设备无损检测技术领域，具体涉及一种核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法。
背景技术
核电汽轮机(NuclearMainTurbine，NMT)是核电站大型重要转动设备，一部分核电汽轮机低压转子叶片根部设计为圆弧枞树型，如图1所示。枞树型叶根的工作应力通常在第一齿根处达到极大值。在汽轮机长期使用过程中，负荷、温度、应力和汽水品质变化等主要从叶根高周疲劳损伤和应力腐蚀上影响着叶片的安全运行，而第一齿根的材料完整性风险最大，国内核电厂机组在运行期间发生过核电汽轮机低压转子叶片第一齿根横向断裂事故。
目前，国内针对核电汽轮机叶片枞树型根部的常规无损检测技术存在以下不足：
(1)表面无损检测技术(磁粉和液体渗透)只能对叶片表面和叶片根部端面进行检测，对根部的内部缺陷无能为力；现有涡流检测的灵敏度达不到细微裂纹的检出要求，且无法实现检测区域的全覆盖。
(2)枞树型叶根沿转子轴向厚度大，且几何形状突变较多，传统超声检测到的结构回波更杂，各种反射信号重叠，从A形显示上难以辨别。
(3)叶片在转子上装配的间距较小，超声探头操作空间受到限制，齿槽内侧需将叶片整圈拆除方可进行超声检测。
发明内容
本发明的目的是针对在不拆卸核电汽轮机低压转子的叶片的状态下，采用超声相控阵检测技术，克服常规超声检测因叶片之间间距狭小、叶根结构复杂、信号识别困难等不足，通过四种扫查方式交叉扫查，实现叶片第一齿根全体积覆盖和第二、三齿根部分覆盖，并对缺陷进行准确定量，以防止汽轮机叶片叶根断裂事故的发生。
本发明是这样实现的：
一种核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法，具体包括如下步骤：
步骤一：***标定；
步骤1.1：测试仪器性能
在进行***标定或重新标定前，对相控阵超声仪的垂直线性、水平线性进行测试，要求相控阵超声仪垂直线性误差不超过5％，水平线性误差不超过2％；
步骤1.2：灵敏度设置
首先在标准试块的R100圆弧上完成探头延迟和角度增益补偿标定后；然后在参考试块上，分别找到其对应的1.5mm深月牙槽的最大幅值，将波幅调到相控阵超声仪屏幕高度的80％，此时相控阵超声仪的增益作为基准灵敏度H0；
步骤二：开始检测；
依次采用4个扫查方式实现叶根第一齿根的全体积覆盖检测：
(1)扫查方式1
将带楔块的横波探头5L12-0.5*6放置在被检叶片外弧侧叶身上，在外弧中部区域移动，声束水平轴线对准内弧径向方向，声束覆盖范围为内弧侧叶身中部，以检测内弧侧的齿根中部区域；
(2)扫查方式2
将带楔块的横波探头5L12-0.5*6放置在被检叶片内弧侧叶身上，在内弧中部区域移动，声束水平轴线对准外弧径向方向，声束覆盖范围为外弧侧叶身中部，以检测外弧侧的齿根中部区域；
(3)扫查方式3
将带楔块的横波探头5L12-0.5*6放置在被检叶片外弧侧肩台上，在肩台沿外弧移动，声束水平轴线对准内弧径向方向，声束覆盖范围为内弧侧进、出汽端部，以检测内弧侧两端端部齿根区域；
(4)扫查方式4
将不带楔块的纵波探头5L10-0.5*6放置在被检叶片外弧侧肩台上，在肩台沿进、出汽侧边缘移动，声束扇形扫查面沿着外弧径向方向，声束覆盖范围为外弧侧进、出汽端部，以检测外弧侧两端端部齿根区域；
步骤三：显示的判断与定量；
步骤3.1：显示识别时通过被检叶片结构波与缺陷回波的相对位置在扇形扫查中进行判断，同时在B扫图像中对回波的位置进行观察辨别，判断被检叶片是否存在缺陷；
步骤3.2：将大于或等于记录阈值的所有缺陷显示全部记录，并用Hm/Ho(dB)表示；其中，Hm是缺陷显示的最大回波信号幅值；Ho是参考试块人工反射体的回波信号最大幅值；然后采用最大回波幅度的“-6dB法”测量缺陷显示的尺寸。
如上所述的标准试块的型号为：CSK-ⅠA型试块；所述的参考试块采用材料和热处理状态与被检叶片相同的枞树型叶片加工制作，并于第一齿根进汽侧和出汽侧两端各设置有两个0.5mm深的月牙槽，于0.5mm深月牙槽的内侧各设置有三个1.5mm深的月牙槽；所述的探头采用频率为5MHz、晶片间距为0.5mm、晶片宽度为6mm的相控阵探头。
