汽輪機和發電機轉子鍛件超聲波方法

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   本標準敘述了用超聲波檢查汽輪機和發電機轉子鍛件的基本方法。但如果有適當的文件要求使用其他超聲波探傷方法(如用對比試塊校正靈敏度)，本標準不加限制。本標準也不限制使用經過改進的新型超聲波探傷儀和新的超聲波探傷方法。可記錄缺陷的頻率的和振幅，不應必然地解釋為被檢鍛件的質量有所變化。

   按本標準附錄A中推導出的放大系數調節儀器靈敏度時，可使鍛件心部或內孔表面處的探傷靈敏度保持恒定，而與鍛件外徑或內孔直徑無關。

   大量驗證數據表明：用當量平底孔徑來估計自然缺陷大小，即使在受控制的條件下，也會產生很大的誤差,估算出的自然缺陷的當量面積與其實際面積之差可能達20分貝。這個差值雖不適用于所有的檢測結果，但應承認其存在的可能，所以應嚴格控制實際使用的頻率和線圈頻帶寬度，并使用經校準的設備。

    本標準等效采用ASTMA418--77《汽輪機和發電機轉子鍛件超聲波探傷方法》。

1應用條件

1.1凡定貨合同可檢驗規范要求進行超聲波探傷時，應采用本標準，按缺陷波振幅、缺陷數量和位置或三者的組合來判斷鍛件能否驗收。

1.2驗收標準應在訂貨合同中寫明。

2一般要求

2.1整個鍛件應盡可能全部接受超聲波探傷，但因階梯部位的圓角或局部區域形狀復雜，鍛件的某些部位有可能無法進行探傷。

2.2鍛件應在最終熱處理后進行超聲波探傷，如果鍛件需要在熱處理前加工出凸緣、溝槽等，則應在進行這種加工前作超聲波檢查，并在最終熱處理后按實際可能予以復探。

2.3鍛件應先加工成階梯狀圓柱體，以保證探傷時超聲波束與鍛件的縱軸垂直。這些階梯狀加工圖形應標注在鍛件加工圖紙上。

2.4鍛件可以在轉動狀態探傷，也可以在靜止狀態探傷，如果用戶無特殊規定，制造廠可任選一種方法。探傷時，掃查速度不得超過150mm/s。

2.5為防止漏檢，探頭每次移動間距應約為換能器寬度或直徑的75%。用機械方法控制探頭來檢查轉動中的鍛件，是滿足這種要求的一種輔助手段。

2.6可選用1--5MHz頻率的探頭來精確測定缺陷的位置、方向并仔細檢查在進行3.5條所述全面掃查時所發現的特殊缺陷。

2.7作為徑向探傷的一種補充，必要時可進行軸向探傷。這時所用的頻率和換能器直徑，應使因鍛件幾何形狀引起的干擾反射達到最小，并得到最佳分辨力。

3儀器和附件

3.1探傷儀：要用具有1--5MHz探測頻率的脈沖反射式超聲波探傷儀。按本標準進行超聲波探傷，缺陷波振幅的測量精度與整個探測系統的實際工作頻率有關，獲得理想探測精度的最好辦法，是采用調諧脈沖發生器和已知頻率特性的窄頻放大器，并配上寬頻帶換能器或已知頻率匹配的窄頻調諧換能器。

3.2放大器：放大器和示波管所提供的垂直性范圍（誤差在±5%以內）應達到40mm（約1.6英寸）。垂直線性校正方法由供需雙方商定。

3.3衰減器：探傷儀應有經過校正的增益控制器或信號衰減器（精度均在±5%以內），以便測量超出儀器垂直線性范圍的指示信號。

3.4探頭：徑向探傷時，應采用換能器直徑20--28mm、頻率2--2.5MHz的縱波探頭，或尺寸為6mm×25mm(約1/4英寸×1英寸)的2×2.5MHz換能器。這時尺寸為25mm的一側應與鍛件軸線方向一致，以便得到滿意的分辨力和波束寬度。沿周向確定缺陷方位時,如果所用換能器直徑大于6mm(約1/4英寸)，建議增加低頻探測，以提供寬波束來檢查偏離工件中心軸的缺陷。

