劉金秋，夏曉濤，馮翌軒，尚偉

（華電電力科學研究院山東分院，濟南　250014）

汽輪機葉片葉身及圍帶的渦流檢測

劉金秋，夏曉濤，馮翌軒，尚偉

（華電電力科學研究院山東分院，濟南250014）

針對汽輪機葉片檢測的特殊性（如形狀不規(guī)則、檢測空間限制、檢測比例低、檢測方法少等特點），采用筆式單探頭和指套式單探頭進行渦流檢測試驗。模擬裂紋對比試樣試驗表明，2種探頭均可有效檢出缺陷，便于操作的指套式單探頭靈敏度相量幅度比筆式單探頭低50％左右，邊緣或拉筋孔的檢測需開發(fā)專用探頭或工裝來保障探頭移動平穩(wěn)。現(xiàn)場應用表明，渦流檢測葉身及圍帶有一定優(yōu)勢，是常規(guī)檢測方法的有效補充。

汽輪機；葉片；渦流檢測；試樣；圍帶

0　引言

發(fā)電廠汽輪機轉(zhuǎn)子葉片是汽輪機關鍵部件之一，其結構的完整性是保證汽輪機安全運行的重要因素。如果葉片斷裂，不僅會損壞其他葉片，還可能因為斷裂葉片卡阻而破壞轉(zhuǎn)子的動平衡，導致軸系失穩(wěn)，成為重大事故的誘發(fā)因素。汽輪機葉片損壞的因素主要有設計、制造、安裝和使用等，有時是這些因素的綜合結果［1］。葉片的工作階段按照轉(zhuǎn)速可以分為啟動、穩(wěn)定轉(zhuǎn)動、停機3個階段。在啟動、停機過程中，葉片會經(jīng)受很大的離心變幅載荷以及同步的穩(wěn)態(tài)汽動載荷，屬于低周疲勞；在高速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中，葉片會因汽流擾動產(chǎn)生的激振力而振動，幅值較小但頻率很高，屬于高周疲勞。葉片的啟動、停機過程是裂紋萌生和穩(wěn)態(tài)擴展的主要階段［2］。對葉身和圍帶疲勞裂紋的檢測一直是機組檢修和金屬監(jiān)督的重點。機組檢修時，要求對轉(zhuǎn)子葉片進行原位探傷，實際檢測中常采用磁粉法，受空間位置限制，只能檢驗低、中壓轉(zhuǎn)子的末兩、三級葉片，而超聲法、滲透法等檢測方法也受各種因素的制約較少應用。尺寸較小的轉(zhuǎn)子葉片檢測空間較小，一直存在檢測的難題，實際工作中往往只進行宏觀檢測。本文采用渦流檢測法，選用筆式探頭和指套式探頭來克服空間的制約。

1　對比試樣制作

渦流檢測常用的對比試塊刻槽深度多為0.2，0.5，1.0mm，儀器參數(shù)調(diào)節(jié)極為方便，但被檢測工件材質(zhì)或形狀稍微變化時，其阻抗圖變化較大，因此宜選用同材質(zhì)、同形狀的工件制作對比試樣。利用模擬裂紋對比試樣，對缺陷尺寸和阻抗信號的關系進行試驗研究并確定試驗參數(shù)［3］。

選擇一片與被檢汽輪機葉片材料相同的2Cr13葉片，用電蝕法在其葉身上刻5個槽，在自帶圍帶上刻1個槽，位置分別在出汽側、葉背側、拉筋孔處和圍帶外側，缺陷位置如圖1所示。表1為刻槽的尺寸及鑒定結果，檢測用量具、工具包括平板（0級）、精密臺鉗、百分表、數(shù)顯標尺、測量深度工裝、塞尺、讀數(shù)顯微鏡及數(shù)顯卡尺，形位公差參考GB/T23905—2009《無損檢測超聲檢測用試塊》［4］。

圖1　6處模擬裂紋刻槽位置

2　檢測試驗

儀器，愛德森2004+渦流檢測儀；探頭，筆式單探頭、指套式單探頭（如圖2所示）；頻率，50kHz左右。

考慮到葉身空間有限，選用絕對式單探頭進行檢測。檢測前，采用對比試塊進行儀器的調(diào)試，通過調(diào)節(jié)激勵頻率使缺陷信號和提離信號的相位盡量垂直，再將探頭提離信號調(diào)至水平，并調(diào)整合適的信號幅度。檢測時探頭移動速度不宜過快，并盡量保持探頭穩(wěn)定。

