RB-3試塊在混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片焊縫超聲波探傷中的應(yīng)用

徐傳標(biāo)　周偉

摘? 要：國(guó)內(nèi)大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片焊縫都采用ASME作為探傷標(biāo)準(zhǔn)，受制于現(xiàn)場(chǎng)條件，無(wú)法短時(shí)間內(nèi)制作出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的試塊。因此，作者嘗試采用RB-3碳鋼試塊作為對(duì)比試塊，通過(guò)對(duì)反射體尺寸、傳輸差異和斜探頭角度進(jìn)行修正，制作DAC曲線，并應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)，取得較好的檢測(cè)效果。

關(guān)鍵詞：混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪;葉片焊縫;超聲波探傷;對(duì)比試塊

中圖分類號(hào)：TG441.7? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0162-03

Abstract： ASME is used as the flaw detection standard for the blade weld of large Francis turbine runner in China， which is subject to the field conditions and can not be made in a short time to meet the requirements of the standard. Therefore， the author tried to use RB-3 carbon steel test block as the contrast test block， and through the correction of reflector size， transmission difference and oblique probe angle， made DAC curve， applied it to practical detection， and obtained better detection results.

Keywords： Francis turbine runner; blade weld; ultrasonic flaw detection; contrast test block

1 概述

某水電廠安裝4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量為302.5MW，自投運(yùn)以來(lái)，每臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)都發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)穿透性裂紋和非穿透性裂紋，為此對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行改造更換，需要對(duì)新轉(zhuǎn)輪葉片焊縫進(jìn)行超聲波探傷，轉(zhuǎn)輪形狀見(jiàn)圖1。由于轉(zhuǎn)輪葉片焊縫厚度從41.7mm逐漸過(guò)渡到170.4mm，根據(jù)ASME標(biāo)準(zhǔn)，需制作4件不同孔徑、不同厚度的對(duì)比試塊[1]，并且對(duì)比試塊要求使用與轉(zhuǎn)輪的材質(zhì)相同或聲學(xué)特性相近的材料制作，而轉(zhuǎn)輪材料為鑄造的馬氏體不銹鋼ZG00Cr13Ni4Mo，難以短時(shí)間內(nèi)制作出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的專門對(duì)比試塊。在不影響檢測(cè)靈敏度的情況下，筆者探討應(yīng)用RB-3碳鋼試塊作為對(duì)比試塊。

2 對(duì)比試塊

對(duì)比試塊的主要目的是為了確定檢測(cè)靈敏度。而檢測(cè)靈敏度就是在發(fā)現(xiàn)規(guī)定大小缺陷的能力，是標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定缺陷的基準(zhǔn)。因此，對(duì)比試塊的選擇和使用，關(guān)系到檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.1 ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊

ASME標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比試塊，需采用與被檢工件相同的材料制作，表面粗糙度與被檢工件表面相同。不同焊縫厚度的檢測(cè)靈敏度反射體見(jiàn)表1，對(duì)比試塊的形狀和尺寸見(jiàn)圖2。

2.2 RB-3對(duì)比試塊

RB-3試塊是GB 11345-1989《鋼焊縫手工超聲波方法和探傷結(jié)果分級(jí)》中規(guī)定的焊縫檢測(cè)用對(duì)比試塊。

2.3 試塊差異性比較

應(yīng)用RB-3試塊替代ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊，主要存在如下不同：

（1）加工試塊的材料不同，聲學(xué)性能不一樣。RB-3試塊材質(zhì)為20鋼，鍛造工藝，正火處理，金相組織為鐵素體+珠光體。而ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊與轉(zhuǎn)輪一致，材質(zhì)為ZG06Cr13Ni4Mo，鑄造工藝，消氫退火處理，金相組織為馬氏體。

（2）參考反射體的尺寸并不完全適用。ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊需用4種不同孔徑的參考反射體，見(jiàn)表1。而RB-3試塊反射體為Ф3×40mm，對(duì)照ASME參考反射體Ф3尺寸，可用于轉(zhuǎn)輪葉片焊縫厚度范圍為41.7～50mm。

（3）表面粗糙度不一致。RB-3試塊的表面經(jīng)過(guò)精加

工，表面粗糙度不大于1.6？滋m，而對(duì)比試塊需與被檢工件一致，表面采用手工打磨，表面粗糙度接近12.3？滋m。

3 差異性修正

RB-3試塊與ASME標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊在反射體尺寸、材料和表面粗糙度等方面存在差異，如運(yùn)用RB-3試塊作為轉(zhuǎn)輪探傷的對(duì)比試塊，就必須消除反射體尺寸、材料和表面粗糙度引起的差異。材料不同主要影響聲學(xué)特性，表面粗糙度不同主要影響聲透性，影響聲學(xué)特性的主要因素有聲速和聲衰減。由參考文獻(xiàn)[3]提供的傳輸修正方法，修正聲透性和聲衰減的差異。就聲速而言，聲速變化影響最大的是斜探頭折射角，由于碳鋼和馬氏體不銹鋼聲速差異不大，對(duì)聲程影響可以忽略。

3.1 參考反射體的差異修正

因此，在選擇探頭時(shí)，確保所計(jì)算反射體的最小聲程 大于3倍近場(chǎng)長(zhǎng)度。

由于RB-3試塊最大孔深為150mm，適用于焊縫厚度為8～150mm。對(duì)于焊縫厚度大于150mm的情況，可采用公式（1）計(jì)算與深150mm/Ф3橫孔的分貝差確定。

3.2 傳輸修正

聲衰減引起的聲壓損失與聲程呈線性直線關(guān)系[2]，而表面耦合狀況引起的聲壓損失為一個(gè)固定值，故采用相對(duì)方法進(jìn)行修正，具體操作方法如下：

（1）使用2個(gè)相同的45°探頭，一個(gè)作為發(fā)射探頭，一個(gè)作為接收探頭。將探頭放在RB-3試塊上，調(diào)節(jié)增益分別使一倍跨距的底面回波和2倍跨距的底波回波，都達(dá)到80%屏高，記錄相應(yīng)的增益值為VR1和VR2，以聲程為橫坐標(biāo)，增益值為縱坐標(biāo)，通過(guò)這兩點(diǎn)畫出直線2，見(jiàn)圖2。