3.5耦合劑：采用機油或其他聲阻抗合適的物質。

4鍛件表面要求

4.1鍛件應加工成圓柱形，以供徑向探傷。

4.2鍛件軸伸端端面和軸身端面應與鍛件軸線垂直，以供軸向探傷。

4.3鍛件探傷面光潔度應達Ñ5以上(粗糙度不大于6.35μm)。

4.4鍛件表面不得有刀具劃溝，松散的氧化皮、加工或磨削殘留的微粒、油漆或其他影響探測結果的外來物。

5探傷程序

5.1徑向探傷

5.1.1靈敏度調整：用增益控制器把鍛件無缺陷部位底面反射波或中心孔反射波調到40mm(約1.6英寸)高，然后按附錄A中圖A1(用于實心鍛件)和圖A2(用于空心鍛件)所給的放大系數提高探測靈敏度，以保證發現鍛件中心部位或中心孔附近直徑2mm或3mm的反射體。如果外徑尺寸變化超過50mm(約2英寸)，則應重新調節探測靈敏度。圖A3所給系數可將上述靈敏度水平轉換到所需靈敏度水平，以便能探測其他當量孔徑的反射體。附錄A概述了推導靈敏度放大系數的方法。

5.1.2調節掃描旋鈕使底面反射波的前沿約位于示波屏滿刻度的3/4處。

5.1.3掃查鍛件的整個外圓并記錄振幅大于或等于示波管垂直線性范圍(即40mm)的10%的各種指示信號。但當實心鍛件直徑大于或等于760mm(約30英寸)或空心鍛件壁厚大于或等于380mm(約15英寸)時，在距探測面150mm(約6英寸)范圍內，僅記錄振幅大于40%垂直線性范圍的指示信號。發現應記錄信號時，標出探頭在鍛件表面的位置，以便按5.1.5和5.2.2條的規定仔細檢查這些部位。

5.1.4當檢查轉動狀態下的鍛件時，鍛件的轉速應接近下表數值：

 

5.1.5在鍛件靜止時，測量全部指示信號的振幅和范圍，并對特殊指示信號進行仔細檢查。

5.1.6用半波高度法沿軸向和周向測定游動信號和平面缺陷信號的范圍。

5.2補充檢查

5.2.1特殊徑向探傷：為精確測定每一可記錄缺陷的位置和方位，以及估算每個大信號的當量尺寸，可用各種頻率的探頭來進行掃查。

5.2.2軸向探傷：需要時，可掃查與鍛件軸線相垂直的端面。軸向探傷的探測靈敏度和記錄標準，由供需雙方協商確定。

6探傷報告

6.1制造廠的探傷報告應包括下列內容，并應提交給需方：

6.1.1當整個鍛件都經過檢查時，探傷報告應附有一張完整的、標有各部位直徑和試驗結果的鍛件草圖。如果只檢查了轉子的一部分，則應提供這一部分的草圖。如果未發現可記錄信號，則不必提供草圖。

6.1.2各可記錄信號的座標，應按下述方式標注在草圖上：

    a.徑向座標以鍛件探傷面為基準。

    b.軸向座標以鍛件打印端的各端面為基準。

    c.按12點鐘方位標注周向順序數值的中點。

   信號定位的精度應保證能使這些信號重新定位和復現。

6.1.3除非另有規定，制造廠應將各可記錄信號記入探傷報告。在報告中，各可記錄信號的大小，應如5.1.3條所述以規定靈敏度下儀器垂直線性范圍(即40mm,約1.6英寸)的百分數表示。缺陷信號應按正常信號、游動信號、連續信號顯示電平或上述信號的組合進行分類。如果需要估算缺陷尺寸，應按6.1.4條計算，并受附錄A3條的制約。

6.1.3.1正常信號：探頭從最大振幅位置向任一方向移動時，信號振幅按常規下降，而且不出現6.1.3.2--6.1.3.4條所述的特征，這樣的單個信號就是正常信號。正常信號應在探傷報告中逐一列舉。

6.1.3.2游動信號：探頭在鍛件表面移動時，信號前沿移動的距離大于或等于25mm(約1英寸)金屬厚度，這樣的信號就是游動信號。這種缺陷的深度和面積應予以測定并列入報告中。

6.1.3.3平面缺陷信號：當探頭移動距離大于25mm(約1英寸)時缺陷信號連續出現，這樣的信號就是平面缺陷信號。缺陷的短軸尺寸，如果按5.1.6條所述方法可以測出，則應在報告中寫出。測量時，應按缺陷深度和工件半徑進行修正。

