汽輪機和發(fā)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(fā)電機轉子鍛件的基本方法。但如果有適當?shù)奈募�要求使用其他超聲波探傷方�?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(jīng)過改進的新型超聲波探傷儀和新的超聲波探傷方法�？捎涗浫毕莸念l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(shù)調節(jié)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(shù)據(jù)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(chǎn)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(jīng)校準的設備。

    本標準等效采用ASTMA418--77《汽輪機和發(fā)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(guī)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(shù)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(qū)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(tài)探傷，也可以在靜止狀態(tài)探傷，如果用戶無特殊規(guī)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(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(fā)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(jīng)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(shù)提高探測靈敏度，以保證發(fā)現(xiàn)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(jié)探測靈敏度。圖A3所給系數(shù)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(shù)的方法。

5.1.2調節(jié)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(fā)現(xiàn)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(guī)定仔細檢查這些部位。

5.1.4當檢查轉動狀態(tài)下的鍛件時，鍛件的轉速應接近下表數(shù)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(xié)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(jīng)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(fā)現(xiàn)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(shù)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(xiàn)。

6.1.3除非另有規(guī)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(guī)定靈敏度下儀器垂直線性范圍(即40mm,約1.6英寸)的百分數(shù)表示。缺陷信號應按正常信號、游動信號、連續(xù)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(guī)下降，而且不出現(xiàn)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(xù)出現(xiàn)，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(guī)定靈敏度下，探頭在探測區(qū)移動時，這種信號將在熒光屏上連續(xù)出現(xiàn)。

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(shù)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(shù)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(shù)（dB數(shù)）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(shù)

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(shù)M來調節(jié)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(shù)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(shù)         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(shù)

                          ----

               (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(shù)來進一步調節(jié)探測靈敏度。

A3因為推導時采用了近似法，對于3倍近場區(qū)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(shù)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(yè)部重型礦山機械工業(yè)局1984-05-16發(fā)布         1984-10-01實施