利用超聲波檢測汽輪機(jī)軸瓦的技術(shù)探討
作者：admin 發(fā)布時間：2014-07-04 點(diǎn)擊： 【返回列表】
摘 要:對汽輪機(jī)軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,研究了汽輪機(jī)軸承質(zhì)量監(jiān)督的技術(shù)和措施,以便及時發(fā)現(xiàn)和消除汽輪機(jī)軸承質(zhì)量隱患,解決其運(yùn)行中的軸承問題,保證機(jī)組運(yùn)行軸系的穩(wěn)定性,為汽輪機(jī)軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)提供借鑒。
1 汽輪機(jī)軸承簡介
汽輪機(jī)軸承一般有徑向軸承、圓筒瓦和推力軸承,徑向軸承、圓筒瓦支撐轉(zhuǎn)子的重量,以及因振動等因素引起的其他作用力,保證轉(zhuǎn)子中心在徑向與汽缸中心的一致性。推力軸承承擔(dān)氣流作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力,并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置,以保證通流部分正確的動靜軸向間隙。
汽輪機(jī)的每個轉(zhuǎn)子都由兩個徑向軸承支撐,每個徑向軸承由一個帶球面座的水平分開的軸承殼體組成,由于球面的作用軸承體可隨軸頸傾斜度的改變作相應(yīng)的移動從而使軸頸與軸瓦間的間隙在整個軸瓦長度范圍內(nèi)保持不變。軸承體的軸向位置通過改變墊片厚度進(jìn)行調(diào)整。圓柱形的瓦襯水平分為上瓦、下瓦,上下瓦的內(nèi)表面襯以巴氏軸承合金。其合金是以錫為基礎(chǔ)加入少量銻、銅合金所組成的,其中軸瓦暗色基體為銻溶入錫中所形成的α固溶體,是軟的基體部分,白色方塊為SnSb化合物,白色針狀或粒狀為CuSn化合物,均為硬的顆粒。
根據(jù)軸承的工作條件,要求合金具有低的磨擦系數(shù)、良好的磨合性和抗咬合性、足夠的強(qiáng)度、硬度與韌性以及良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性,尤其是軸承巴氏合金對瓦體的澆注結(jié)合性要求十分嚴(yán)密,否則在機(jī)組運(yùn)行過程中會形成軸承的巴氏合金脫層現(xiàn)象,造成燒瓦事故,影響汽輪機(jī)組安全穩(wěn)定地運(yùn)行,因此汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的軸瓦在制造前和使用后都應(yīng)對其進(jìn)行無損探傷,嚴(yán)格監(jiān)督其巴氏合金脫層情況以便及時發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備隱患,為此我們編制了堆焊熔敷結(jié)合層和復(fù)合層的檢驗(yàn)措施和程序。
2 檢驗(yàn)措施
2.1 檢驗(yàn)器材
2.1.1 探傷儀
(1)A型脈沖反射式超聲波探傷儀,技術(shù)條件應(yīng)符合JB 4730-94要求,其頻率范圍至少應(yīng)在1MHz～5 MHz內(nèi)。
(2)儀器垂直線性誤差應(yīng)不大于5%。
(3)探傷儀應(yīng)配備衰減器或增益控制器,衰減器總衰減量至少為80 db,衰減器精度為任何相鄰12db,誤差在±1 db范圍內(nèi),總誤差在1 db范圍內(nèi)。
2.1.2 探頭
(1)探頭的公稱頻率為2.5(2.25) MHz。
(2)雙晶斜探頭為一收一發(fā),兩聲束間的夾角,應(yīng)能使探頭對有關(guān)區(qū)域具有最大靈敏度。
2.1.3 試塊
(1)雙晶斜探頭試塊
雙晶斜探頭校正試塊上的復(fù)合層應(yīng)當(dāng)采用與產(chǎn)品零件相同的工藝(焊接、熔敷)制作。其表面狀態(tài)應(yīng)代表產(chǎn)品零件的表面,可以在復(fù)合層界面上鉆一個直徑為1.5 mm、最小深度為40 mm橫向鉆孔,也可以穿過母材金屬一直到復(fù)合層界面上鉆一個 3.0mm的平底孔,母材的厚度至少為復(fù)合層的2倍。
(2)單直探頭校正
單直探頭主要用來對復(fù)合層結(jié)合狀況的檢驗(yàn),校正試塊的復(fù)合層應(yīng)采用與產(chǎn)品零件相同的工藝規(guī)范制作,其表面狀態(tài)應(yīng)能代表產(chǎn)品零件的表面,應(yīng)當(dāng)有一個 5 mm的平底孔一直鉆到堆焊熔敷層金屬界面,這個孔可以從任何一側(cè)鉆入,也可以采用其它的校正反射體,但必須要達(dá)到相同或更高的靈敏度,當(dāng)從母材一側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)時,被檢驗(yàn)的母材厚度相差不應(yīng)超過20 mm,當(dāng)從復(fù)合層檢驗(yàn)時,校正試塊上的母材厚度至少應(yīng)為復(fù)合層的2倍。