本发明的有益效果是：
本发明包括***标定、开始检测和缺陷的判读与定量的步骤。本发明具有如下特点：(1)无需拆装叶片实施超声检测，缩短检修时间；(2)可以实现对枞树型叶根第一齿根部位的全覆盖检测；(3)可以实现扇形扫查和深度聚焦；(4)可实现宽波束和多焦点超声相控阵检测；(5)使用三维软件对复杂结构件进行分析，可以方便检测工艺的制定；(6)设计的检测工艺扫查灵敏度和信噪比能满足检测需求，记录所有40％的信号则不会遗漏尺寸深度0.5mm的槽；(7)检测结果受人为因素影响小；(8)具有实时彩色成像，多个视图同时显示，便于缺陷判读；(9)数据便于存储，管理和调用；(10)检测速度快，缺陷检出率高，具有更高的检测灵活性和适用性。
附图说明
图1是核电站汽轮机纵树型叶片的结构示意图；
图2是本发明的核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法的流程图；
图3是本发明的核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法的标准试块的结构示意图；
图4是本发明的核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法的参考试块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图2所示，核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法，具体包括如下步骤：
步骤一：***标定；
步骤1.1：测试仪器性能
在进行***标定或重新标定前，对相控阵超声仪的垂直线性、水平线性进行测试，要求相控阵超声仪垂直线性误差不超过5％，水平线性误差不超过2％。
步骤1.2：灵敏度设置
首先在标准试块的R100圆弧上完成探头延迟和角度增益补偿标定；然后在参考试块上，分别找到其对应的1.5mm深月牙槽的最大幅值，将波幅调到相控阵超声仪屏幕高度的80％左右，此时相控阵超声仪的增益作为基准灵敏度(H0)。所述的标准试块的型号为：CSK-ⅠA型试块，如图3所示；所述的参考试块采用材料和热处理状态与被检叶片相同的枞树型叶片，并于第一齿根进气侧和出气侧两端各设置有两个0.5mm深的月牙槽，于0.5mm深月牙槽的内侧各设置有三个1.5mm深的月牙槽，如图4所示；所述的探头采用频率为5MHz、晶片间距为0.5mm、晶片宽度为6mm的相控阵探头，根据扫查方式的不同选用不同角度的探头。
步骤1.3灵敏度校核
设置好的灵敏度必须在每天检验开始时、手动检查每间隔4小时、每天检验结束时进行校核。另外，当操作人员认为发生漂移时，或者更换操作人员时也应当进行校核。校核的具体步骤同1.2灵敏度设置。
步骤二：开始检测；
依次采用4个扫查方式实现叶根第一齿根的全体积覆盖检测：
(1)扫查方式1
将带楔块的横波探头5L12-0.5*6(频率为5MHz、晶片数量为12、晶片间距为0.5mm、晶片宽度为6mm、角度范围为30°～70°)放置在被检叶片外弧侧叶身上，在外弧中部区域移动，声束水平轴线对准内弧径向方向，声束覆盖范围为内弧侧叶身中部，以检测内弧侧的齿根中部区域。
(2)扫查方式2
将带楔块的横波探头5L12-0.5*6(频率为5MHz、晶片数量为12、晶片间距为0.5mm、晶片宽度为6mm、角度范围为30°～70°)放置在被检叶片内弧侧叶身上，在内弧中部区域移动，声束水平轴线对准外弧径向方向，声束覆盖范围为外弧侧叶身中部，以检测外弧侧的齿根中部区域。
(3)扫查方式3
将带楔块的横波探头5L12-0.5*6(频率为5MHz、晶片数量为12、晶片间距为0.5mm、晶片宽度为6mm、角度范围为30°～70°)放置在被检叶片外弧侧肩台上，在肩台沿外弧移动，声束水平轴线对准内弧径向方向，声束覆盖范围为内弧侧进、出汽端部，以检测内弧侧两端端部齿根区域。
(4)扫查方式4
