谷昊

【摘 要】文章介紹了核電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子焊接接頭自動檢測系統(tǒng)的研發(fā)背景，掃查方案的選擇，檢測系統(tǒng)構(gòu)成及技術(shù)說明，在現(xiàn)場檢測中的應(yīng)用等。文章體現(xiàn)了該系統(tǒng)設(shè)計的獨創(chuàng)性，系統(tǒng)設(shè)計及檢測手段的先進(jìn)性等，展現(xiàn)了該系統(tǒng)廣闊的應(yīng)用前景以及在保證核電汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證核安全方面的重要作用。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子焊縫;檢測系統(tǒng);核電機(jī)組

中圖分類號： TG441.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）01-0035-002

汽輪機(jī)是整個核電站常規(guī)島的核心組成部分，作為汽輪機(jī)中的高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的安全性與可靠性至關(guān)重要。焊接轉(zhuǎn)子具有結(jié)構(gòu)緊湊、強(qiáng)度高、加工方便、材料利用合理和轉(zhuǎn)子剛性好等諸多優(yōu)點;但在優(yōu)點突出的背后也存在不足，例如對材料的焊接性能要求高、對焊接工藝及檢驗檢測技術(shù)要求高、存在焊接接頭性能薄弱區(qū)等。由于薄弱區(qū)的存在，為保證轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行，定期檢查焊接接頭質(zhì)量和性能無疑是非常重要的。

為保證汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，引入了汽輪機(jī)焊接轉(zhuǎn)子自動化檢測系統(tǒng)，在機(jī)組大修停機(jī)期間對轉(zhuǎn)子焊縫進(jìn)行在役檢測，檢測方法包括目視、相控陣超聲及陣列渦流的自動化檢測。實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子焊縫全范圍的高精度檢測覆蓋，進(jìn)一步保障了核電的運(yùn)行安全。

1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及檢測系統(tǒng)

本次實施檢測的是高中壓轉(zhuǎn)子，共包含3條焊縫，如圖1所示：

其中黑色線條代表三條對接焊縫，分別位于轉(zhuǎn)子兩側(cè)及正中，由于葉片及輪盤間距較小，手動檢測難度很大。

整套系統(tǒng)由檢測機(jī)器人、清潔機(jī)器人、各類檢測儀器以及輔助裝置構(gòu)成。檢測機(jī)器人吸附于轉(zhuǎn)子表面，定位探頭并執(zhí)行檢測工作，其中耦合裝置用于超聲檢測耦合劑的施加，機(jī)器人兩側(cè)配備相應(yīng)傳感器，保證探頭定位準(zhǔn)確。該設(shè)備可以根據(jù)檢測需求安裝多種探頭，如：常規(guī)超聲、常規(guī)渦流、超聲相控陣、TOFD、陣列渦流、視頻檢測及測量探頭等。

傳統(tǒng)的檢測方案使用機(jī)械臂模式，只能攜帶功能單一的常規(guī)超聲或相控陣探頭，且不具備焊接接頭表面的清理功能。焊接接頭表面清潔度直接關(guān)系到檢測方法可否可行或檢測信號的有效性。故檢測中我們先使用清潔機(jī)器人對焊縫的表面狀況進(jìn)行清理，使其滿足檢測需求。其小巧便攜，可以在檢測機(jī)器人進(jìn)行焊接接頭檢測時，在其他焊接接頭區(qū)域進(jìn)行清潔工作，互不影響

清潔機(jī)器人用于焊縫及熱影響區(qū)表面的清理工作，其結(jié)構(gòu)示意見圖2，車體下方永磁體保證機(jī)器人工作時可吸附在轉(zhuǎn)子表面，同時使用清潔滾刷對表面進(jìn)行清理，滿足檢測需要。

檢測機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3，通過磁輪吸附于轉(zhuǎn)子的表面，并攜帶探頭進(jìn)行檢測，通過傳感器保證其軌跡不會偏移。檢測機(jī)器人內(nèi)置的耦合裝置使得耦合劑的施加簡單高效，檢測速度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，在不同檢測階段安裝相應(yīng)探頭。與掃查臂相比，使用檢測機(jī)器人方案轉(zhuǎn)子現(xiàn)場發(fā)生竄動風(fēng)險相對較小，實施檢測的同時保證現(xiàn)場安全穩(wěn)定。并且探頭安裝后，在三個維度上均可以自由移動，靈活控制檢測探頭位置，并保證結(jié)果可靠。

該設(shè)計方案具有結(jié)構(gòu)小巧、檢測高效、適合執(zhí)行多種方法檢測工作等特點。

2 現(xiàn)場檢測工作實施過程

現(xiàn)場檢測工作在某核電廠機(jī)組大修期間實施，實施檢測前先使用清潔機(jī)器人對焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行初步清理，清理完成后可進(jìn)行表面目視宏觀檢查，并對疑似問題使用測量鏡頭確認(rèn)尺寸深度;視頻檢測探頭和陣列渦流探頭可同時安裝于檢測機(jī)器人探頭夾具處，在對表面及近表面缺陷進(jìn)行檢測時，可以相互驗證，提高效率。

如圖4所示，由于焊接轉(zhuǎn)子焊縫厚度較大，相控陣探頭并無法一次覆蓋焊縫及熱影響區(qū)，需疊加多次檢測結(jié)果，故相控陣檢測將分區(qū)進(jìn)行。

3 檢測結(jié)果的分析及評判

由于采用自動檢測手段，故檢測方法選用了陣列渦流及相控陣超聲，相比傳統(tǒng)檢測方法效率、靈敏度均有提高。

陣列渦流技術(shù)將多個渦流檢測線圈進(jìn)行特殊設(shè)計封裝（如圖5），并借助計算機(jī)對激勵次序快速控制和處理，從而實現(xiàn)對材料和零件快速、有效地檢測。

陣列渦流探頭能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)電材料的大面積高速掃描。不同走向的裂紋對線圈問互感的影響是不同的，因此，在標(biāo)定試板上加工了不同方向的人工缺陷，可以看到圖6中不同類型方向的缺陷均可靈敏檢出。

相控陣超聲探頭是由許多獨立的晶片構(gòu)成的，每個晶片都能被單獨激發(fā)。這些探頭由特殊的裝置驅(qū)動，能夠在每個通道獨立的、同步的發(fā)射和接收信號。超聲相控陣的一個重要特性就是可以通過軟件來改變超聲波束的特性。根據(jù)系統(tǒng)軟件設(shè)置，每個晶片都能通過不同的時間延時來激活，并發(fā)射和接收超聲信號。圖7為相控陣超聲在檢測試塊上的信號圖。

4 結(jié)論

整套汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子焊縫檢測系統(tǒng)在進(jìn)行了幾次改進(jìn)升級之后，現(xiàn)有系統(tǒng)與初版相比，系統(tǒng)更加小巧輕便，檢測效率更高，現(xiàn)場實施更加可靠安全，在大修中進(jìn)行了完整檢測，從項目開工到主要工作結(jié)束，整套系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，檢測工作按時按量完成，取得了圓滿的成功。

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