2.1.4 工具及消耗材料
鋼卷尺、鋼直尺、漆刷、油桶、記錄本、鋼筆、金屬鉛筆、工具包、棉紗或衛(wèi)生紙、廢物袋等。
2.1.5 耦合劑
耦合劑為#20～#50機(jī)油。
2.2 實(shí)施檢驗(yàn)
2.2.1 步驟
先決條件→檢驗(yàn)區(qū)域→檢驗(yàn)靈敏度→缺陷信號評定及記錄→清理→驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)→檢驗(yàn)報告。
2.2.2 先決條件
(1)檢驗(yàn)人員應(yīng)確知檢驗(yàn)零件位置。
(2)檢驗(yàn)面已確定,檢驗(yàn)面應(yīng)光滑清潔,無飛濺、銹蝕、油漆及其他污物,保證良好的聲學(xué)接觸。
2.2.3 檢驗(yàn)區(qū)域
如有可能,整個復(fù)合層表面都應(yīng)檢驗(yàn)。雙斜探頭檢驗(yàn)時,分隔壓電晶體的平面應(yīng)平行焊縫軸線且從復(fù)合層的表面進(jìn)行檢驗(yàn)。
2.2.4 檢驗(yàn)靈敏度
(1)雙斜探頭檢驗(yàn)時,檢驗(yàn)靈敏度為試塊的 1.5 mm橫孔信號波幅為滿幅度的60%-6 db。
(2)單直探頭檢驗(yàn)時,檢驗(yàn)靈敏度為試塊的 5平底孔信號波幅為滿幅度的60%-12 db。單直探頭檢驗(yàn)靈敏度也可以利用復(fù)合層與基體金屬的底波等于滿幅度的80%時增益20 db進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(3)單斜探頭也可進(jìn)行檢測,單斜探頭可選用折射角45°(K=1)的探頭由復(fù)合層進(jìn)行檢測,檢驗(yàn)靈敏度為 3-10 db。
2.2.5 缺陷信號評定和記錄
(1)記錄所有大于檢測靈敏度的缺陷反射信號。
(2)測量所有未結(jié)合面積,未結(jié)合面積的測量是以未結(jié)合信號消失時探頭的內(nèi)側(cè)邊緣作為未結(jié)合面積邊緣進(jìn)行度量的。
2.2.6 清理
檢驗(yàn)工作結(jié)束后,應(yīng)清除檢驗(yàn)表面油污。
2.3 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
(1)無任何缺陷反射信號時驗(yàn)收。
(2)僅存在單個缺陷反射信號,且反射波幅小于檢驗(yàn)靈敏度時驗(yàn)收。
(3)凡出現(xiàn)密集缺陷反射信號及未結(jié)合單塊面積大于25 cm2時拒絕驗(yàn)收。
(4)其它情況商定。
2.4 檢驗(yàn)報告
做出完整的檢驗(yàn)記錄與檢驗(yàn)報告。
3 討論
利用超聲波探傷儀對汽輪機(jī)軸承進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)時,必須清楚顯示屏上的超聲波反射性質(zhì),由于超聲波穿過不同成分和含量介質(zhì)會在其界面產(chǎn)生反射、折射等現(xiàn)象,故超聲波探傷儀對汽輪機(jī)軸承進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)時,會在顯示屏上顯示巴氏軸承合金與整個軸承體結(jié)合面的反射波、軸承體底波及遲到波,經(jīng)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)顯示屏上的超聲波有三種反射波型狀況:①巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅低于整個軸承體底波;②巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅高于整個軸承體底波;③僅有巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅而無整個軸承體底波。通常顯示屏上的巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波、軸承體底波及遲到波且巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅低于整個軸承體底波,可確定該軸承的巴氏軸承合金無脫層缺陷;若顯示屏上僅有巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅而無整個軸承體底波且巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅成比例地衰減成鋸齒形,可確定該軸承的巴氏軸承合金存在脫層缺陷;可是當(dāng)顯示屏上巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅高于整個軸承體底波或僅有巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅而無整個軸承體底波時,就應(yīng)對該軸承的巴氏合金材料組織作進(jìn)一步分析并且用不同頻率的探頭進(jìn)行對比檢查可作出準(zhǔn)確判定,一般情況是由于高阻抗的巴氏合金材料及其晶粒粗大所致,并非巴氏軸承合金存在脫層缺陷。
