CN111855806A - 一种发电机跨接股线钎焊超声波检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，技术方案是，该方法还包括超声波检测仪和与其相连的两个超声波纵波换能器，发射换能器用于向被检对象发射脉冲超声波，其发出的脉冲超声波穿越被检对象后由所述接收换能器接收，根据接收的超声信号强弱来判断被检对象有无缺陷及缺陷严重程度；本发明方法简单，声束只做单向传播，因而声程衰减少，不存在检测盲区，适合检测高衰减材料，而且缺陷的遮挡作用不受缺陷粗糙度或缺陷方位等因素的影响，适用于火电厂发电机跨接股线钎焊层内部缺陷检测，检测速度快，准确度高，是发电机跨接股线钎焊超声波检测方法上的创新。

Description

一种发电机跨接股线钎焊超声波检测方法
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种发电机水电接头水盒盖与跨接股线以及跨接股线与L型压板的钎焊层缺陷超声波检测方法，适用于火电厂发电机跨接股线焊接质量检测。
背景技术
火电厂发电机水盒盖与跨接股线以及跨接股线与L型压板之间的焊接采用中频感应钎焊，焊材主要成分为锡，焊接温度为200℃，钎焊层部位为电气连接点，电流的通路，如此处发生焊接缺陷虽不涉及水或氢气渗漏，但会导致该处电阻值发生变化，对于较小面积的缺陷，电阻值变化并不明显，但如果缺陷面积较大，占总焊接面的30％以上或出现严重开裂，将会导致水盒盖与跨接股线接触不良，机组长时运行会导致该部位温度急剧升高，最终烧损接头，造成机组非计划性停机检修，给发电企业带来较大的经济损失和社会影响。因此，寻求一种高效的检测方法，及时发现发电机跨接股线钎焊内部缺陷，对于发电企业的安全生产具有重要的意义。
发电机水盒盖、跨接股线以及L型压板均为铜材质部件，晶粒度大小差别较大，且焊材主要成分为锡，属于异种钢焊接，采用直探头超声波反射法检测时，声束衰减较大，底面回波较低或完全消失，且信噪比较低、穿透能力下降，检测灵敏度无法保证。而采用渗透检测方法无法发现钎焊层内部缺陷，造成缺陷漏检，且渗透检测作业强度较大，检测效率低。因此，其改进和创新势在必行。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，可有效解决发电机跨接股线钎焊超声波检测的问题。
本发明解决的技术方案是：
一种发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，包括水盒盖、跨接股线和L型压板，水盒盖与跨接股线之间设置有第一跨接股线钎焊层，跨接股线与L型压板之间设置有第二跨接股线钎焊层，该方法还包括超声波检测仪和与其相连的两个超声波纵波换能器，两个超声波纵波换能器分别为发射换能器和接收换能器；
所述发射换能器用于向被检对象发射脉冲超声波，其发出的脉冲超声波穿越被检对象后由所述接收换能器接收，根据接收的超声信号强弱来判断被检对象有无缺陷及缺陷严重程度，当被检对象无缺陷时，脉冲超声波穿透后衰减小，则接收到的信号较强，当被检对象存在较小缺陷时，脉冲超声波在传播过程中部分声束被缺陷遮挡，接收换能器只能收到较弱的信号，若被检对象中存在面积大于声束截面的缺陷时，全部声束将被缺陷遮挡，接收换能器则收不到发射信号；
所述超声波检测仪用于检测并显示脉冲超声波穿越被检对象后的接收换能器接收到的超声波幅度；
具体检测方法包括以下步骤：
A、清理发电机水盒盖与L型压板检测面上附着的杂质和油污；
B、采用与被检对象同等厚度紫铜块进行声速和零点校准，将基准波高调至满屏幕80％，增益4dB为检测灵敏度；
C、在被检对象两侧，即水盒盖底面和L型压板表面的检测面上均匀涂抹超声波耦合剂；
D、将发射换能器和接收换能器分别放置在被检对象两侧的水盒盖底面和L型压板表面，且发射换能器和接收换能器保持同轴设置；
E、发射换能器向被检对象发射脉冲超声波，脉冲超声波穿越被检对象后由所述接收换能器接收，以水盒盖为检测基准面，在水盒盖左、右两侧实体部位移动发射换能器，同时接收换能器同步移动到与发射换能器对应的同轴位置，每次移动一个换能器直径位置检测一点，直到移动范围覆盖水盒盖全部实体部位；