6.1.3.4顯示電平：指的是一群振幅大于或等于示波管線性高度(即40mm)的10%的信號,在規定靈敏度下，探頭在探測區移動時，這種信號將在熒光屏上連續出現。

6.1.4需要時，可按上式把可記錄信號換算成當量反射面積Ar或當量直徑dr：

                   Ar=AR×(a/L)²×P/10

                   dr=dR×(a/l)×√P/10

式中： Ar ----缺陷當量反射面積;

      dr----缺陷當量直徑;

      AR ----所選參考反射體的面積，mm²(平方英寸);

      dR ----所選參考反射體的直徑，mm(英寸);

      a-----缺陷深度，mm(英寸);

      L-----鍛件壁厚或半徑，mm(英寸);

      P-----缺陷波振幅(以示波管線性范圍百分數值表示)。

6.1.5在掃查靈敏度下可觀察到的試面反射波的降低。

6.1.6儀器型號、掃查方式(手動或自動)、探測頻率、探頭型號和耦合劑。

6.1.7探傷人員的姓名或代號和探測日期。

                         附     錄     A

                       靈敏度放大系數的推導

                              (參考件)

A1與缺陷距離、面積、回波振幅有關的理論公式，可按各種復雜程度進行推導。這類分析方法的詳細論述，可參考有關聲學和超聲學書刊，這里不再敘述。在推導圖A1--3的曲線時，使用球面波近似法來描述聲場特性，采用了類似幾何光學的分析技巧，得到了下列公式：

           來自小圓片反射體的回波        2dA

      -------------------------------=-------

       來自大平面或實心圓柱體的回波      a²λ      

                                                     --

           來自小圓片反射體的回波        (d-b)A   /d

          ---------------------------=-------- √--

           來自圓柱形內孔的回波           a²λ     b

式中： a----至圓片狀反射體(平底孔)的距離;

      b----內孔直徑;

      d----鍛件直徑;

      A----圓片狀反射體面積;

      λ---用于探傷的聲波波長。

                    

    將底面反射波調到40mm（約1.6英寸）后，按圖A1查出的放大系數（dB數）提高儀器靈敏度，可使鍛件心部的10%（即4mm高）缺陷信號相當于3mm（約1/8英寸）,或2mm（約5/64英寸）直徑的平底孔的信號。計算時，鋼中聲速取5.85×⁵英寸/s），探測頻率為2MHz、2.25MHz、2.5MHz.10⁵cm/s（2.30×10

                 圖A1   探測實心鍛件時靈敏度放大系數

A2用本標準正文所述的方法，把鍛件底部或內孔反射波調到示波管垂直線性范圍的100%（即40mm），然后用放大系數M來調節探測靈敏度，使鍛件心部或內孔表面處面積為A的圓片反射體的理論回波達示波管垂直線性范圍的10%（即4mm），即放大系數M應為：

                10       a²b        dλ

           M=（-----）（-------）＝ ------(適用于實心圓柱體)

                100      2dA        80A

  

圖A2探測空心鍛件時的靈敏度放大系數         圖A3改變參考孔直徑時與圖A1和 

                                                  圖A2同時使用的轉換系數

                          ----

               (d－b)λ  / b

            M＝------- √ ---- (適用于空心圓柱體)

                 40A       d

   圖A1和圖A2中給出的曲線，就是由上述公式計算出來的。如果參考體的直徑改變了，可用圖A3的輔助放大系數來進一步調節探測靈敏度。

A3因為推導時采用了近似法，對于3倍近場區的反射體，不可使用上述公式。此外，上述公式還受下列各項的制約：

    a.參考孔的直徑應遠小于超聲波波束的橫截面;

    b.參考孔直徑和缺陷當量直徑都不得小于λ/2;

    c.中心孔直徑應遠大于波長;

    d.被檢件的衰減應小至可忽略不計。

A4按本標準調整靈敏度時，可用參考孔的面積AR和以熒光屏線性范圍百分數表示的信號振幅P來計算缺陷當量反射面積AF的理論最小值：

         AF＝2a²ARP/5d²       (適用于實心鍛件)

         AF＝2a²ARP/5(d-b)²    (適用于空心鍛件)

   這樣，在中心線(a=1/2d)上或中心孔表面[a=1/2(d-b)]處的10%指示信號，就具有與參考孔面積相等的反射面積。令L=d/2或L=1/2(d-b)，則上述兩式可轉換成6.1.4條所述的公式。

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   附加說明:

   本標準由德陽大型鑄鍛件研究所提出并歸口。

   本標準由太原重型機器廠負責起草。

   本標準主要起草人閻更生

機械工業部重型礦山機械工業局1984-05-16發布         1984-10-01實施