張建國 時立佳 張 超 牛廣斌

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

高中壓轉(zhuǎn)子超聲檢測缺陷定性分析

張建國 時立佳 張 超 牛廣斌

(天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

采用超聲檢測方法對高中壓轉(zhuǎn)子超標(biāo)缺陷進(jìn)行精確定位后，將轉(zhuǎn)子鍛件解剖，利用金相及掃描電子顯微鏡對缺陷進(jìn)行定性分析，并提出預(yù)防措施。

轉(zhuǎn)子；缺陷；超聲檢測；定性分析

汽輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子是電站設(shè)備中最重要的零件，高、中壓轉(zhuǎn)子在高溫高壓(400～565℃，≥9 MPa)的蒸汽介質(zhì)下連續(xù)工作，要承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力、傳遞扭矩和自身產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，它的可靠性關(guān)系到電力工業(yè)部門的正常安全生產(chǎn)。轉(zhuǎn)子材料內(nèi)部缺陷的存在會破壞材料的延續(xù)性，在一定條件下會導(dǎo)致脆性斷裂，因此轉(zhuǎn)子材料的均勻性要求極為嚴(yán)格。轉(zhuǎn)子鍛件報廢大部分是由于超聲檢測缺陷超標(biāo)導(dǎo)致的，轉(zhuǎn)子內(nèi)部超聲檢測缺陷主要分為裂紋缺陷和非金屬夾雜物缺陷，其中非金屬夾雜物缺陷又有多種，對超標(biāo)缺陷進(jìn)行定性分析，確定缺陷的種類和性質(zhì)，對預(yù)防和控制轉(zhuǎn)子鍛件超聲檢測缺陷及提高內(nèi)部質(zhì)量具有極其重要的意義。

1 鍛件產(chǎn)品概況

高中壓轉(zhuǎn)子輪廓尺寸及缺陷情況見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)子輪廓尺寸及缺陷分布情況示意圖Figure 1 The sketch of defect distribution and overall dimension of rotor

高中壓轉(zhuǎn)子材質(zhì)為30Cr1Mo1V，最大直徑約1.5 m，總長約8 m，精煉方式為真空碳脫氧，經(jīng)過鍛造和預(yù)備熱處理后，進(jìn)行粗加工超聲檢測，發(fā)現(xiàn)在鍛件水口端?750 mm處存在?2 mm～?4 mm當(dāng)量的密集超標(biāo)缺陷和?9 mm當(dāng)量的單個超標(biāo)缺陷(驗收標(biāo)準(zhǔn)要求密集缺陷≤?1.6 mm，單個缺陷≤?3 mm)。為確定超標(biāo)缺陷的性質(zhì)，從而為后續(xù)生產(chǎn)制造和工藝改進(jìn)提供依據(jù)，決定對該轉(zhuǎn)子缺陷部位進(jìn)行解剖，對缺陷進(jìn)行定性分析。

2 轉(zhuǎn)子鍛件解剖

圖2為缺陷解剖方案示意圖。采用超聲檢測對超標(biāo)缺陷位置進(jìn)行精確定位后，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行鋸切，得到包含缺陷的切片，然后對切片磨削拋光后進(jìn)行低倍試驗，再加工成斷口試棒。試棒包含?9 mm單個缺陷，在缺陷處開V型口，打斷后用掃描電鏡進(jìn)行斷口分析，對斷口試樣沿缺陷方向進(jìn)行反復(fù)的精細(xì)加工、磨拋和觀察，直至發(fā)現(xiàn)缺陷后，上掃描電鏡進(jìn)行觀測和能譜分析，對超標(biāo)缺陷進(jìn)行定性。圖3為缺陷解剖過程主要節(jié)點照片。