F、若单点接收换能器接收到的超声波幅度大于或等于满屏幕80％，则认定跨接股线两侧钎焊层点检测合格；若单点接收换能器接收到的超声波幅度小于满屏幕80％，则认定跨接股线两侧钎焊层点检测不合格；
若合格点占检测总点数大于80％，则被检部件焊接质量合格；若合格点占检测总点数小于80％，则被检部件焊接质量不合格。
优选的，所述超声波检测仪工作频率范围为0.5MHz～10MHz，水平线性误差不大于1％，垂直线性误差不大于5％。
优选的，所述超声波纵波换能器的直径为8mm的窄脉冲超声波换能器，远场分辨率均不小于30dB。
优选的，所述超声波耦合剂采用型号为CG-98型耦合剂，步骤B校准和步骤C检验时采用同种规格的耦合剂。
优选的，所述发射换能器和接收换能器固定在发电机跨接股线钎焊超声波检测用扫查架上，所述发电机跨接股线钎焊超声波检测用扫查架包括弹性材料制成的圆形支撑架，圆形支撑架一侧开有内外贯通的缺口，缺口两侧的圆形支撑架端部分别连接有呈相互远离方向对称倾斜设置的角度调节杆，两角度调节杆远离圆形支撑架的一端均铰接有角度可调的换能器支撑杆，两侧换能器支撑杆正对侧上固定有用于安装超声波纵波换能器的固定套，两侧角度调节杆的正对面上设置有沿其长度方向布置的滑道，两侧的滑道内分别设置有沿滑道长度方向前后滑动的滑块，两侧的滑块之间连接有滑板，圆形支撑架远离缺口一端固定有转动支撑套，转动支撑套内设置有上下贯通的安装通道，安装通道转动连接有角度调节螺杆，安装通道中心设置有向外凸起的球形转动槽，安装通道内的角度调节螺杆上固定有转动设置在球形转动槽内的球形转动体，角度调节螺杆两端分别伸出安装通道两端，朝向滑板一端延伸的螺杆与滑板螺纹连接。
优选的，所述固定套的轴线与换能器支撑杆的轴线相互垂直；当两侧的换能器支撑杆相互平行时，两固定套的轴线共线且该轴线与滑板平行，同时螺杆的轴线与滑板垂直。
本发明方法简单，通过发射换能器向被检对象发射脉冲超声波，其发出的脉冲超声波穿越被检对象后由接收换能器接收，根据接收的超声信号强弱来判断被检对象有无缺陷及缺陷严重程度，当被检对象无缺陷时，脉冲超声波穿透后衰减小，则接收到的信号较强，当被检对象存在较小缺陷时，脉冲超声波在传播过程中部分声束被缺陷遮挡，接收换能器只能收到较弱的信号，若被检对象中存在面积大于声束截面的缺陷时，全部声束将被缺陷遮挡，接收换能器则收不到发射信号，由于此种检测方法声束只做单向传播，因而声程衰减少，不存在检测盲区，适合检测高衰减材料，而且缺陷的遮挡作用不受缺陷粗糙度或缺陷方位等因素的影响，适用于火电厂发电机跨接股线钎焊层内部缺陷检测，检测速度快，准确度高，是发电机跨接股线钎焊超声波检测方法上的创新，有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明发电机跨接股线钎焊检测示意图(箭头a表示超声波纵波换能器的扫查方向)。
图2为本发明扫查架配合检测示意图(箭头a表示超声波纵波换能器的扫查方向)。
图3为本发明发电机跨接股线钎焊超声波检测用扫查架的结构示意图(局部剖开)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-3给出，本发明一种发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，包括水盒盖1、跨接股线2和L型压板3，水盒盖1与跨接股线2之间设置有第一跨接股线钎焊层4a，跨接股线2与L型压板3之间设置有第二跨接股线钎焊层4b，该方法还包括超声波检测仪和与其相连的两个超声波纵波换能器，两个超声波纵波换能器分别为发射换能器5a和接收换能器5b；
所述发射换能器5a用于向被检对象发射脉冲超声波，其发出的脉冲超声波穿越被检对象后由所述接收换能器5b接收，根据接收的超声信号强弱来判断被检对象有无缺陷及缺陷严重程度，当被检对象无缺陷时，脉冲超声波穿透后衰减小，则接收到的信号较强，当被检对象存在较小缺陷时，脉冲超声波在传播过程中部分声束被缺陷遮挡，接收换能器只能收到较弱的信号，若被检对象中存在面积大于声束截面的缺陷时，全部声束将被缺陷遮挡，接收换能器则收不到发射信号；
