汽轮机和发电机转子锻件超声波探伤

汽轮机和发电机转子锻件超声波方法

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本标准叙述了用超声波检查汽轮机和发电机转子锻件的基本方法。但如果有适当的文件要求使用其他超声波探伤方法(如用对比试块校正灵敏度)，本标准不加限制。本标准也不限制使用经过改进的新型超声波探伤仪和新的超声波探伤方法。可记录缺陷的频率的和振幅，不应必然地解释为被检锻件的质量有所变化。

按本标准附录A中推导出的放大系数调节仪器灵敏度时，可使锻件心部或内孔表面处的探伤灵敏度保持恒定，而与锻件外径或内孔直径无关。

大量验证数据表明：用当量平底孔径来估计自然缺陷大小，即使在受控制的条件下，也会产生很大的误差,估算出的自然缺陷的当量面积与其实际面积之差可能达20分贝。这个差值虽不适用于所有的检测结果，但应承认其存在的可能，所以应严格控制实际使用的频率和线圈频带宽度，并使用经校准的设备。

本标准等效采用ASTMA418--77《汽轮机和发电机转子锻件超声波探伤方法》。

1应用条件

1.1凡定货合同可检验规范要求进行超声波探伤时，应采用本标准，按缺陷波振幅、缺陷数量和位置或三者的组合来判断锻件能否验收。

1.2验收标准应在订货合同中写明。

2一般要求

2.1整个锻件应尽可能全部接受超声波探伤，但因阶梯部位的圆角或局部区域形状复杂，锻件的某些部位有可能无法进行探伤。

2.2锻件应在最终热处理后进行超声波探伤，如果锻件需要在热处理前加工出凸缘、沟槽等，则应在进行这种加工前作超声波检查，并在最终热处理后按实际可能予以复探。

2.3锻件应先加工成阶梯状圆柱体，以保证探伤时超声波束与锻件的纵轴垂直。这些阶梯状加工图形应标注在锻件加工图纸上。

2.4锻件可以在转动状态探伤，也可以在静止状态探伤，如果用户无特殊规定，制造厂可任选一种方法。探伤时，扫查速度不得超过150mm/s。

2.5为防止漏检，探头每次移动间距应约为换能器宽度或直径的75%。用机械方法控制探头来检查转动中的锻件，是满足这种要求的一种辅助手段。

2.6可选用1--5MHz频率的探头来精确测定缺陷的位置、方向并仔细检查在进行3.5条所述全面扫查时所发现的特殊缺陷。

2.7作为径向探伤的一种补充，必要时可进行轴向探伤。这时所用的频率和换能器直径，应使因锻件几何形状引起的干扰反射达到最小，并得到最佳分辨力。

3仪器和附件

3.1探伤仪：要用具有1--5MHz探测频率的脉冲反射式超声波探伤仪。按本标准进行超声波探伤，缺陷波振幅的测量精度与整个探测系统的实际工作频率有关，获得理想探测精度的最好办法，是采用调谐脉冲发生器和已知频率特性的窄频放大器，并配上宽频带换能器或已知频率匹配的窄频调谐换能器。

3.2放大器：放大器和示波管所提供的垂直性范围（误差在±5%以内）应达到40mm（约1.6英寸）。垂直线性校正方法由供需双方商定。

3.3衰减器：探伤仪应有经过校正的增益控制器或信号衰减器（精度均在±5%以内），以便测量超出仪器垂直线性范围的指示信号。

3.4探头：径向探伤时，应采用换能器直径20--28mm、频率2--2.5MHz的纵波探头，或尺寸为6mm×25mm(约1/4英寸×1英寸)的2×2.5MHz换能器。这时尺寸为25mm的一侧应与锻件轴线方向一致，以便得到满意的分辨力和波束宽度。沿周向确定缺陷方位时,如果所用换能器直径大于6mm(约1/4英寸)，建议增加低频探测，以提供宽波束来检查偏离工件中心轴的缺陷。

