專利名稱：發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無損檢測超聲波探傷裝置。
背景技術(shù)：
超聲波探傷是利用超聲能在材料的內(nèi)部傳播，當(dāng)聲波由一介質(zhì)進(jìn)入另一介質(zhì)時， 遇異質(zhì)界面產(chǎn)生反射、折射的特點來檢查零件缺陷的一種方法。探測時，探傷裝置利用脈沖電訊號激勵壓電換能器發(fā)射超聲波，超聲波束自工件表面由探頭入射到工件內(nèi)部，遇異質(zhì)界面時就發(fā)生反射波，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些反射的脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。發(fā)電機護環(huán)是發(fā)電設(shè)備中較為重要的部件，它處于高轉(zhuǎn)速、高應(yīng)力狀態(tài)下運行。常出現(xiàn)的問題是由于電暈放電內(nèi)壁灼傷產(chǎn)生的裂紋，這是普遍公認(rèn)的，也有成熟的探傷方法和探傷標(biāo)準(zhǔn)。在實施探傷時兩端頭會發(fā)現(xiàn)有間斷出現(xiàn)的反射波，該波是由應(yīng)力或透入波造成，屬固有信號。產(chǎn)生的機理是當(dāng)超聲波以某一角度，從一介質(zhì)入射到第二介質(zhì)時，由于兩種介質(zhì)的聲速不同就會產(chǎn)生反射射現(xiàn)象，往往會伴有波形轉(zhuǎn)換。即使在同一介質(zhì)中由于某種原因(如應(yīng)力不同)各部分的聲速出現(xiàn)差異，聲波傳播時就相當(dāng)于遇到聲阻抗不同的界面，也會發(fā)生聲波的折射現(xiàn)象而產(chǎn)生回波。缺乏探傷經(jīng)驗時往往會誤認(rèn)為是裂紋波(這已有判錯的先例)，若判為裂紋勢必要將護環(huán)拔下，這會造成很大的經(jīng)濟損失。裂紋擴展到一定數(shù)值時會導(dǎo)致護環(huán)飛裂釀成設(shè)備和人員傷亡(這也有先例)。產(chǎn)生的原因是發(fā)動機護環(huán)運行時間較長，由于護環(huán)與軸頸是加熱套裝，屬過應(yīng)力配合。護環(huán)與軸頸剛度有差異，一般護環(huán)較軸頸剛度高，剛度低的就會在接觸部位會發(fā)生永久性塑性變形，從而使兩者之間過應(yīng)力值降低，部分部位產(chǎn)生間隙而形成沖擊印痕。在運行中，長期高速振動下就產(chǎn)生交變應(yīng)力而釀成疲勞裂紋，裂紋不斷擴展就會釀成事故。此處產(chǎn)生的裂紋與上述固有信號處在同一部位，按常規(guī)探傷方法想要區(qū)分是很難的事，常把裂紋誤認(rèn)為是固有波。鑒于以上情況課題組經(jīng)多年潛心研究和試驗最終選用了交叉式串列探頭法從中提取了裂紋動態(tài)波解決了上述難題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置，要解決當(dāng)固有訊號和缺陷訊號同時存在時難以提取裂紋動態(tài)訊號的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案—種發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置，包括A型脈沖式超聲波探傷主機和與主機連接的超聲波探頭、可調(diào)式探頭支架，所述超聲波探頭是由可調(diào)探頭支架連接的兩只單晶探頭組成單收發(fā)串列式，每只探頭的外殼為矩形，所述外殼內(nèi)置有連接聯(lián)線的壓電晶體，所述壓電晶體粘結(jié)在透聲楔塊上后背灌聲吸收體，所述聯(lián)線經(jīng)引線座引出并與A型脈沖式超聲波探傷主機的信號輸入、輸出端分別連接組成單收發(fā)式；探頭角度為一 40°，兩只探頭各橫向穿有一根可調(diào)整距離、角度的支架桿，穿過外殼由緊釘螺釘緊固連接，兩根支架桿均在一端開有鉸接孔，并由可調(diào)節(jié)兩探頭角度的鉸軸相互鉸接，鉸接處的夾角在30° 180°之間連續(xù)可調(diào)。工作角度一般在100° 160°。所述A型脈沖式超聲波探傷主機可以是數(shù)字式或模擬式。所述壓電晶體可以豎置傾斜擺放，短邊在下，壓電晶體的尺寸為7 X 16mm 9X18mm。所述支架桿的橫截面可以呈正方形或長方型。所述支架桿的長度大于KT+50mm，K是探頭K值，T是發(fā)電機護環(huán)厚度。