利用超声波检测汽轮机轴瓦的技术探讨
作者：admin 发布时间：2014-07-04 点击： 【返回列表】
摘 要:对汽轮机轴承结构进行分析,研究了汽轮机轴承质量监督的技术和措施,以便及时发现和消除汽轮机轴承质量隐患,解决其运行中的轴承问题,保证机组运行轴系的稳定性,为汽轮机轴承质量监督检验提供借鉴。
1 汽轮机轴承简介
汽轮机轴承一般有径向轴承、圆筒瓦和推力轴承,径向轴承、圆筒瓦支撑转子的重量,以及因振动等因素引起的其他作用力,保证转子中心在径向与汽缸中心的一致性。推力轴承承担气流作用在转子上的轴向推力,并确定转子的轴向位置,以保证通流部分正确的动静轴向间隙。
汽轮机的每个转子都由两个径向轴承支撑,每个径向轴承由一个带球面座的水平分开的轴承壳体组成,由于球面的作用轴承体可随轴颈倾斜度的改变作相应的移动从而使轴颈与轴瓦间的间隙在整个轴瓦长度范围内保持不变。轴承体的轴向位置通过改变垫片厚度进行调整。圆柱形的瓦衬水平分为上瓦、下瓦,上下瓦的内表面衬以巴氏轴承合金。其合金是以锡为基础加入少量锑、铜合金所组成的,其中轴瓦暗色基体为锑溶入锡中所形成的α固溶体,是软的基体部分,白色方块为SnSb化合物,白色针状或粒状为CuSn化合物,均为硬的颗粒。
根据轴承的工作条件,要求合金具有低的磨擦系数、良好的磨合性和抗咬合性、足够的强度、硬度与韧性以及良好的导热性和耐蚀性,尤其是轴承巴氏合金对瓦体的浇注结合性要求十分严密,否则在机组运行过程中会形成轴承的巴氏合金脱层现象,造成烧瓦事故,影响汽轮机组安全稳定地运行,因此汽轮机发电机组的轴瓦在制造前和使用后都应对其进行无损探伤,严格监督其巴氏合金脱层情况以便及时发现和消除设备隐患,为此我们编制了堆焊熔敷结合层和复合层的检验措施和程序。
2 检验措施
2.1 检验器材
2.1.1 探伤仪
(1)A型脉冲反射式超声波探伤仪,技术条件应符合JB 4730-94要求,其频率范围至少应在1MHz～5 MHz内。
(2)仪器垂直线性误差应不大于5%。
(3)探伤仪应配备衰减器或增益控制器,衰减器总衰减量至少为80 db,衰减器精度为任何相邻12db,误差在±1 db范围内,总误差在1 db范围内。
2.1.2 探头
(1)探头的公称频率为2.5(2.25) MHz。
(2)双晶斜探头为一收一发,两声束间的夹角,应能使探头对有关区域具有最大灵敏度。
2.1.3 试块
(1)双晶斜探头试块
双晶斜探头校正试块上的复合层应当采用与产品零件相同的工艺(焊接、熔敷)制作。其表面状态应代表产品零件的表面,可以在复合层界面上钻一个直径为1.5 mm、最小深度为40 mm横向钻孔,也可以穿过母材金属一直到复合层界面上钻一个 3.0mm的平底孔,母材的厚度至少为复合层的2倍。
(2)单直探头校正
单直探头主要用来对复合层结合状况的检验,校正试块的复合层应采用与产品零件相同的工艺规范制作,其表面状态应能代表产品零件的表面,应当有一个 5 mm的平底孔一直钻到堆焊熔敷层金属界面,这个孔可以从任何一侧钻入,也可以采用其它的校正反射体,但必须要达到相同或更高的灵敏度,当从母材一侧进行检验时,被检验的母材厚度相差不应超过20 mm,当从复合层检验时,校正试块上的母材厚度至少应为复合层的2倍。
2.1.4 工具及消耗材料
钢卷尺、钢直尺、漆刷、油桶、记录本、钢笔、金属铅笔、工具包、棉纱或卫生纸、废物袋等。
2.1.5 耦合剂
耦合剂为#20～#50机油。
2.2 实施检验
2.2.1 步骤
先决条件→检验区域→检验灵敏度→缺陷信号评定及记录→清理→验收标准→检验报告。
2.2.2 先决条件
(1)检验人员应确知检验零件位置。
(2)检验面已确定,检验面应光滑清洁,无飞溅、锈蚀、油漆及其他污物,保证良好的声学接触。
2.2.3 检验区域
如有可能,整个复合层表面都应检验。双斜探头检验时,分隔压电晶体的平面应平行焊缝轴线且从复合层的表面进行检验。
2.2.4 检验灵敏度
(1)双斜探头检验时,检验灵敏度为试块的 1.5 mm横孔信号波幅为满幅度的60%-6 db。