1 汽輪機(jī)軸承簡介
汽輪機(jī)軸承一般有徑向軸承、圓筒瓦和推力軸承,徑向軸承、圓筒瓦支撐轉(zhuǎn)子的重量,以及因振動等因素引起的其他作用力,保證轉(zhuǎn)子中心在徑向與汽缸中心的一致性。推力軸承承擔(dān)氣流作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力,并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置,以保證通流部分正確的動靜軸向間隙。
汽輪機(jī)的每個轉(zhuǎn)子都由兩個徑向軸承支撐,每個徑向軸承由一個帶球面座的水平分開的軸承殼體組成,由于球面的作用軸承體可隨軸頸傾斜度的改變作相應(yīng)的移動從而使軸頸與軸瓦間的間隙在整個軸瓦長度范圍內(nèi)保持不變。軸承體的軸向位置通過改變墊片厚度進(jìn)行調(diào)整。圓柱形的瓦襯水平分為上瓦、下瓦,上下瓦的內(nèi)表面襯以巴氏軸承合金。其合金是以錫為基礎(chǔ)加入少量銻、銅合金所組成的,其中軸瓦暗色基體為銻溶入錫中所形成的α固溶體,是軟的基體部分,白色方塊為SnSb化合物,白色針狀或粒狀為CuSn化合物,均為硬的顆粒。
根據(jù)軸承的工作條件,要求合金具有低的磨擦系數(shù)、良好的磨合性和抗咬合性、足夠的強(qiáng)度、硬度與韌性以及良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性,尤其是軸承巴氏合金對瓦體的澆注結(jié)合性要求十分嚴(yán)密,否則在機(jī)組運(yùn)行過程中會形成軸承的巴氏合金脫層現(xiàn)象,造成燒瓦事故,影響汽輪機(jī)組安全穩(wěn)定地運(yùn)行,因此汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的軸瓦在制造前和使用后都應(yīng)對其進(jìn)行無損探傷,嚴(yán)格監(jiān)督其巴氏合金脫層情況以便及時發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備隱患,為此我們編制了堆焊熔敷結(jié)合層和復(fù)合層的檢驗(yàn)措施和程序。
2 檢驗(yàn)措施
2.1 檢驗(yàn)器材
2.1.1 探傷儀
(1)A型脈沖反射式超聲波探傷儀,技術(shù)條件應(yīng)符合JB 4730-94要求,其頻率范圍至少應(yīng)在1MHz～5 MHz內(nèi)。
(2)儀器垂直線性誤差應(yīng)不大于5%。
(3)探傷儀應(yīng)配備衰減器或增益控制器,衰減器總衰減量至少為80 db,衰減器精度為任何相鄰12db,誤差在±1 db范圍內(nèi),總誤差在1 db范圍內(nèi)。
2.1.2 探頭
(1)探頭的公稱頻率為2.5(2.25) MHz。
(2)雙晶斜探頭為一收一發(fā),兩聲束間的夾角,應(yīng)能使探頭對有關(guān)區(qū)域具有最大靈敏度。
2.1.3 試塊
(1)雙晶斜探頭試塊
雙晶斜探頭校正試塊上的復(fù)合層應(yīng)當(dāng)采用與產(chǎn)品零件相同的工藝(焊接、熔敷)制作。其表面狀態(tài)應(yīng)代表產(chǎn)品零件的表面,可以在復(fù)合層界面上鉆一個直徑為1.5 mm、最小深度為40 mm橫向鉆孔,也可以穿過母材金屬一直到復(fù)合層界面上鉆一個 3.0mm的平底孔,母材的厚度至少為復(fù)合層的2倍。
(2)單直探頭校正
單直探頭主要用來對復(fù)合層結(jié)合狀況的檢驗(yàn),校正試塊的復(fù)合層應(yīng)采用與產(chǎn)品零件相同的工藝規(guī)范制作,其表面狀態(tài)應(yīng)能代表產(chǎn)品零件的表面,應(yīng)當(dāng)有一個 5 mm的平底孔一直鉆到堆焊熔敷層金屬界面,這個孔可以從任何一側(cè)鉆入,也可以采用其它的校正反射體,但必須要達(dá)到相同或更高的靈敏度,當(dāng)從母材一側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)時,被檢驗(yàn)的母材厚度相差不應(yīng)超過20 mm,當(dāng)從復(fù)合層檢驗(yàn)時,校正試塊上的母材厚度至少應(yīng)為復(fù)合層的2倍。
2.1.4 工具及消耗材料
鋼卷尺、鋼直尺、漆刷、油桶、記錄本、鋼筆、金屬鉛筆、工具包、棉紗或衛(wèi)生紙、廢物袋等。
2.1.5 耦合劑
耦合劑為#20～#50機(jī)油。