3.5耦合剂：采用机油或其他声阻抗合适的物质。

4锻件表面要求

4.1锻件应加工成圆柱形，以供径向探伤。

4.2锻件轴伸端端面和轴身端面应与锻件轴线垂直，以供轴向探伤。

4.3锻件探伤面光洁度应达Ñ5以上(粗糙度不大于6.35μm)。

4.4锻件表面不得有刀具划沟，松散的氧化皮、加工或磨削残留的微粒、油漆或其他影响探测结果的外来物。

5探伤程序

5.1径向探伤

5.1.1灵敏度调整：用增益控制器把锻件无缺陷部位底面反射波或中心孔反射波调到40mm(约1.6英寸)高，然后按附录A中图A1(用于实心锻件)和图A2(用于空心锻件)所给的放大系数提高探测灵敏度，以保证发现锻件中心部位或中心孔附近直径2mm或3mm的反射体。如果外径尺寸变化超过50mm(约2英寸)，则应重新调节探测灵敏度。图A3所给系数可将上述灵敏度水平转换到所需灵敏度水平，以便能探测其他当量孔径的反射体。附录A概述了推导灵敏度放大系数的方法。

5.1.2调节扫描旋钮使底面反射波的前沿约位于示波屏满刻度的3/4处。

5.1.3扫查锻件的整个外圆并记录振幅大于或等于示波管垂直线性范围(即40mm)的10%的各种指示信号。但当实心锻件直径大于或等于760mm(约30英寸)或空心锻件壁厚大于或等于380mm(约15英寸)时，在距探测面150mm(约6英寸)范围内，仅记录振幅大于40%垂直线性范围的指示信号。发现应记录信号时，标出探头在锻件表面的位置，以便按5.1.5和5.2.2条的规定仔细检查这些部位。

5.1.4当检查转动状态下的锻件时，锻件的转速应接近下表数值：

5.1.5在锻件静止时，测量全部指示信号的振幅和范围，并对特殊指示信号进行仔细检查。

5.1.6用半波高度法沿轴向和周向测定游动信号和平面缺陷信号的范围。

5.2补充检查

5.2.1特殊径向探伤：为精确测定每一可记录缺陷的位置和方位，以及估算每个大信号的当量尺寸，可用各种频率的探头来进行扫查。

5.2.2轴向探伤：需要时，可扫查与锻件轴线相垂直的端面。轴向探伤的探测灵敏度和记录标准，由供需双方协商确定。

6探伤报告

6.1制造厂的探伤报告应包括下列内容，并应提交给需方：

6.1.1当整个锻件都经过检查时，探伤报告应附有一张完整的、标有各部位直径和试验结果的锻件草图。如果只检查了转子的一部分，则应提供这一部分的草图。如果未发现可记录信号，则不必提供草图。

6.1.2各可记录信号的座标，应按下述方式标注在草图上：

a.径向座标以锻件探伤面为基准。

b.轴向座标以锻件打印端的各端面为基准。

c.按12点钟方位标注周向顺序数值的中点。

信号定位的精度应保证能使这些信号重新定位和复现。

6.1.3除非另有规定，制造厂应将各可记录信号记入探伤报告。在报告中，各可记录信号的大小，应如5.1.3条所述以规定灵敏度下仪器垂直线性范围(即40mm,约1.6英寸)的百分数表示。缺陷信号应按正常信号、游动信号、连续信号显示电平或上述信号的组合进行分类。如果需要估算缺陷尺寸，应按6.1.4条计算，并受附录A3条的制约。

6.1.3.1正常信号：探头从最大振幅位置向任一方向移动时，信号振幅按常规下降，而且不出现6.1.3.2--6.1.3.4条所述的特征，这样的单个信号就是正常信号。正常信号应在探伤报告中逐一列举。

6.1.3.2游动信号：探头在锻件表面移动时，信号前沿移动的距离大于或等于25mm(约1英寸)金属厚度，这样的信号就是游动信号。这种缺陷的深度和面积应予以测定并列入报告中。

6.1.3.3平面缺陷信号：当探头移动距离大于25mm(约1英寸)时缺陷信号连续出现，这样的信号就是平面缺陷信号。缺陷的短轴尺寸，如果按5.1.6条所述方法可以测出，则应在报告中写出。测量时，应按缺陷深度和工件半径进行修正。

