水輪機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)接焊縫相控陣檢測(cè)

河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院 彭建華 王海港

水輪機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)接焊縫相控陣檢測(cè)

河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院 彭建華 王海港

相控陣超聲波檢測(cè)作為一種獨(dú)特的技術(shù)得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，在21世紀(jì)初進(jìn)入成熟階段。相控陣超聲波技術(shù)用于無(wú)損檢測(cè)，最先是為動(dòng)力工業(yè)解決檢測(cè)問(wèn)題，如用單探頭在固定位置檢測(cè)不同位置和任意方向的裂紋，以及檢測(cè)和定量形狀復(fù)雜的汽輪機(jī)部件中的應(yīng)力腐蝕小裂紋等。本文，筆者介紹了采用超聲波相控陣技術(shù)檢測(cè)對(duì)接焊縫的檢測(cè)工藝，并且采用區(qū)域劃分法，將焊縫分為垂直方向上的若干個(gè)區(qū)，再由電子系統(tǒng)控制相控探頭對(duì)其進(jìn)行分區(qū)掃查。

一、檢測(cè)對(duì)象

某水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心體總重55t，中心體分3瓣，材質(zhì)為S550Q，壁厚為220mm，連接部位為單U型坡口，對(duì)接焊縫采用大西洋牌CHE707Ni焊條。

二、基本條件

1.儀器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用Omniscan32/128相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)，掃查器為可以放置相控陣探頭的手動(dòng)掃查器。

2.探頭。探頭為5L32-A5（5MHz 32晶片探頭）、5L128-I2（5MHz 128晶片探頭），楔塊為SI2-N45S-IHC、SI2-OL-IHC、LP-2012-10、SA5-N45S-IHC等。

3.其他。調(diào)節(jié)試塊為相控陣徑向靈敏度校準(zhǔn)試塊（圖1）、相控陣切向靈敏度校準(zhǔn)試塊（圖2），耦合劑為水或機(jī)油。

圖 1 相控陣徑向靈敏度校準(zhǔn)試塊

圖 2 相控陣切向靈敏度校準(zhǔn)試塊

三、檢測(cè)方案

1.徑向檢測(cè)。

（1）探頭楔塊。探頭型號(hào)5L32-A5（5MHz 32晶片探頭）和楔塊型號(hào)SA5-N45S-IHC，探頭型號(hào)5L128-I2（5MHz 128晶片探頭）和楔塊型號(hào)SI2-OL-IHC和SI2-N45S-IHC。

（2）檢測(cè)方案。徑向檢測(cè)采用扇形和線性2種掃查方式。

①扇形掃查使用5L32-A5探頭和SA5-N45S楔塊，產(chǎn)生的橫波角度范圍為45°～70°，分單面、雙側(cè)檢測(cè)，每側(cè)重復(fù)檢測(cè)2次。檢測(cè)具體設(shè)置見(jiàn)表1，探頭覆蓋范圍如圖3、圖4所示。

表 1 扇形掃查具體設(shè)置

圖3 90°相交角

圖4 270°相交角

②線型掃查使用5L128-I2探頭、SI2-OL和SI2-N45S兩個(gè)楔塊，分別安裝不同楔塊產(chǎn)生45°橫波和0°縱波。45°橫波覆蓋扇形掃查中的盲區(qū)，0°縱波檢測(cè)全部焊縫體積。檢測(cè)具體設(shè)置見(jiàn)表2，探頭覆蓋范圍如圖5、圖6和圖7所示。

表 2 線型掃查具體設(shè)置

圖 5 橫波45°、90°相交角

圖 6橫波45°、270°相交角

圖7 縱波0°相交角

（3）校準(zhǔn)。相控陣檢測(cè)需要對(duì)聲速、楔塊延遲、靈敏度和TCG進(jìn)行校準(zhǔn)。

①聲速校準(zhǔn)。選擇聲束角度，調(diào)整光標(biāo)位置，使其顯示55°折射角。使用4英寸半徑的IIW試塊（船形試塊），使A型掃描顯示2次回波并達(dá)到峰值。選定峰值位置，進(jìn)行校準(zhǔn)。盡管扇形掃查可能在其他角度有更高的信號(hào)幅值，在此僅使用55°的A型掃描。