所述超声波检测仪用于检测并显示脉冲超声波穿越被检对象后的接收换能器接收到的超声波幅度；
具体检测方法包括以下步骤：
A、清理发电机水盒盖与L型压板检测面上附着的杂质和油污；
B、采用与被检对象同等厚度紫铜块进行声速和零点校准，将基准波高调至满屏幕80％，增益4dB为检测灵敏度；
C、在被检对象两侧，即水盒盖底面和L型压板表面的检测面上均匀涂抹超声波耦合剂；
D、将发射换能器5a和接收换能器5b分别放置在被检对象两侧的水盒盖底面和L型压板表面，且发射换能器5a和接收换能器5b保持同轴设置；
E、发射换能器5a向被检对象发射脉冲超声波，脉冲超声波穿越被检对象后由所述接收换能器5b接收(如图2检测线5c所示)，以水盒盖为检测基准面，在水盒盖左、右两侧实体部位移动发射换能器，同时接收换能器同步移动到与发射换能器对应的同轴位置，每次移动一个换能器直径(8mm)位置检测一点，直到移动范围覆盖水盒盖全部实体部位；
F、若单点接收换能器接收到的超声波幅度大于或等于满屏幕80％，则认定跨接股线两侧钎焊层点检测合格；若单点接收换能器接收到的超声波幅度小于满屏幕80％，则认定跨接股线两侧钎焊层点检测不合格；
若合格点占检测总点数大于80％，则被检部件焊接质量合格；若合格点占检测总点数小于80％，则被检部件焊接质量不合格；
根据检验结果记录检测数据，编写检测报告，若被检部件焊接质量不合格，则进行后续维护措施。
为保证使用效果，所述超声波检测仪工作频率范围为0.5MHz～10MHz，水平线性误差不大于1％，垂直线性误差不大于5％；该技术为现有技术，如可采用美国通用电气公司生产和销售的USM Go+型超声波检测仪。
所述超声波纵波换能器的直径为8mm的窄脉冲超声波换能器，远场分辨率均不小于30dB；如可采用广东汕头超声电子股份有限公司生产和销售的5C8N型窄脉冲超声波换能器。
发电机跨接股线钎焊层两侧母材为热轧紫铜板，由于紫铜在熔炼时易生成粗大的柱状晶，在热轧过程中，这种粗大的晶粒很难被消除，加上紫铜本身存在的黏滞性，从而造成超声波的散射和黏滞吸收衰减特别大，严重影响超声波探伤的灵敏度。
通过研究超声波结构噪声散射理论可知，通过限制粗大晶粒与超声波束的相互作用机率可提高信噪比。在脉冲重复频率一定的情况下，减小入射脉冲宽度，相当于使声波轴线上两个相邻晶界的散射声脉冲发生干涉的程度和可能性受到削弱，因而，相邻晶界的回波间所产生的干涉效应亦受到抑制，从而提高超声波检测信噪比。对比了不同直径和脉冲宽度的超声波换能器，最终选定直径为8mm的窄脉冲超声波换能器，其信噪比高，适用于发电机跨接股线钎焊层超声波检测。
所述超声波检测仪和超声波纵波换能器的组合频率与公称频率误差不大于±10％；
所述超声波耦合剂采用型号为CG-98型耦合剂，步骤B校准和步骤C检验时采用同种规格的耦合剂。
所述发射换能器5a和接收换能器5b固定在发电机跨接股线钎焊超声波检测用扫查架上，所述发电机跨接股线钎焊超声波检测用扫查架包括弹性材料制成的圆形支撑架61，圆形支撑架61一侧开有内外贯通的缺口61a，缺口61a两侧的圆形支撑架端部分别连接有呈相互远离方向对称倾斜设置的角度调节杆65，两角度调节杆65远离圆形支撑架的一端均铰接有角度可调的换能器支撑杆66，两侧换能器支撑杆66正对侧上固定有用于安装超声波纵波换能器的固定套67，两侧角度调节杆65的正对面上设置有沿其长度方向布置的滑道69，两侧的滑道69内分别设置有沿滑道长度方向前后滑动的滑块610，两侧的滑块610之间连接有滑板62，圆形支撑架61远离缺口一端固定有转动支撑套63，转动支撑套63内设置有上下贯通的安装通道，安装通道转动连接有角度调节螺杆64，安装通道中心设置有向外凸起的球形转动槽631，安装通道内的角度调节螺杆64上固定有转动设置在球形转动槽631内的球形转动体643，角度调节螺杆64两端分别伸出安装通道两端，朝向滑板62一端延伸的螺杆与滑板螺纹连接。