3 缺陷分析結(jié)果

對密集缺陷所在切片進(jìn)行磨拋后進(jìn)行低倍試驗，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷及偏析區(qū)域，因此，在原超聲檢測?9 mm單個缺陷位置切割、加工成試棒，打斷后進(jìn)行斷口分析，試棒打斷后肉眼觀察及上掃描電鏡觀察均未發(fā)現(xiàn)夾雜缺陷，因此將斷口試樣沿?9 mm缺陷方向進(jìn)行精細(xì)加工。經(jīng)過對小試樣反復(fù)銑削加工、打磨后，在體視鏡和掃描電鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)在不同銑削層相近位置存在一條非連續(xù)鏈條形缺陷，長度約1.5 mm，深度延續(xù)約6 mm，并發(fā)現(xiàn)數(shù)個圓形缺陷，直徑約0.2 mm～0.5 mm，在掃描電鏡上分別對鏈條和圓形缺陷進(jìn)行能譜分析，缺陷形貌見圖4。

圖2 缺陷解剖方案示意圖Figure 2 The sketch of processing scheme for defects

(a)低倍試片(b)加工成的試棒(c)試樣斷口(d)試樣精銑

圖3 缺陷解剖過程

Figure 3 The processing procedure of defects

分析鏈條缺陷時，由于鏈條上的缺陷不是連續(xù)的，選擇鏈條缺陷上較大的3處夾雜進(jìn)行能譜分析，分別標(biāo)記為A、B、C。圖5為A、B、C三處缺陷放大圖，圖中黑圈標(biāo)記位置為能譜分析點，圓形缺陷分析點見圖4。圖6為3處缺陷及圓形缺陷的能譜分析結(jié)果。

由圖6可見，鏈條裝缺陷3處夾雜及圓形缺陷夾雜性質(zhì)基本一致，其成分主要為Al、O、Ca、Mg、Si等元素，缺陷為氧化物類夾雜缺陷。

由于超聲檢測中缺陷的當(dāng)量是把缺陷理想的規(guī)劃成為規(guī)則的反射體，與缺陷實際的形狀存在差異，所以超聲檢測中的缺陷當(dāng)量不能代表缺陷的實際尺寸。分析認(rèn)為深度延續(xù)的1.5 mm鏈條狀缺陷符合?9 mm當(dāng)量超聲檢測缺陷的特征，而不同銑削層出現(xiàn)的當(dāng)量?0.2 mm～0.5 mm圓形缺陷由于距離相近，超聲檢測時表現(xiàn)為密集缺陷的特征。

(a)鏈條缺陷(100×)

(b)圓形缺陷(500×) 圖4 缺陷全貌SEM照片F(xiàn)igure 4 The SEM photos of overall appearance of defects

(a)A處

(b)B處

(c)C處 圖5 鏈條上3處較大缺陷SEM照片(1000×)Figure 5 The SEM photos of three major defects (1000×)

(a)A處(b)B處(c)C處(d)圓形缺陷

圖6 3處缺陷及圓形缺陷的能譜分析結(jié)果

Figure 6 The results of energy spectrum analysis of three major defects and circular defect

4 結(jié)論

經(jīng)過對轉(zhuǎn)子鍛件的解剖和分析，確定了超聲檢測超標(biāo)缺陷為氧化物類夾雜缺陷，根據(jù)夾雜物形態(tài)及尺寸特征認(rèn)為該夾雜物為鋼錠冶煉和澆注過程中的外來夾雜物，主要是存留在鋼液中未能完全上浮的爐渣、耐火材料、保護(hù)渣等物質(zhì)。針對該問題主要通過以下幾項措施來避免該類外來夾雜物的產(chǎn)生：

(1)加強鋼包、中間包等所用耐火材料的質(zhì)量控制，并保證使用時清潔干燥和包體狀況良好。

(2)在倒包和澆注過程中要做好卡渣、擋渣工作。

(3)精煉時適當(dāng)增加軟吹時間，保證夾雜物充分上浮。

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編輯 杜青泉

Qualitative Analysis of Defects of Ultrasonic Testing forHigh Pressure and Intermediate Pressure Rotors

Zhang Jianguo, Shi Lijia, Zhang Chao, Niu Guangbin

After accurate positioning the defects of high pressure and intermediate pressure rotors by means of ultrasonic testing, the rotor forgings have been cut. Then the qualitative analysis of defects has been performed by adopting the metallographic examination and the scanning electron microscope. Meanwhile, the prevention measures have been put forward.

rotor; defect; ultrasonic testing; qualitative analysis

2016—11—09

張建國(1983—)，男，工程師，從事電站鍛件制造技術(shù)研究。

TF703.5

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