在役汽轮发电机合金轴瓦无损检测

王磊，熊诗昊

（武汉市锅炉压力容器检验研究所，武汉 430040）

在役汽轮发电机合金轴瓦无损检测

王磊，熊诗昊

（武汉市锅炉压力容器检验研究所，武汉 430040）

对在役常用汽轮发电机合金轴瓦的无损检测方法进行探讨。根据轴瓦的结构特点，结合缺陷的特征，分别论述了超声检测和渗透检测技术的优劣和在轴瓦检测中的实际应用。

汽轮发电机；合金轴瓦；超声波检测；渗透检测

0 引言

巴氏合金是最广为人知的轴承材料，其组织特点是在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性。磨合后软基体内凹硬质点外凸：滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩；上凸的硬质点起支承作用，有利于承载。巴氏合金除用于制造滑动轴承外，因其质地软、强度低，常将其丝或粉喷涂在钢等基体上制成轴瓦。巴氏合金轴瓦通常为锡基合金与铅基合金，由于铅基合金的强度和硬度比锡基合金低，耐蚀性也差，所以锡基合金以其优良的机械性能和耐腐蚀性能在新建电站汽轮发电机中广泛应用。

轴瓦是汽轮发电机的重要组成部分，对转子起支撑和保护作用。然而，在相对恶劣的工况下，汽轮发电机处于高温、高压、高转速（3 000 r/min）的状态，转子和高压气体会对轴瓦带来极大的冲击，如果轴瓦稳定性不高，安装和维护出现质量问题，极易发生轴瓦脱胎、变形，给汽轮发电机带来严重的安全隐患［1］。由此可见，定期对巴氏合金轴瓦进行检测是保证整个机组安全、有效、经济运行的重要环节。本文采用超声波检测和渗透检测两种方法对巴氏合金轴瓦进行综合检测，结合大量检测数据分析缺陷特征，有效帮助检测人员区分真伪缺陷，避免缺陷的错判与漏判，从而保障汽轮发电机轴瓦质量，确保设备安全运行。

1 轴瓦的结构特点与缺陷分析

1.1 轴瓦结构

目前，国内汽轮发电机组应用的轴瓦可分为无燕尾槽式轴瓦与燕尾槽式轴瓦两类，如图1、图2所示。早期发电机组大多采用燕尾槽式轴瓦，因为发电机组功率小、载荷低，认为燕尾槽可以增强钢基与合金的结合强度，即使在钢基与合金结合不良的情况下，燕尾槽有牵制合金的作用，从而延长轴瓦的寿命［2］。随着浇铸巴氏合金工艺技术的进步，近几年新建大功率机组多采用无燕尾槽式轴瓦，这种轴瓦能够满足高速、重载等工况，保证汽轮发电机组安全运行。

图1 无燕尾槽式轴瓦

图2 燕尾槽式轴瓦

1.2 缺陷分析

检修汽轮发电机轴瓦时经常会发现烧损、脱胎等现象，主要原因如下。

（1）轴瓦原始缺陷。汽轮发电机轴瓦在制造或加工时存在质量问题，如轴瓦的巴氏合金层浇铸时存在气孔、黏合不良等缺陷，运行中导致轴瓦损坏。

（2）安装维修原因。安装和检修时轴瓦间隙不符合要求、轴系中心偏移等原因导致汽轮发电机转子与轴瓦发生摩擦，造成轴瓦损坏。

（3）润滑油原因。正常运行或启停过程中，由于轴承润滑油突然中断或油质恶化，使轴承油膜无法建立或被破坏，导致轴瓦损坏。

2 检验方法与缺陷识别

2.1 超声波检测

在对汽轮发电机轴瓦进行超声波检测之前，检测人员应结合轴瓦的合金层厚度、曲率半径和结构特点等来选择探头的种类、基准灵敏度和扫查方式。传统检测中通常选用单晶直探头或双晶直探头，双晶直探头在焦点深度上扫查灵敏度最理想，但由于轴瓦的合金层厚度多变，所以现场实际检验中使用并不方便，本文推荐优先选用直探头。同时，由于轴瓦存在一定曲率，为了更好地与合金层耦合，晶片尺寸越小越好，因此，推荐使用5Pø6单晶直探头。