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型具有以下特點和有益效果本實用新型克服了傳統(tǒng)檢測技術(shù)當(dāng)固有訊號和缺陷訊號同時存在時難以提取裂紋動態(tài)訊號的技術(shù)問題，由于采用了交叉串列式超聲波探頭且利用當(dāng)有缺陷時波幅降低或消失理論來提取裂紋動態(tài)訊號，本實用新型可迅速而準(zhǔn)確的查找出發(fā)電機護環(huán)內(nèi)壁中的裂紋部位，操作方便、檢測準(zhǔn)確率高?？蓮V泛應(yīng)用于發(fā)電機護環(huán)裂紋探傷中。
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型超聲波探頭正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型超聲波探頭側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型超聲波探頭俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型超聲波探頭前后放置時結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實用新型超聲波探頭平行放置時結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本實用新型超聲波探頭交叉串聯(lián)放置時結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本實用新型超聲波探頭交叉串聯(lián)放置時另一張結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本實用新型連接桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本實用新型連接桿另一張結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本實用新型緊釘螺釘結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記1 一超聲波探頭、1. 1 一外殼、1. 2 一銘牌槽、1. 3 一聲吸收體、1. 4 一聯(lián)線、1. 5 一壓電晶體、1. 6 一透聲楔塊、1. 7 一支架桿穿孔、1. 8 一緊釘孔、2 —引線座、3 —緊
釘螺釘、4 一支架桿、5 —鉸軸、6 —脈沖式超聲波探傷主機。
具體實施方式
實施例參見圖1-圖4所示，一種發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置，包括A型脈沖式超聲波探傷主機6和與主機連接的超聲波探頭1、可調(diào)式探頭支架，其特征在于所述超聲波探頭1是由可調(diào)探頭支架連接的兩只單晶探頭組成單收發(fā)串列式，每只探頭的外殼1. 1為矩形，所述外殼1. 1內(nèi)置有連接聯(lián)線1. 4的壓電晶體1. 5，所述壓電晶體1. 5粘結(jié)在透聲楔塊1. 6上后背灌聲吸收體，所述聯(lián)線1. 4經(jīng)引線座2引出并與A型脈沖式超聲波探傷主機6的信號輸入、輸出端分別連接組成單收發(fā)式；探頭角度為一40°，兩只探頭各橫向穿有一根可調(diào)整距離、角度的支架桿4，穿過外殼1. 1由緊釘螺釘3緊固連接，兩根支架桿4均在一端開有鉸接孔，并由可調(diào)節(jié)兩探頭角度的鉸軸5相互鉸接，鉸接處的夾角在30° 180°之間連續(xù)可調(diào)。工作角度一般在100° 160°。所述A型脈沖式超聲波探傷主機6是數(shù)字式或模擬式。所述壓電晶體1. 5豎置傾斜擺放，短邊在下，壓電晶體的尺寸為 7X16mm 9X18mm。所述支架桿4的橫截面呈正方形或長方型。所述支架桿4的長度大于KT+50mm，K是探頭K值，T是發(fā)電機護環(huán)厚度。參見圖5-圖8，本實用新型的工作過程利用本實用新型提取裂紋，此種方法在常規(guī)探傷中的目的，一是為了測定當(dāng)工件厚度和試塊厚度不同時dB差值，或測試試塊與工件由于表面粗燥度引起的聲能損失；其二是為了發(fā)現(xiàn)與工件面平行的缺陷。而本實用新型與其相反，則是利用了當(dāng)缺陷垂直于探傷工件面時，聲波受到阻擋而接受探頭接受不到聲波這一特點而進(jìn)行判傷的。