(2)单直探头检验时,检验灵敏度为试块的 5平底孔信号波幅为满幅度的60%-12 db。单直探头检验灵敏度也可以利用复合层与基体金属的底波等于满幅度的80%时增益20 db进行调节。
(3)单斜探头也可进行检测,单斜探头可选用折射角45°(K=1)的探头由复合层进行检测,检验灵敏度为 3-10 db。
2.2.5 缺陷信号评定和记录
(1)记录所有大于检测灵敏度的缺陷反射信号。
(2)测量所有未结合面积,未结合面积的测量是以未结合信号消失时探头的内侧边缘作为未结合面积边缘进行度量的。
2.2.6 清理
检验工作结束后,应清除检验表面油污。
2.3 验收标准
(1)无任何缺陷反射信号时验收。
(2)仅存在单个缺陷反射信号,且反射波幅小于检验灵敏度时验收。
(3)凡出现密集缺陷反射信号及未结合单块面积大于25 cm2时拒绝验收。
(4)其它情况商定。
2.4 检验报告
做出完整的检验记录与检验报告。
3 讨论
利用超声波探伤仪对汽轮机轴承进行质量检验时,必须清楚显示屏上的超声波反射性质,由于超声波穿过不同成分和含量介质会在其界面产生反射、折射等现象,故超声波探伤仪对汽轮机轴承进行质量检验时,会在显示屏上显示巴氏轴承合金与整个轴承体结合面的反射波、轴承体底波及迟到波,经现场实验显示屏上的超声波有三种反射波型状况:①巴氏轴承合金结合面的反射波幅低于整个轴承体底波;②巴氏轴承合金结合面的反射波幅高于整个轴承体底波;③仅有巴氏轴承合金结合面的反射波幅而无整个轴承体底波。通常显示屏上的巴氏轴承合金结合面的反射波、轴承体底波及迟到波且巴氏轴承合金结合面的反射波幅低于整个轴承体底波,可确定该轴承的巴氏轴承合金无脱层缺陷;若显示屏上仅有巴氏轴承合金结合面的反射波幅而无整个轴承体底波且巴氏轴承合金结合面的反射波幅成比例地衰减成锯齿形,可确定该轴承的巴氏轴承合金存在脱层缺陷;可是当显示屏上巴氏轴承合金结合面的反射波幅高于整个轴承体底波或仅有巴氏轴承合金结合面的反射波幅而无整个轴承体底波时,就应对该轴承的巴氏合金材料组织作进一步分析并且用不同频率的探头进行对比检查可作出准确判定,一般情况是由于高阻抗的巴氏合金材料及其晶粒粗大所致,并非巴氏轴承合金存在脱层缺陷。
1 汽轮机轴承简介
汽轮机轴承一般有径向轴承、圆筒瓦和推力轴承,径向轴承、圆筒瓦支撑转子的重量,以及因振动等因素引起的其他作用力,保证转子中心在径向与汽缸中心的一致性。推力轴承承担气流作用在转子上的轴向推力,并确定转子的轴向位置,以保证通流部分正确的动静轴向间隙。
汽轮机的每个转子都由两个径向轴承支撑,每个径向轴承由一个带球面座的水平分开的轴承壳体组成,由于球面的作用轴承体可随轴颈倾斜度的改变作相应的移动从而使轴颈与轴瓦间的间隙在整个轴瓦长度范围内保持不变。轴承体的轴向位置通过改变垫片厚度进行调整。圆柱形的瓦衬水平分为上瓦、下瓦,上下瓦的内表面衬以巴氏轴承合金。其合金是以锡为基础加入少量锑、铜合金所组成的,其中轴瓦暗色基体为锑溶入锡中所形成的α固溶体,是软的基体部分,白色方块为SnSb化合物,白色针状或粒状为CuSn化合物,均为硬的颗粒。
根据轴承的工作条件,要求合金具有低的磨擦系数、良好的磨合性和抗咬合性、足够的强度、硬度与韧性以及良好的导热性和耐蚀性,尤其是轴承巴氏合金对瓦体的浇注结合性要求十分严密,否则在机组运行过程中会形成轴承的巴氏合金脱层现象,造成烧瓦事故,影响汽轮机组安全稳定地运行,因此汽轮机发电机组的轴瓦在制造前和使用后都应对其进行无损探伤,严格监督其巴氏合金脱层情况以便及时发现和消除设备隐患,为此我们编制了堆焊熔敷结合层和复合层的检验措施和程序。
2 检验措施
2.1 检验器材
2.1.1 探伤仪
(1)A型脉冲反射式超声波探伤仪,技术条件应符合JB 4730-94要求,其频率范围至少应在1MHz～5 MHz内。
(2)仪器垂直线性误差应不大于5%。
(3)探伤仪应配备衰减器或增益控制器,衰减器总衰减量至少为80 db,衰减器精度为任何相邻12db,误差在±1 db范围内,总误差在1 db范围内。
2.1.2 探头
(1)探头的公称频率为2.5(2.25) MHz。