②楔塊延遲校準(zhǔn)。楔塊延遲校準(zhǔn)必須以采用的所有角度校準(zhǔn)到真實(shí)深度為準(zhǔn)。選擇靈敏度試塊中某一深度的橫孔，并使所有角度檢測(cè)到這一橫孔的包絡(luò)線達(dá)到同一選定范圍內(nèi)。

③靈敏度校準(zhǔn)。對(duì)使用的每一個(gè)折射角和聲程給出所需的增益調(diào)整。選擇靈敏度試塊中某一深度的橫孔，使得從校準(zhǔn)反射面得到的信號(hào)達(dá)到峰值，并以所有不同的角度或聚焦法則向后移動(dòng)相控陣探頭進(jìn)行掃查。再以所有的折射角或聚焦法則在校準(zhǔn)反射面上向前掃查。相控陣系統(tǒng)將對(duì)每個(gè)聚焦法則所需的增益進(jìn)行計(jì)算，并作調(diào)整。

④TCG校準(zhǔn)。時(shí)間矯正增益（自動(dòng)TCG）用于補(bǔ)償聲程材料在校準(zhǔn)和檢測(cè)中的衰減。對(duì)于電子掃差的特定角度（如，45°、60°或70°），可以選用DAC。

2.切向檢測(cè)。

（1）探頭楔塊。探頭型號(hào)為5L128-I2（5MHz 128晶片探頭），楔塊型號(hào)為L(zhǎng)P-2012-10和LP-2012-11。

（2）檢測(cè)方案。沿焊縫切向方向分別使用橫波45°和60°線性掃查，沿順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较驒z測(cè)4次，目的是檢測(cè)容易漏檢的橫向缺陷。檢測(cè)具體設(shè)置見(jiàn)表2。

表 2 沿焊縫切向方向檢測(cè)設(shè)置

（3）校準(zhǔn)。需要對(duì)聲速、楔塊延遲、靈敏度和TCG進(jìn)行校準(zhǔn)。

①聲速校準(zhǔn)。選擇聲束角度，調(diào)整光標(biāo)位置，使其顯示中心位置波束。使用4英寸半徑的IIW試塊（船形試塊），使A型掃描顯示2次回波并達(dá)到峰值。選定峰值位置，進(jìn)行校準(zhǔn)。

②楔塊延遲校準(zhǔn)。校準(zhǔn)中采用的所有波束校準(zhǔn)到真實(shí)深度。選擇靈敏度試塊中某一深度的橫孔，使得所有波束檢測(cè)到這一橫孔的包絡(luò)線達(dá)到同一選定范圍內(nèi)。

③靈敏度校準(zhǔn)。對(duì)使用的每一條波束和聲程給出所需的增益調(diào)整。選擇靈敏度試塊中某一深度的橫孔，使得從校準(zhǔn)反射面得到的信號(hào)達(dá)到峰值。以所有不同的波束或聚焦法則向后移動(dòng)相控陣探頭進(jìn)行掃查，再以所有的波束或聚焦法則在校準(zhǔn)反射面上向前掃查。相控陣系統(tǒng)將對(duì)每個(gè)聚焦法則所需的增益進(jìn)行計(jì)算，并作調(diào)整。

④TCG校準(zhǔn)。時(shí)間矯正增益（自動(dòng)TCG）校準(zhǔn)必須用于補(bǔ)償聲程材料在校準(zhǔn)和檢測(cè)中的衰減。對(duì)于電子掃差的特定角度（如，45°、60°或70°），可以選用DAC。

3.檢測(cè)。

（1）檢測(cè)前應(yīng)對(duì)位置編碼器進(jìn)行校準(zhǔn)。要使掃查裝置移動(dòng)一定距離時(shí)，檢測(cè)設(shè)備所顯示的位移與實(shí)際位移一致。

（2）探頭的掃查速度取決于維持超聲耦合的機(jī)械能力和保證不丟失超聲波形數(shù)據(jù)點(diǎn)采集的檢測(cè)設(shè)備的電子能力，掃查速度不得超過(guò)150mm/s。

（3）若對(duì)焊縫在長(zhǎng)度方向進(jìn)行分段掃查，則各段掃查區(qū)的重疊范圍至少為20mm。對(duì)于環(huán)焊縫，掃查停止位置應(yīng)越過(guò)起始位置至少20mm。