本實用新型是靠一發(fā)一收兩只探頭進(jìn)行探傷。探頭按常規(guī)有三種擺放形式，一種是兩只探頭壓電晶片同向放置，即一前一后擺放；一種是兩只探頭并列擺放，這兩種探頭擺放形式，當(dāng)工件無缺陷時則收不到回波，或收到較弱的焦點波(屬固有波)，有缺陷時會收到缺陷波。第三種是兩只探頭壓電晶片相對擺放呈交叉式，當(dāng)無缺陷時發(fā)射探頭發(fā)射的聲波在工件底部發(fā)生反射，由于兩只探頭頻率、角度、尺寸都相同，接受探頭會全部接收到底面反射波。一旦有缺陷時發(fā)射探頭的聲波受到阻擋，接受探頭接受不到聲波或接收到少量回波則底面反射波會明顯降低或完全消失，本實用新型就是利用這一特點判定了裂紋存在與否。探頭角度選定考慮到護環(huán)較厚，材質(zhì)為奧氏型，又加上采用兩只探頭，若采用較大的角度則兩探頭跨距大，聲能在介質(zhì)中會造成大的衰減，本實用新型將探頭角度選定
28° -40°左右。[0031]頻率選定原則[0032]由平面波聲壓衰減方程^= …(1)[0033]式中[0034]Po—一波源的起始聲壓；[0035]P — 1 X一至波源距離為X處的聲壓；[0036]X-至波源的距離；[0037]a-介質(zhì)衰減系數(shù)，單位為NP/mm ；[0038]e一自然對數(shù)的底數(shù)(e=2. 718……[0039][0040]aa=c“C2Fd3Ei d < λ[0041]aS=.、C3Fdf2 d< λC1FZd d < λ[0042]式中f—聲波頻率；[0043]d—-介質(zhì)的晶粒直徑；[0044]λ—波長；[0045]C1^ C2、Οβ Λ。4 吊 O[0046]由以上公式(1)可知[0047](1)介質(zhì)的吸收衰減與頻率成正比。(2)介質(zhì)的散射衰減與介質(zhì)的晶粒直徑成正比。在實際探傷中，當(dāng)介質(zhì)的晶粒粗大時或選用了高的頻率時就會引起嚴(yán)重衰減，使超聲波穿透能力顯著降低。過去中小型發(fā)電機組護環(huán)常用材質(zhì)一般為40Mnl8Cr3、40Mnl8Cr4V、 50Mn 18Cr4V、50Mn 18Cr4N、50Mn 18Cr4WN屬奧氏體鋼。對于老機組，發(fā)電機護環(huán)材質(zhì)晶粒較粗大，聲能在介質(zhì)中傳播時損失較大，宜采用低頻率探頭。對于近來大機組護環(huán)目前 300-600MW發(fā)電機組護環(huán)常用材質(zhì)一般為IMnlSCrlSN等材，情況有了很大改善，晶粒一般較細(xì)小，可采用中等頻率探頭，本實用新型鑒于兩者之間選用了 1.8-2.5MH ζ。式中Ptl—波源的起始聲壓；ds——點波源的面積；λ——波長；r——點波源至Q點的距離；k——波數(shù)，k=co/c=2 Ji/λ ；ω-圓頻率，co=2Jif;t-時間?？紤]到發(fā)電機護環(huán)一般較厚，又屬奧氏體鋼需要交大的發(fā)射功率。對于粗晶材質(zhì)的發(fā)電機護環(huán)宜采用較大尺寸探頭，對于細(xì)晶材質(zhì)的發(fā)電機護環(huán)宜采用中等尺寸探頭，本實用新型鑒于兩者之間選用了 7X 16mm壓電晶片豎直放置，短邊在下。其另一個原因是力求發(fā)現(xiàn)較小裂紋，其機理為由式(2)得知聲壓與壓電晶片的面積成正比，當(dāng)裂紋尺寸較小時若選用了較大尺寸壓電晶片，則聲波具有繞射特性可能繞過裂紋仍然產(chǎn)生底面反射波，裂紋起不到隔離聲波作用。反之若選用了較小面積尺寸的壓電晶片， 則聲波發(fā)射能量不足裂紋會檢測不到，所以又不能將壓電晶片選的過小。選用了 7X16mm 壓電晶片豎直放置即保證了發(fā)現(xiàn)小缺陷又保證了探頭的發(fā)射功率。探頭支架研制為保證兩只探頭相對穩(wěn)定本實用新型研制了可調(diào)整式探頭支架。 其作用之一，兩只探頭之間距離可以調(diào)整，其二兩只桿角度可以調(diào)整，以保證兩只探頭良好與護環(huán)外表面接觸。以適應(yīng)不同厚度的發(fā)電機護環(huán)的探傷要求。試塊研制為滿足檢測需要，研制成弧形超聲波護環(huán)試塊，其厚度值可選用接近本單位護環(huán)厚度，用Φ0. 3mm鉬絲線切割出槽三只，槽深尺寸為0.5 mm、l mm或3mm。其目的是為了能發(fā)現(xiàn)較小的裂紋和掌握裂紋動態(tài)。超聲波探傷儀選定原則目前通用的A型脈沖式超聲波探傷儀，模擬機或數(shù)字機均可。