，

（福建省電力有限公司 電力科學(xué)研究院，福州 350007）

某新建LNG電廠投運(yùn)后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)燃機(jī)過(guò)渡段螺栓斷裂脫落。為防止該種螺栓突然斷裂導(dǎo)致機(jī)組意外停機(jī)，電廠計(jì)劃定期對(duì)其進(jìn)行超聲波探傷，及時(shí)更換已產(chǎn)生小裂紋的螺栓。但該種螺栓數(shù)量大，不可能在短暫的停機(jī)時(shí)間里全部拆卸下來(lái)并完成探傷工作，因此只能在不拆卸的狀態(tài)下進(jìn)行超聲波探傷。

針對(duì)該種螺栓的具體結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)及檢測(cè)條件，筆者將在合理分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)研究，確定一種合適的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)過(guò)渡段螺栓的原位超聲波探傷。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在役燃機(jī)過(guò)渡段螺栓的安裝狀態(tài)如圖1所示，具體結(jié)構(gòu)及實(shí)測(cè)尺寸如圖2所示。從受力分析角度考慮，在工作狀態(tài)下，螺栓主要承受拉應(yīng)力，且螺栓上存在兩處應(yīng)力集中處，即圖2所示的A、B處。因此使用過(guò)程中這兩個(gè)位置最易產(chǎn)生垂直（或近似垂直）于螺栓軸線的裂紋（即橫向裂紋）。這一點(diǎn)可以從螺栓的實(shí)際斷裂情況得到印證。故筆者將著重對(duì)A、B處橫向裂紋的檢測(cè)進(jìn)行研究。

圖1 燃機(jī)過(guò)渡段螺栓安裝情況及探傷位置示意圖

圖2 燃機(jī)過(guò)渡段螺栓結(jié)構(gòu)示意圖

按照要求，燃機(jī)過(guò)渡段螺栓須在不拆卸的狀況下進(jìn)行超聲波檢測(cè)。結(jié)合圖1所示的實(shí)際檢測(cè)條件，參考標(biāo)準(zhǔn)DL/T 694—1999《高溫緊固螺栓超聲波檢驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則》以及其它相關(guān)的研究工作［1－3]，筆者計(jì)劃選用直探頭和小角度縱波探頭進(jìn)行試驗(yàn)研究。

由于只能從螺栓六角頭頂端進(jìn)行檢測(cè)，如果A處存在橫向裂紋，小角度縱波探頭因?yàn)闆](méi)有反射條件而無(wú)法獲得裂紋的反射波（A點(diǎn)處小角度縱波探頭始終只能獲得螺栓六角頭下端角的反射波）。故A處橫向裂紋不采用小角度縱波探頭進(jìn)行檢測(cè)。而螺栓的其余位置，理論上縱波直探頭及小角度縱波探頭均能實(shí)現(xiàn)對(duì)橫向裂紋的檢測(cè)。

基于上述考慮，制定如下試驗(yàn)步驟：

（1）通過(guò)對(duì)比不同探頭對(duì)B處橫向裂紋的檢測(cè)情況，確定合適的探頭。

（2）采用上面確定的探頭，對(duì)圖2所示C，D處橫向裂紋檢測(cè)情況進(jìn)行分析，確認(rèn)該探頭是否適合螺栓上A處以外其余所有位置的檢測(cè)。

（3）通過(guò)對(duì)A處的深入分析，結(jié)合試驗(yàn)情況，確定合適A處橫向裂紋檢測(cè)的探頭。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

選用Krautkramer公司生產(chǎn)的USM35數(shù)字超聲波探傷儀。

根據(jù)圖2所示的螺栓實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可知螺栓長(zhǎng)51.5 mm，光桿及螺牙根部直徑為12.5 mm，故縱波小角度探頭的角度θ≤arctan（12.5/51.5），即θ≤13.6°，因此選擇以下三個(gè)探頭：5P7×12的4°縱波斜探頭、5P8×12的12°縱波斜探頭和5P6直探頭。