角度调节螺杆64朝向滑板延伸的一端设置有螺纹段641，螺纹段641与滑板中心螺纹连接；角度调节螺杆远离滑板延伸的一端固定有旋转手柄642，用于旋转操作。
所述圆形支撑架61两侧分别固定有把手611，方便旋转或推进操作。
所述滑块610和滑道69的滑动配合为常规技术，如可以采用T形滑轨配合T形滑块或梯形滑轨配合梯形滑块等常规的滑动结构，既保证滑块不会从滑道脱落，又能够在滑板的驱动下沿滑道长度方向前后滑动，从而同步改变两侧角度调节杆65的相对角度。
所述固定套67的轴线与换能器支撑杆66的轴线相互垂直；当两侧的换能器支撑杆66相互平行时，两固定套67的轴线共线且该轴线与滑板平行，同时螺杆64的轴线与滑板垂直。
所述角度调节杆65与换能器支撑杆66的铰接端连接有用于固定二者相对位置的调节螺栓和压紧螺母68，即所述角度调节杆65与换能器支撑杆66二者的角度可以任意调节，调节完成后可以通过调节螺栓和压紧螺母压紧固定，如所述角度调节杆65通过调节螺栓与换能器支撑杆66铰接，二者可以绕调节螺栓轴向旋转，转动到合适角度后，通过旋装在调节螺栓上的压紧螺母固定即可，通过调节角度，最终使角度调节杆65与换能器支撑杆66相互平行即可满足发射换能器5a和接收换能器5b保持同轴设置；
使用时，首先将发射换能器5a和接收换能器5b分别套装在两侧的固定套67内由旋装在固定套两侧的紧固螺栓压紧固定；根据被检对象的水盒盖底面和L型压板表面的间距调整发射换能器和接收换能器发射端的间距，使二者紧贴水盒盖底面和L型压板表面，即发射换能器和接收换能器发射端的间距与水盒盖底面和L型压板表面的间距相等或略大(0-1mm)，具体调整方法为：一手手持把手611，另一手旋转角度调节螺杆64，由于球形转动体643限制了角度调节螺杆的轴向位置，因此角度调节螺杆会驱动与其螺纹连接的滑板沿角度调节螺杆轴向滑动，滑板滑动带动两侧的滑块沿滑道长度方向同步前后滑动，从而使两侧的角度调节杆65同步张开或合拢，然后调节两侧的换能器支撑杆66，使两侧的换能器支撑杆相互平行即可，可通过尺子辅助调整，如多点测量两侧换能器支撑杆间距相等即为相互平行，同时测量发射换能器5a和接收换能器5b发射端的间距是否满足要求，调节完成后，拧紧角度调节杆与换能器支撑杆铰接端的调节螺栓和压紧螺母，固定扫查架即可，然后通过把手手持扫查架，根据上述方法步骤E进行移动扫查即可，扫查过程中发射换能器5a和接收换能器5b始终保持同轴设置，保证检测的准确性。
选取截面为矩形且厚度与水盒盖、跨接股线、L型压板同等厚度的三条紫铜带作为对比试验试样，采用钎焊锡焊材把三条紫铜带按顺序焊接在一起，并在焊接过程中通过改变焊接工艺，使其在不同位置形成裂纹、未熔合、气孔和夹渣共四组缺陷，分别截取每组带有焊接缺陷的紫铜带为试验试块。另在无缺陷部位截取三块试样，其中两块在不同钎焊层位置加工人工缺陷槽。采用本发明方法对上述六组试块进行检测对比，测试位置为缺陷所在位置的点测量，试验结果表明采用本发明方法适用于跨接股线两侧钎焊层焊接缺陷的检测，其具体试验结果详见下表：
Figure BDA0002615384980000071

Claims (6)

1.一种发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，包括水盒盖(1)、跨接股线(2)和L型压板(3)，水盒盖(1)与跨接股线(2)之间设置有第一跨接股线钎焊层(4a)，跨接股线(2)与L型压板(3)之间设置有第二跨接股线钎焊层(4b)，其特征在于，该方法还包括超声波检测仪和与其相连的两个超声波纵波换能器，两个超声波纵波换能器分别为发射换能器(5a)和接收换能器(5b)；
所述发射换能器(5a)用于向被检对象发射脉冲超声波，其发出的脉冲超声波穿越被检对象后由所述接收换能器(5b)接收，根据接收的超声信号强弱来判断被检对象有无缺陷及缺陷严重程度，当被检对象无缺陷时，脉冲超声波穿透后衰减小，则接收到的信号较强，当被检对象存在较小缺陷时，脉冲超声波在传播过程中部分声束被缺陷遮挡，接收换能器只能收到较弱的信号，若被检对象中存在面积大于声束截面的缺陷时，全部声束将被缺陷遮挡，接收换能器则收不到发射信号；