(2)双晶斜探头为一收一发,两声束间的夹角,应能使探头对有关区域具有最大灵敏度。
2.1.3 试块
(1)双晶斜探头试块
双晶斜探头校正试块上的复合层应当采用与产品零件相同的工艺(焊接、熔敷)制作。其表面状态应代表产品零件的表面,可以在复合层界面上钻一个直径为1.5 mm、最小深度为40 mm横向钻孔,也可以穿过母材金属一直到复合层界面上钻一个 3.0mm的平底孔,母材的厚度至少为复合层的2倍。
(2)单直探头校正
单直探头主要用来对复合层结合状况的检验,校正试块的复合层应采用与产品零件相同的工艺规范制作,其表面状态应能代表产品零件的表面,应当有一个 5 mm的平底孔一直钻到堆焊熔敷层金属界面,这个孔可以从任何一侧钻入,也可以采用其它的校正反射体,但必须要达到相同或更高的灵敏度,当从母材一侧进行检验时,被检验的母材厚度相差不应超过20 mm,当从复合层检验时,校正试块上的母材厚度至少应为复合层的2倍。
2.1.4 工具及消耗材料
钢卷尺、钢直尺、漆刷、油桶、记录本、钢笔、金属铅笔、工具包、棉纱或卫生纸、废物袋等。
2.1.5 耦合剂
耦合剂为#20～#50机油。
2.2 实施检验
2.2.1 步骤
先决条件→检验区域→检验灵敏度→缺陷信号评定及记录→清理→验收标准→检验报告。
2.2.2 先决条件
(1)检验人员应确知检验零件位置。
(2)检验面已确定,检验面应光滑清洁,无飞溅、锈蚀、油漆及其他污物,保证良好的声学接触。
2.2.3 检验区域
如有可能,整个复合层表面都应检验。双斜探头检验时,分隔压电晶体的平面应平行焊缝轴线且从复合层的表面进行检验。
2.2.4 检验灵敏度
(1)双斜探头检验时,检验灵敏度为试块的 1.5 mm横孔信号波幅为满幅度的60%-6 db。
(2)单直探头检验时,检验灵敏度为试块的 5平底孔信号波幅为满幅度的60%-12 db。单直探头检验灵敏度也可以利用复合层与基体金属的底波等于满幅度的80%时增益20 db进行调节。
(3)单斜探头也可进行检测,单斜探头可选用折射角45°(K=1)的探头由复合层进行检测,检验灵敏度为 3-10 db。
2.2.5 缺陷信号评定和记录
(1)记录所有大于检测灵敏度的缺陷反射信号。
(2)测量所有未结合面积,未结合面积的测量是以未结合信号消失时探头的内侧边缘作为未结合面积边缘进行度量的。
2.2.6 清理
检验工作结束后,应清除检验表面油污。
2.3 验收标准
(1)无任何缺陷反射信号时验收。
(2)仅存在单个缺陷反射信号,且反射波幅小于检验灵敏度时验收。
(3)凡出现密集缺陷反射信号及未结合单块面积大于25 cm2时拒绝验收。
(4)其它情况商定。
2.4 检验报告
做出完整的检验记录与检验报告。
3 讨论
利用超声波探伤仪对汽轮机轴承进行质量检验时,必须清楚显示屏上的超声波反射性质,由于超声波穿过不同成分和含量介质会在其界面产生反射、折射等现象,故超声波探伤仪对汽轮机轴承进行质量检验时,会在显示屏上显示巴氏轴承合金与整个轴承体结合面的反射波、轴承体底波及迟到波,经现场实验显示屏上的超声波有三种反射波型状况:①巴氏轴承合金结合面的反射波幅低于整个轴承体底波;②巴氏轴承合金结合面的反射波幅高于整个轴承体底波;③仅有巴氏轴承合金结合面的反射波幅而无整个轴承体底波。通常显示屏上的巴氏轴承合金结合面的反射波、轴承体底波及迟到波且巴氏轴承合金结合面的反射波幅低于整个轴承体底波,可确定该轴承的巴氏轴承合金无脱层缺陷;若显示屏上仅有巴氏轴承合金结合面的反射波幅而无整个轴承体底波且巴氏轴承合金结合面的反射波幅成比例地衰减成锯齿形,可确定该轴承的巴氏轴承合金存在脱层缺陷;可是当显示屏上巴氏轴承合金结合面的反射波幅高于整个轴承体底波或仅有巴氏轴承合金结合面的反射波幅而无整个轴承体底波时,就应对该轴承的巴氏合金材料组织作进一步分析并且用不同频率的探头进行对比检查可作出准确判定,一般情况是由于高阻抗的巴氏合金材料及其晶粒粗大所致,并非巴氏轴承合金存在脱层缺陷。
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