基准灵敏度选择是将探头放置在轴瓦结合良好的部位，界面波调至满屏幕的80%，增益4～6 dB。

扫查方式应优先选用沿轴瓦周向平行扫查，扫查速度不超过100mm/s，探头重叠区域大于10%。这种扫查方式在燕尾槽式轴瓦应用较多，考虑到燕尾槽式轴瓦合金层厚度在径向反复变化，如果采用径向方向扫查，超声波屏幕显示的界面波忽高忽低，基准灵敏度不准，遇到合金层结合不良处时，由于不同厚度的界面波高低不同，检测人员难以区分界面波是否异常，影响判断。

在对汽轮发电机轴瓦进行超声波检测时，主要是通过界面波的波形变化来评判合金层结合是否优良，以下3种为常见界面波波形［3］：（1）汽轮发电机轴瓦合金层厚度小于2mm时，合金层结合良好处波形与不良处波形如图3所示；（2）轴瓦合金层厚度为4～5mm时，合金层结合良好处波形与不良处波形如图4所示；（3）轴瓦合金层厚度大于10mm时，合金层结合良好处波形与不良处波形如图5所示。

图3 合金层厚度小于2mm的界面波波形

图4 合金层厚度为4～5mm的界面波波形

在轴瓦边缘、油孔和油槽边缘，受侧壁反射等因素的影响，超声波无法对边缘的浅层缺陷进行准确的探测，此时需要采用渗透检测对轴瓦边缘进行辅助检查。

图5 合金层厚度大于10mm的界面波波形

2.2 渗透检测

渗透检测主要是检测轴瓦巴氏合金表面划痕、开裂和边缘开口性缺陷。表面划痕、开裂往往是由于润滑油过滤不净，润滑油中存在杂质，高速运转过程中杂质划伤巴氏合金与汽轮发电机转子，如图6所示。这种类型的缺陷通常宏观检测时就可以发现，但应用渗透检测能更加直观和精确地将缺陷显示出来，帮助检测人员定量定位。

图6 巴氏合金轴瓦划痕

对汽轮发电机轴瓦边缘进行渗透检测发现开口性缺陷时，由于轴瓦长时间浸泡在润滑油中，轴瓦边缘开口部位不能完全吸收渗透剂，所以显像时显像剂吸附出来的并不完全是红色的着色剂，而是伴有黄色的润滑油，有的甚至显示出的完全是黄色的润滑油，如图7、图8所示。

图7 边缘脱胎

图8 结合面脱胎

有些轴瓦边缘脱胎特征是不连续的，缺陷呈现断续点状，如图9所示。在记录缺陷时，这种不连续脱胎特征可以合并算作1个，以方便后续返修处理，防止缺陷漏判。

图9 断续点状脱胎特征

3 结束语

汽轮发电机轴瓦的基体和合金层结合不良的情况时有发生，渗透检测的主要目的是检测边缘开口性脱胎缺陷，通过观察显像剂吸附出的图像来辨别是否结合不良，但无法对开口深度和面积进行定量。超声波检测灵敏度高，准确性好，检验人员要结合轴瓦结构和合金层厚度多变的特点选用适当的探头、扫查方式及基准灵敏度，能有效发现较深的边缘脱胎和内部脱胎缺陷。因此，利用渗透检测和超声波检测进行综合检验可提高轴瓦的检测质量，保证设备安全运行。

［1］贾国华.热力发电站汽轮机轴瓦无损检测技术研究［J］.黑龙江科学，2015，6（2）：53.

［2］何吉欢，周丽霞，林国材.无燕尾槽的巴氏合金瓦［J］.设备管理与维修，1996（5）：16-17.

［3］魏忠瑞，王维东.发电厂汽轮发电机合金轴瓦超声波检测工艺方法研究［C］//中国机械工程学会.第10届全国无损检测学术年会论文集，2013.

（本文责编：刘芳）

TG 115.28

B

1674-1951（2016）11-0004-03

王磊（1987—），男，辽宁沈阳人，助理工程师，从事锅炉、压力容器、压力管道检验以及无损检测方法的研究（E-mail：wl210105＠sina.com）。

2016-08-31；

2016-09-18

熊诗昊（1988—），男，湖北武汉人，助理工程师，从事锅炉、压力容器、压力管道检验以及无损检测方法的研究。