2.2 實(shí)施檢驗(yàn)
2.2.1 步驟
先決條件→檢驗(yàn)區(qū)域→檢驗(yàn)靈敏度→缺陷信號評定及記錄→清理→驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)→檢驗(yàn)報告。
2.2.2 先決條件
(1)檢驗(yàn)人員應(yīng)確知檢驗(yàn)零件位置。
(2)檢驗(yàn)面已確定,檢驗(yàn)面應(yīng)光滑清潔,無飛濺、銹蝕、油漆及其他污物,保證良好的聲學(xué)接觸。
2.2.3 檢驗(yàn)區(qū)域
如有可能,整個復(fù)合層表面都應(yīng)檢驗(yàn)。雙斜探頭檢驗(yàn)時,分隔壓電晶體的平面應(yīng)平行焊縫軸線且從復(fù)合層的表面進(jìn)行檢驗(yàn)。
2.2.4 檢驗(yàn)靈敏度
(1)雙斜探頭檢驗(yàn)時,檢驗(yàn)靈敏度為試塊的 1.5 mm橫孔信號波幅為滿幅度的60%-6 db。
(2)單直探頭檢驗(yàn)時,檢驗(yàn)靈敏度為試塊的 5平底孔信號波幅為滿幅度的60%-12 db。單直探頭檢驗(yàn)靈敏度也可以利用復(fù)合層與基體金屬的底波等于滿幅度的80%時增益20 db進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(3)單斜探頭也可進(jìn)行檢測,單斜探頭可選用折射角45°(K=1)的探頭由復(fù)合層進(jìn)行檢測,檢驗(yàn)靈敏度為 3-10 db。
2.2.5 缺陷信號評定和記錄
(1)記錄所有大于檢測靈敏度的缺陷反射信號。
(2)測量所有未結(jié)合面積,未結(jié)合面積的測量是以未結(jié)合信號消失時探頭的內(nèi)側(cè)邊緣作為未結(jié)合面積邊緣進(jìn)行度量的。
2.2.6 清理
檢驗(yàn)工作結(jié)束后,應(yīng)清除檢驗(yàn)表面油污。
2.3 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
(1)無任何缺陷反射信號時驗(yàn)收。
(2)僅存在單個缺陷反射信號,且反射波幅小于檢驗(yàn)靈敏度時驗(yàn)收。
(3)凡出現(xiàn)密集缺陷反射信號及未結(jié)合單塊面積大于25 cm2時拒絕驗(yàn)收。
(4)其它情況商定。
2.4 檢驗(yàn)報告
做出完整的檢驗(yàn)記錄與檢驗(yàn)報告。
3 討論
利用超聲波探傷儀對汽輪機(jī)軸承進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)時,必須清楚顯示屏上的超聲波反射性質(zhì),由于超聲波穿過不同成分和含量介質(zhì)會在其界面產(chǎn)生反射、折射等現(xiàn)象,故超聲波探傷儀對汽輪機(jī)軸承進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)時,會在顯示屏上顯示巴氏軸承合金與整個軸承體結(jié)合面的反射波、軸承體底波及遲到波,經(jīng)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)顯示屏上的超聲波有三種反射波型狀況:①巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅低于整個軸承體底波;②巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅高于整個軸承體底波;③僅有巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅而無整個軸承體底波。通常顯示屏上的巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波、軸承體底波及遲到波且巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅低于整個軸承體底波,可確定該軸承的巴氏軸承合金無脫層缺陷;若顯示屏上僅有巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅而無整個軸承體底波且巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅成比例地衰減成鋸齒形,可確定該軸承的巴氏軸承合金存在脫層缺陷;可是當(dāng)顯示屏上巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅高于整個軸承體底波或僅有巴氏軸承合金結(jié)合面的反射波幅而無整個軸承體底波時,就應(yīng)對該軸承的巴氏合金材料組織作進(jìn)一步分析并且用不同頻率的探頭進(jìn)行對比檢查可作出準(zhǔn)確判定,一般情況是由于高阻抗的巴氏合金材料及其晶粒粗大所致,并非巴氏軸承合金存在脫層缺陷。