所述超声波检测仪用于检测并显示脉冲超声波穿越被检对象后的接收换能器接收到的超声波幅度；
具体检测方法包括以下步骤：
A、清理发电机水盒盖与L型压板检测面上附着的杂质和油污；
B、采用与被检对象同等厚度紫铜块进行声速和零点校准，将基准波高调至满屏幕80％，增益4dB为检测灵敏度；
C、在被检对象两侧，即水盒盖底面和L型压板表面的检测面上均匀涂抹超声波耦合剂；
D、将发射换能器(5a)和接收换能器(5b)分别放置在被检对象两侧的水盒盖底面和L型压板表面，且发射换能器(5a)和接收换能器(5b)保持同轴设置；
E、发射换能器(5a)向被检对象发射脉冲超声波，脉冲超声波穿越被检对象后由所述接收换能器(5b)接收，以水盒盖为检测基准面，在水盒盖左、右两侧实体部位移动发射换能器，同时接收换能器同步移动到与发射换能器对应的同轴位置，每次移动一个换能器直径位置检测一点，直到移动范围覆盖水盒盖全部实体部位；
F、若单点接收换能器接收到的超声波幅度大于或等于满屏幕80％，则认定跨接股线两侧钎焊层点检测合格；若单点接收换能器接收到的超声波幅度小于满屏幕80％，则认定跨接股线两侧钎焊层点检测不合格；
若合格点占检测总点数大于80％，则被检部件焊接质量合格；若合格点占检测总点数小于80％，则被检部件焊接质量不合格。
2.根据权利要求1所述的发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，其特征在于，所述超声波检测仪工作频率范围为0.5MHz～10MHz，水平线性误差不大于1％，垂直线性误差不大于5％。
3.根据权利要求1所述的发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，其特征在于，所述超声波纵波换能器的直径为8mm的窄脉冲超声波换能器，远场分辨率均不小于30dB。
4.根据权利要求1所述的发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，其特征在于，所述超声波耦合剂采用型号为CG-98型耦合剂，步骤B校准和步骤C检验时采用同种规格的耦合剂。
5.根据权利要求1所述的发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，其特征在于，所述发射换能器(5a)和接收换能器(5b)固定在发电机跨接股线钎焊超声波检测用扫查架上，所述发电机跨接股线钎焊超声波检测用扫查架包括弹性材料制成的圆形支撑架(61)，圆形支撑架(61)一侧开有内外贯通的缺口(61a)，缺口(61a)两侧的圆形支撑架端部分别连接有呈相互远离方向对称倾斜设置的角度调节杆(65)，两角度调节杆(65)远离圆形支撑架的一端均铰接有角度可调的换能器支撑杆(66)，两侧换能器支撑杆(66)正对侧上固定有用于安装超声波纵波换能器的固定套(67)，两侧角度调节杆(65)的正对面上设置有沿其长度方向布置的滑道(69)，两侧的滑道(69)内分别设置有沿滑道长度方向前后滑动的滑块(610)，两侧的滑块(610)之间连接有滑板(62)，圆形支撑架(61)远离缺口一端固定有转动支撑套(63)，转动支撑套(63)内设置有上下贯通的安装通道，安装通道转动连接有角度调节螺杆(64)，安装通道中心设置有向外凸起的球形转动槽(631)，安装通道内的角度调节螺杆(64)上固定有转动设置在球形转动槽(631)内的球形转动体(643)，角度调节螺杆(64)两端分别伸出安装通道两端，朝向滑板(62)一端延伸的螺杆与滑板螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的发电机跨接股线钎焊超声波检测方法，其特征在于，所述固定套(67)的轴线与换能器支撑杆(66)的轴线相互垂直；当两侧的换能器支撑杆(66)相互平行时，两固定套(67)的轴线共线且该轴线与滑板平行，同时螺杆(64)的轴线与滑板垂直。
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