儀器調(diào)試用其中一只探頭在CSK- I A試塊上測定探頭入射點和探頭K值，在 CSK- III A試塊上調(diào)整掃描速度然后將探傷方式改為雙探頭工作。探頭組裝及探傷將兩只探頭分別裝入兩只方形桿內(nèi)，在發(fā)電機護環(huán)圓弧面上找出底面最高回波將其調(diào)整到80%波高后固定連接桿和兩探頭定位螺絲即可進(jìn)行正常探傷。模擬辨認(rèn)將調(diào)整好的探頭放置于試塊上0. 5mm線切割槽兩側(cè)，使探頭逐漸跨越線切割槽，此時會發(fā)現(xiàn)隨探頭移動波幅產(chǎn)生突降而后又突生現(xiàn)象，波幅降低幅度為原來50%即降低6dB，或波幅降低幅度為原來25%即降低12dB，當(dāng)后一只探頭跨過線切割槽時底面回波又立即恢復(fù)到80%。 進(jìn)行實際探傷裂紋辨認(rèn)先將發(fā)電機護環(huán)底面回波調(diào)整為80%。探傷時當(dāng)發(fā)現(xiàn)波形突降低時可反復(fù)左右移動探頭若有再現(xiàn)性且降低幅度> 6dB時可判為裂紋；探傷時，有時發(fā)現(xiàn)底面回波出現(xiàn)抖動現(xiàn)象即快速升高和降低也可進(jìn)行判傷。
權(quán)利要求1.一種發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置，包括A型脈沖式超聲波探傷主機(6)和與主機連接的超聲波探頭(1)、可調(diào)式探頭支架，其特征在于所述超聲波探頭(1)是由可調(diào)探頭支架連接的兩只單晶探頭組成單收發(fā)串列式，每只探頭的外殼(1.1)為矩形，所述外殼(1. 1)內(nèi)置有連接聯(lián)線(1.4)的壓電晶體(1.5)，所述壓電晶體(1.5)粘結(jié)在透聲楔塊 (1. 6)上后背灌聲吸收體，所述聯(lián)線(1. 4)經(jīng)引線座(2)引出并與A型脈沖式超聲波探傷主機(6)的信號輸入、輸出端分別連接組成單收發(fā)式；探頭角度為一40°，兩只探頭各橫向穿有一根可調(diào)整距離、角度的支架桿(4)，穿過外殼(1. 1)由緊釘螺釘(3)緊固連接，兩根支架桿(4)均在一端開有鉸接孔，并由可調(diào)節(jié)兩探頭角度的鉸軸(5)相互鉸接，鉸接處的夾角在30° — 180°之間連續(xù)可調(diào)，工作角度一般在100° — 160°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置，其特征在于所述A 型脈沖式超聲波探傷主機(6)是數(shù)字式或模擬式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置，其特征在于所述壓電晶體(1. 5)豎置傾斜擺放，短邊在下，壓電晶體(1. 5)的尺寸為7X 16mm 9X 18mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置，其特征在于所述支架桿(4)的橫截面呈正方形或長方型。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置，其特征在于所述支架桿(4)的長度大于KT+50mm，K是探頭K值，T是發(fā)電機護環(huán)厚度。
專利摘要一種發(fā)電機護環(huán)端頭裂紋超聲波探傷裝置，包括A型脈沖式超聲波探傷主機和與主機連接的超聲波探頭、可調(diào)式探頭支架。所述超聲波探頭是由可調(diào)探頭支架連接的兩只單晶探頭組成單收發(fā)串列式，每只探頭的外殼為矩形，所述外殼內(nèi)置有連接聯(lián)線的壓電晶體，所述壓電晶體粘結(jié)在透聲楔塊上后背灌聲吸收體，所述聯(lián)線經(jīng)引線座引出并與A型脈沖式超聲波探傷主機的信號輸入、輸出端分別連接組成單收發(fā)式；兩只探頭各橫向穿有一根可調(diào)整距離、角度的支架桿。兩根支架桿均在一端開有鉸接孔，并由可調(diào)節(jié)兩探頭角度的鉸軸相互鉸接。本實用新型操作方便，檢測準(zhǔn)確率高，能有效發(fā)現(xiàn)發(fā)電機護環(huán)中垂直于探傷面的裂紋，可廣泛應(yīng)用于發(fā)電機護環(huán)裂紋探傷中。
文檔編號G01N29/04GK201993342SQ20112005159
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者呂庭彥, 喻疆, 姚舜宇, 宋紹河, 潘玉平, 謝衛(wèi)江, 路勝利, 韓振華 申請人:北京中唐電工程咨詢有限公司