将不带楔块的纵波探头5L10-0.5*6(频率为5MHz、晶片数量为10、晶片间距为0.5mm、晶片宽度为6mm、角度范围为-30°～+30°)放置在被检叶片外弧侧肩台上，在肩台沿进、出汽侧边缘移动，声束扇形扫查面沿着外弧径向方向，声束覆盖范围为外弧侧进、出汽端部，以检测外弧侧两端端部齿根区域。
扫查方式1～4可直接用手拿着探头进行扫查，当在叶片的狭小空隙中无法移动时，可使用延长手柄制成探头夹具，使用夹具后能够实现探头的自由稳定移动。
步骤三：显示的判断与定量；
步骤3.1：显示识别时通过被检叶片结构波与缺陷回波的相对位置在扇形扫查中进行判断，同时在B扫图像中对回波的位置进行观察辨别，判断被检叶片是否存在缺陷。
步骤3.2：大于或等于记录阈值的所有缺陷显示都应记录，并用Hm/Ho(dB)表示。其中，Hm是缺陷显示的最大回波信号幅值；Ho是参考试块人工反射体的回波信号最大幅值。采用最大回波幅度的“-6dB法”测量缺陷显示的尺寸。

Claims (4)

1.一种核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法，具体包括如下步骤：
步骤一：***标定；
步骤1.1：测试仪器性能
在进行***标定或重新标定前，对相控阵超声仪的垂直线性、水平线性进行测试，要求相控阵超声仪垂直线性误差不超过5％，水平线性误差不超过2％；
步骤1.2：灵敏度设置
首先在标准试块的R100圆弧上完成探头延迟和角度增益补偿标定；然后在参考试块上，分别找到其对应的1.5mm深月牙槽的最大幅值，将波幅调到相控阵超声仪屏幕高度的80％，此时相控阵超声仪的增益作为基准灵敏度H0；
步骤二：开始检测；
依次采用4个扫查方式实现叶根第一齿根的全体积覆盖检测：
(1)扫查方式1
将带楔块的横波探头5L12-0.5*6放置在被检叶片外弧侧叶身上，在外弧中部区域移动，声束水平轴线对准内弧径向方向，声束覆盖范围为内弧侧叶身中部，以检测内弧侧的齿根中部区域；
(2)扫查方式2
将带楔块的横波探头5L12-0.5*6放置在被检叶片内弧侧叶身上，在内弧中部区域移动，声束水平轴线对准外弧径向方向，声束覆盖范围为外弧侧叶身中部，以检测外弧侧的齿根中部区域；
(3)扫查方式3
将带楔块的横波探头5L12-0.5*6放置在被检叶片外弧侧肩台上，在肩台沿外弧移动，声束水平轴线对准内弧径向方向，声束覆盖范围为内弧侧进、出汽端部，以检测内弧侧两端端部齿根区域；
(4)扫查方式4
将不带楔块的纵波探头5L10-0.5*6放置在被检叶片外弧侧肩台上，在肩台沿进、出汽侧边缘移动，声束扇形扫查面沿着外弧径向方向，声束覆盖范围为外弧侧进、出汽端部，以检测外弧侧两端端部齿根区域；
步骤三：显示的判断与定量；
步骤3.1：显示识别时通过被检叶片结构波与缺陷回波的相对位置在扇形扫查中进行判断，同时在B扫图像中对回波的位置进行观察辨别，判断被检叶片是否存在缺陷；
步骤3.2：将大于或等于记录阈值的所有缺陷显示全部记录，并用Hm/Ho(dB)表示；其中，Hm是缺陷显示的最大回波信号幅值；Ho是参考试块人工反射体的回波信号最大幅值；然后采用最大回波幅度的“-6dB法”测量缺陷显示的尺寸。
2.根据权利要求1所述的核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法，其特征在于：所述的标准试块的型号为：CSK-ⅠA型试块。
3.根据权利要求1所述的核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法，其特征在于：所述的参考试块采用材料和热处理状态与被检叶片相同的枞树型叶片加工制作，于第一齿根进汽侧和出汽侧两端各设置有两个0.5mm深的月牙槽，于0.5mm深月牙槽的内侧各设置有三个1.5mm深的月牙槽。
4.根据权利要求1所述的核电汽轮机枞树型叶片根部超声相控阵检测方法，其特征在于：所述的步骤1.2中使用的探头采用频率为5MHz、晶片间距为0.5mm、晶片宽度为6mm的相控阵探头。
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