陳俊曄

(1. 上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240；2. 上海電氣電站設(shè)備有限公司發(fā)電機(jī)廠，上海 200240)

汽輪發(fā)電機(jī)修理線圈接頭焊縫超聲波檢測研究

陳俊曄1，2

(1. 上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240；2. 上海電氣電站設(shè)備有限公司發(fā)電機(jī)廠，上海 200240)

介紹了使用超聲波檢測對汽輪發(fā)電機(jī)修理線圈接頭焊縫的無損檢測方法，通過對比試塊及焊接試樣驗(yàn)證了此方法的可靠性。解決了汽輪發(fā)電機(jī)修理線圈接頭焊縫的檢測需求。

汽輪發(fā)電機(jī)；修理線圈；接頭；無損檢測；超聲波檢測

0 引言

目前發(fā)電機(jī)修理線圈接頭采用了一種階梯狀的銅質(zhì)材料，與股線通過釬焊的方式連接。為保證焊接質(zhì)量，需采用無損檢測中的超聲波檢測方法來檢測定子線棒修理線圈接頭的焊縫質(zhì)量，并通過對比試塊及特制焊接試樣進(jìn)行了有效性測試。

1 超聲波脈沖反射法原理

超聲波脈沖反射法是利用超聲波脈沖在介質(zhì)內(nèi)傳播的過程中，遇到有聲阻抗值相差比較大的兩種介質(zhì)界面時(shí)，絕大多數(shù)聲能發(fā)生反射的原理進(jìn)行檢測的方法。采用一個(gè)包含有發(fā)射和接收器件的探頭，接收的信號顯示在熒光屏上，根據(jù)缺陷反射波的高低來判斷其在基軸上的位置大小及其方位。

2 試驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)采用汕頭產(chǎn)型號為CTS-2200超聲波探傷儀(圖1)；采用與產(chǎn)品相同材料及尺寸的階梯型銅塊作為參考試塊(圖2)；探頭采用5 MHz的K5K探頭(圖3)，探頭直徑為6.4 mm。

圖1 CTS-2200超聲波探傷儀

圖2 參考試塊

圖3 K5K探頭

3 檢測方法及過程

1) 用一個(gè)6.4 mm直徑，5 MHz探頭且足夠長的延遲線可以獲得檢測區(qū)域外的多次反射。

2) 在線夾表面使用6.4 mm的網(wǎng)格。距離股線端部9.7 mm出現(xiàn)臺階，因此一排網(wǎng)格越過臺階時(shí)將產(chǎn)生兩個(gè)不同深度的反射訊號。

3) 用適當(dāng)金屬厚度的階梯楔塊或用相同結(jié)構(gòu)完好的未釬焊線夾進(jìn)行校準(zhǔn)，在薄的部位校準(zhǔn)后檢測線夾薄的部分，然后在厚的部位重新校準(zhǔn)后檢測線夾厚的部分。設(shè)置底波反射在屏高的80%。

4) 記錄檢測時(shí)每個(gè)部分的增益設(shè)置。

5) 檢測每個(gè)網(wǎng)格位置并且使網(wǎng)格中線夾與股線界面反射訊號達(dá)到最大值。有些掃描是允許的。記錄界面反射訊號。

6) 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是建立于反射訊號在屏高不超過在探頭有效范圍內(nèi)顯示一個(gè)未粘合股線的數(shù)值。給定股線厚度的最大可接受屏高可用表1和圖4確定，或者如下計(jì)算而確定：

H=A未粘合×CH÷S

A未粘合=[πd2÷360sin-1(t÷d)] +[0.5t+[0.5t(d2-t2)0.5]

H：最大可允許的屏高

S(探頭有效面積)= 19.6 mm2(6.4 mm直徑探頭有效直徑為5 mm)

CH：校準(zhǔn)高度(滿屏高度的80%)

t：股線厚度(即,單根銅導(dǎo)體短的一側(cè))

d：探頭有效直徑

在線夾薄的部分，每排網(wǎng)格中有一個(gè)網(wǎng)格必須合格。在線夾厚的部分所有的網(wǎng)格必須合格。

表1 最大可允許的屏高

圖4 最大允許屏高曲線

4 檢測結(jié)果

為達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?，我們特別制作了一塊產(chǎn)品模擬試樣(圖5)，并在試樣表面按邊長6.4 mm畫出3行10列的格子。本試樣是從產(chǎn)品上截取下來，并使用半邊加釬料的方式焊接而成。試樣左側(cè)為加釬料焊接側(cè)(圖6)；試樣右側(cè)為未加釬料焊接側(cè)(圖7)。實(shí)際股線厚度約為1.98 mm，根據(jù)表1得到最大允許屏高在40%。

圖5 產(chǎn)品模擬試樣

圖6 加釬料焊接側(cè)

圖7 未加釬料焊接側(cè)

我們使用參考試塊厚處校準(zhǔn)波幅(圖8)，用來檢測試樣厚處的焊接情況；使用參考試塊薄處校準(zhǔn)波幅(圖9)。經(jīng)檢測后，波幅值如表2所示。

圖8 參考試塊厚處校準(zhǔn)波幅

圖9 參考試塊薄處校準(zhǔn)波幅

%

檢測結(jié)果顯示未放釬料的部分焊接情況并未合格，而放釬料部分焊接情況良好。根據(jù)實(shí)測的數(shù)據(jù)來看，數(shù)據(jù)基本符合當(dāng)初設(shè)定的情況，第十列波幅不高的原因是探頭靠近邊角導(dǎo)致部分能量損失。

5 結(jié)語

本文提供了一種汽輪發(fā)電機(jī)修理線圈接頭焊縫質(zhì)量的無損檢測方法。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和實(shí)際產(chǎn)品的檢測，結(jié)果表明本方法能夠有效、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)釬接面的粘結(jié)不良處，為修理線圈的焊接質(zhì)量提供了可行且可靠的檢測方法。