圖2　試驗用單探頭

表1　刻槽的尺寸及鑒定結果mm

檢測試驗結果如下。

（1）筆式探頭和指套式探頭對#1，#5模擬缺陷均未有效檢出。

（2）筆式探頭對#2，#3，#4，#6模擬缺陷可有效檢出，如圖3所示。

（3）指套式探頭對#2，#3，#4，#6模擬缺陷可有效檢出，如圖4所示。

（4）指套式單探頭靈敏度相量幅度比筆式單探頭低50％左右。

圖3　模擬缺陷檢測信號（筆式探頭檢測結果）

3　現(xiàn)場應用

某電廠對#1機組汽輪機轉(zhuǎn)子進行金屬監(jiān)督檢驗時，發(fā)現(xiàn)中壓轉(zhuǎn)子存在2處疑似裂紋（如圖5所示），分別進行磁粉檢驗和滲透檢驗。滲透檢驗未發(fā)現(xiàn)缺陷，而磁粉檢驗的磁痕不致密，因此電廠方和汽輪機制造廠家人員認為不是裂紋缺陷，可能是運行初期形成的沖蝕溝槽或制造時遺留的機加工痕跡，無需處理?？紤]到汽輪機轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動時任何缺陷都可能造成極其嚴重的后果，采用渦流檢測方法進行檢測。選用筆式單探頭，該部位阻抗圖顯示相量幅度達40％（如圖6所示），可定性為裂紋缺陷。選取一處磨開后進行滲透檢驗，顯示裂紋深2 mm，長6mm。隨后對另一處開裂也進行了裂紋打磨及補焊處理。

圖4　模擬缺陷檢測信號（指套式探頭檢測結果）

圖5　磁粉檢測出的2處裂紋

圖6　2處裂紋的渦流阻抗圖

由于轉(zhuǎn)子圍帶比葉片的受力狀態(tài)好，因此檢驗中不夠重視。電廠方及廠家技術人員之所以認為不是裂紋缺陷，主要是因為裂紋本身形態(tài)和裂紋周邊形貌隱藏和掩蓋了裂紋：一方面，此次磁粉檢測發(fā)現(xiàn)的圍帶開裂裂紋在冷態(tài)下呈緊密閉合狀，磁痕比較分散，且開裂幾乎均為直線方向，沒有彎曲，開裂端部也沒有彎曲和變細跡象，磁痕顯示的形態(tài)與常見的裂紋形態(tài)差別極大；另一方面，開裂走向與轉(zhuǎn)子運行中形成的沖蝕溝槽平行，裂紋形貌很容易被沖蝕溝槽所掩蓋，造成了電廠方和廠家人員的誤判。而渦流檢測對這類缺陷的檢測幾乎不受缺陷形貌影響，易于檢測和評判。

4　結論

（1）渦流檢測筆式單探頭和指套式單探頭均未能檢測出#1，#5模擬裂紋缺陷，邊緣部位檢測的穩(wěn)定性是檢測靈敏度保障的關鍵，需開發(fā)專用探頭或工裝來保障探頭移動平穩(wěn)。

（2）渦流檢測筆式單探頭和指套式單探頭均可檢測出#2，#3，#4，#6模擬裂紋缺陷，其信號幅度與模擬裂紋尺寸對應。

（3）采用渦流法檢測葉身和圍帶的方案是可行的，探頭小，可檢測空間狹小部位的葉身，是常規(guī)檢測方法的有效補充。

［1］曹淑珍，胡志忠.汽輪機葉片損壞原因分析［J］.汽輪機技術，1997，39（6）：368-369.

［2］OAKLEYSY，NOWELLD.Predictionofthecombinedhigh andlow-cyclefatigueperformanceofgasturbinebladesafter foreignobjectdamage［J］.Internationaljournaloffatigue，2007，29（1）：69-80.

［3］邵澤波，宋樹波.汽輪機葉片的渦流檢測［J］.無損檢測，2002，24（10）：444-445.

［4］無損檢測超聲檢測用試塊：GB/T23905—2009［S］.

（本文責編：劉芳）

TK263.3

B

1674-1951（2016）09-0036-02

2014-02-11；

2016-07-25

劉金秋（1979—），男，山東濰坊人，高級工程師，工學碩士，從事電站特種設備檢驗、失效分析、無損檢測等方面的研究（E-mail：13031747845@163.com）。