6.1.3.4显示电平：指的是一群振幅大于或等于示波管线性高度(即40mm)的10%的信号,在规定灵敏度下，探头在探测区移动时，这种信号将在荧光屏上连续出现。

6.1.4需要时，可按上式把可记录信号换算成当量反射面积Ar或当量直径dr：

Ar=AR×(a/L)²×P/10

dr=dR×(a/l)×√P/10

式中： Ar ----缺陷当量反射面积;

dr----缺陷当量直径;

AR ----所选参考反射体的面积，mm²(平方英寸);

dR ----所选参考反射体的直径，mm(英寸);

a-----缺陷深度，mm(英寸);

L-----锻件壁厚或半径，mm(英寸);

P-----缺陷波振幅(以示波管线性范围百分数值表示)。

6.1.5在扫查灵敏度下可观察到的试面反射波的降低。

6.1.6仪器型号、扫查方式(手动或自动)、探测频率、探头型号和耦合剂。

6.1.7探伤人员的姓名或代号和探测日期。

附 录 A

灵敏度放大系数的推导

(参考件)

A1与缺陷距离、面积、回波振幅有关的理论公式，可按各种复杂程度进行推导。这类分析方法的详细论述，可参考有关声学和超声学书刊，这里不再叙述。在推导图A1--3的曲线时，使用球面波近似法来描述声场特性，采用了类似几何光学的分析技巧，得到了下列公式：

来自小圆片反射体的回波 2dA

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

来自大平面或实心圆柱体的回波 a²λ

--

来自小圆片反射体的回波 (d-b)A /d

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

来自圆柱形内孔的回波 a²λ b

式中： a----至圆片状反射体(平底孔)的距离;

b----内孔直径;

d----锻件直径;

A----圆片状反射体面积;

λ---用于探伤的声波波长。

将底面反射波调到40mm（约1.6英寸）后，按图A1查出的放大系数（dB数）提高仪器灵敏度，可使锻件心部的10%（即4mm高）缺陷信号相当于3mm（约1/8英寸）,或2mm（约5/64英寸）直径的平底孔的信号。计算时，钢中声速取5.85×⁵英寸/s），探测频率为2MHz、2.25MHz、2.5MHz.10⁵cm/s（2.30×10

图A1 探测实心锻件时灵敏度放大系数

A2用本标准正文所述的方法，把锻件底部或内孔反射波调到示波管垂直线性范围的100%（即40mm），然后用放大系数M来调节探测灵敏度，使锻件心部或内孔表面处面积为A的圆片反射体的理论回波达示波管垂直线性范围的10%（即4mm），即放大系数M应为：

10 a²b dλ

M=（-----）（-------）＝ ------(适用于实心圆柱体)

100 2dA 80A

图A2探测空心锻件时的灵敏度放大系数 图A3改变参考孔直径时与图A1和

图A2同时使用的转换系数

----

(d－b)λ / b

M＝------- √ ---- (适用于空心圆柱体)

40A d

图A1和图A2中给出的曲线，就是由上述公式计算出来的。如果参考体的直径改变了，可用图A3的辅助放大系数来进一步调节探测灵敏度。

A3因为推导时采用了近似法，对于3倍近场区的反射体，不可使用上述公式。此外，上述公式还受下列各项的制约：

a.参考孔的直径应远小于超声波波束的横截面;

b.参考孔直径和缺陷当量直径都不得小于λ/2;

c.中心孔直径应远大于波长;

d.被检件的衰减应小至可忽略不计。

A4按本标准调整灵敏度时，可用参考孔的面积AR和以荧光屏线性范围百分数表示的信号振幅P来计算缺陷当量反射面积AF的理论最小值：

AF＝2a²ARP/5d² (适用于实心锻件)

AF＝2a²ARP/5(d-b)² (适用于空心锻件)

这样，在中心线(a=1/2d)上或中心孔表面[a=1/2(d-b)]处的10%指示信号，就具有与参考孔面积相等的反射面积。令L=d/2或L=1/2(d-b)，则上述两式可转换成6.1.4条所述的公式。

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附加说明:

本标准由德阳大型铸锻件研究所提出并归口。

本标准由太原重型机器厂负责起草。

本标准主要起草人阎更生

机械工业部重型矿山机械工业局1984-05-16发布 1984-10-01实施