发电机护环缺陷及检测方法

[摘要]超声波检测以其不需要拆卸护环和对面积性缺陷(特别是裂纹)的检出率高等优点成为发电机护环检测的常用方法，文章对其检测过程进行分析。

[关键词]发电机；护环；超声波检测

[作者简介]黄志军，广东火电工程总公司工程师，研究方向：火力发电厂安装技术和工程管理，广东广州，510000

[中图分类号]TM623.3

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2009)09-0134-0002

某电厂4号机组大修时累计运行216000h。其发电机护环材质为18MnSCr，为非铁磁性合金，这种材料在运转时减少了护坏的磁热，使护环具有较好的电气性能。作为电厂金属监督检查的主要部件，本次大修对其进行了以超声波为主的检测。

一、检测条件和方法

考虑到护环材质为奥氏体不锈钢，晶粒较粗大，为减少衰减，提高信噪比，选用1MHz频率；晶片尺寸的选择主要考虑了探伤效率和有效发现远距离缺陷的能力，选用晶片尺寸较大的探头(20mm×22mm)；K值定为0.8，对内表面裂纹反射灵敏，同时也不会因声程过大而使声能损失严重。

采用JB／T10326-2002《在役发电机护环超声波检验技术》标准。探伤灵敏度为中<1mm×6mm-10 dB，且晶界回波≤20％。检验时每个护环都必须进行周向双向和轴向双向共计四个方向的检测。探头移动速度≤120 mm／s，探头每次扫查覆盖率大于探头面积的15％。

二、扫查中的信号显示

在正常情况下，超声波在内表面不会有反射信号。当然在用横波轴向扫查时，会出现一些结构固有信号，这可以通过对侧相反方向扫查来加以排除。检测中除出现结构反射外，还有透入波显示(由于护环与发电机轴齿紧密结合，一部分超声波透过结合层，传播至主轴齿被发射回来产生，这可通过其反射信号声程大于护环壁厚直射波声程来加以判断)。

周向扫查时，在靠近汽机侧的护环上发现有三个信号反射，其典型特征相似，且均出现在护环紧力面处。为了准确判定信号是否由缺陷引起，对位置较好、特点最明显的一处信号进行了仔细测量，并对结果作了详细记录，其典型特征有：(1)两侧探测的最高点强度相差9dB，且最强点比<1mm×6mm高7.5 dB。(2)两侧探测的最强点深度显示值相近，均为根部反射(信号的深度显示值比实际壁厚小，主要是由于试块与工件材质不同，声速存在差异所致，需加以换算。同时圆弧面的定位也要修正。(3)水平定位交于一点，用6 dB法测得的指示长度值相差不大。

三、信号分析与讨论

一般来说，裂纹波形清晰、陡直、反射灵敏、波根较窄且从两侧探伤能定位于一点。但显然单从这些方面很难辨别出以上信号是否由裂纹引起，需进一步分析。通常，护环产生的轴向裂纹按走向大致可以分为垂直于内表面和与内表面呈一定角度两种(图1)。根据护环的受力及运行方式，一旦出现轴向裂纹，以前者为多，但也不能排除后者。

从探伤的角度考虑，图1a所示的轴向裂纹引起的反射类似于横波在端角上的反射，信号较强。更为重要的是从两侧相反方向检测时均为一次波扫查到，信号幅度最强点也都是主声束在端角位置引起的。因此，两侧探到的最强点幅值应相差不大、深度显示相同、水平定位交于一点(考虑到内外径相差不大，可以忽略由圆弧面引起的定位误差)。虽然发现的实际信号满足后两种特征深度和水平特征)，但幅值相差较大(9 dB)，与垂直轴向裂纹幅值应相差不大的条件不符，据此可以排除信号为轴向垂直裂纹的可能性。

类似的，图1b的倾斜裂纹从两侧探测时应具有以下特征：(1)一侧扫查时一次波最强，而对侧最强波应是由二次波反射得到。(2)用一次波发现的信号深度显示略小于壁厚，而对侧的二次波显示应大于壁厚。(3)水平定位趋于一点。虽然根据(1)的情况会出现由于声程差而导致两侧信号幅值有所差异，满足所记录的存在幅值差的特征，但与实际情况的两侧深度显示一致的事实相违背。因此也不可能属于图1_b所示的倾斜裂纹的情况。

根据以上分析，可以断定所发现的信号为非裂纹引起。

四、实际试验

经对三处可疑信号对应的内表面部位反复进行渗透检测后，未发现任何缺陷显示。为排除护环取下后可能导致裂纹闭合从而减弱渗透检查灵敏度的影响，笔者用超声波在外表面对原先位置进行复探。发现在原先出现波幅很强的—侧，只有通过提高灵敏度才能有信号显示，波幅降低很多，信号可重复性差，而另一侧则无法发现。

综合分析各种因素的影响，结合金相分析的结果(微观上在晶界上有微小裂纹产生，建议监督运行)，笔者认为所发现的信号为压痕引起。图2为护环在转子上的安装示意图。

由于护环在转子上安装压力过大，完全可能出现图2所示的转子大小齿部分压入护环内的情况。如果大小齿端角不直，有一小角突出，会导致护环局部部位(c处)形成小端角。当探头从B侧扫查时，C处的端角会产生反射，只不过其反射信号强度比从A侧检查时D处引起的反射低很多。当然理论上认为直角边也有可能形成端点衍射，只不过回波高度更低(实验室实测此护环厚度下，端角波比端点衍射波高26 dB)，实际探伤灵敏度下发现的可能性不大。同时考虑到实际情况下因压痕深度不可能很深，使C、D两处的反射信号显示深度差几乎无法察觉。因此，所发现的信号特征都能从图2中得到合理解释。经加热拆卸后，处于弹性范围内的压痕又回复到初始圆滑状态。因此，无论是用渗透检测还是超声波检测都难以发现任何明显缺陷，从而从侧面验证了所发现信号是由压痕引起的推断。

对护环探伤时，应对所发现的可疑信号从多方面(如结构特点、运行条件和安装情况)综合分析，并尽可能地利用各种辅助手段进行准确判断。条件允许时还应从护环内表面检验加以验证。

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