1.3 試樣制備

采用φ0.18 mm絲徑的線切割分別在4根燃機(jī)過(guò)渡段螺栓的A，B，C，D處（圖2）加工一條1 mm深的橫向模擬裂紋。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

規(guī)定下文中提到的缺陷波幅均以對(duì)應(yīng)試樣的無(wú)缺陷處底波（B）為基準(zhǔn)，表示為（B±n）dB。

2.1 B處及C，D處模擬裂紋的超聲波檢測(cè)試驗(yàn)

分別利用三個(gè)探頭對(duì)試樣b進(jìn)行檢測(cè)，具體結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥吹?，對(duì)于B處1 mm深模擬裂紋，直探頭基本上檢測(cè)不出來(lái)，4°探頭檢測(cè)出來(lái)的最強(qiáng)缺陷波比無(wú)缺陷處底波小17 dB，12°探頭檢測(cè)到的最強(qiáng)缺陷波比無(wú)缺陷處底波小7.5dB。很明顯，12°縱波斜探頭具有最高檢測(cè)靈敏度。故對(duì)B處的檢測(cè)確定選用5P8×12的12°縱波斜探頭。

表1 不同探頭對(duì)各試樣的檢測(cè)結(jié)果

由表1還可以看到，采用5P8×12的12°縱波斜探頭檢測(cè)時(shí)，試樣c，d中模擬裂紋最強(qiáng)波分別比無(wú)缺陷底波小1.5和4 dB，可見(jiàn)該探頭對(duì)C，D處模擬裂紋波的檢測(cè)具有足夠的靈敏度。因此結(jié)合圖2中B，C，D的位置分布，可以得到如下結(jié)論：5P8×12的12°縱波斜探頭對(duì)于該燃機(jī)過(guò)渡段螺栓上A處以外其余各處的橫向裂紋均有較高的檢測(cè)靈敏度。

2.2 A處模擬裂紋的超聲波檢測(cè)試驗(yàn)

從圖2可以看到，螺栓六角頭下端面與螺桿之間形成一個(gè)小臺(tái)階，如果這個(gè)臺(tái)階的寬度小于直探頭的聲束直徑，則直探頭從六角頭頂部檢測(cè)時(shí)，將無(wú)法獲得整個(gè)聲束的反射波，而如果六角頭下端面的某處出現(xiàn)垂直于軸向的裂紋，那么裂紋處的臺(tái)階寬度增大，即該處被反射的聲束截面積增大，顯然該處反射波將比無(wú)缺陷處大?；诖朔N考慮，故使用5P6直探頭對(duì)試樣a進(jìn)行檢測(cè)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1 mm深模擬裂紋處的反射波幅為一次臺(tái)階波＋5 dB（見(jiàn)圖3和4）。該結(jié)果驗(yàn)證了上述分析的正確性，說(shuō)明5P6直探頭能夠有效發(fā)現(xiàn)A點(diǎn)處存在的1 mm深橫向裂紋，從而彌補(bǔ)了小角度縱波探頭的不足。

圖3 5P6直探頭檢測(cè)時(shí)螺栓六角頭下端面無(wú)缺陷處最強(qiáng)臺(tái)階波顯示圖

3 結(jié)論

綜上所述，聯(lián)合使用5P8×12的12°縱波斜探頭和5P6直探頭可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)過(guò)渡段螺栓原位超聲波檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)螺栓各個(gè)位置上可能存在的深度1 mm及以上的橫向裂紋。

圖4 5P6直探頭檢測(cè)時(shí)螺栓六角頭下端面1 mm深模擬裂紋處最強(qiáng)臺(tái)階波顯示圖

［1]李樹(shù)軍.底波遮擋法在螺栓超聲波探傷中的應(yīng)用［J].河北電力技術(shù)，2001，1（20）：45－49.

［2]夏紀(jì)真.液壓缸緊固螺栓的原位超聲波探傷［J].無(wú)損探傷，1999（1）：40－41.

［3]劉英和，康泰.游樂(lè)設(shè)施高強(qiáng)度螺栓小角度縱波探傷［J].無(wú)損檢測(cè)，2005，2（27）：105－109.