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一种汽轮机叶片枞树型根部超声成像检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种汽轮机叶片枞树型根部超声成像检测方法，包括以下步骤：A：将相控阵检测仪与相控阵换能器连接；B：在叶片枞树型根部刷涂耦合剂；C：将相控阵换能器直接放置在叶片枞树型根部进汽侧肩台、出汽侧肩台以及叶身靠近叶片枞树型根部区域进行扇形扫查；D：利用相控阵检测仪保存成像并判读缺陷信息；E:将相控阵换能器固定在楔块上，放置在叶身外弧面与叶根连接处对叶根内弧中间区域进行扇形扫查；F：利用相控阵检测仪保存成像并判读缺陷信息；G:对受检叶片枞树型根部进行质量评定并记录。本发明能够对复杂几何形状的叶片枞树型根部进行全面准确、迅速直观地成像检查，解决现有检测方法检测范围小、失检区域大的问题。
【专利说明】一种汽轮机叶片枞树型根部超声成像检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声成像检测方法，尤其涉及一种汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法。
【背景技术】
[0002]目前，汽轮机转子叶片作为重要的受监金属部件，除了承受巨大的交变应力和扭矩之外，还要承受高温高速汽体的冲击，叶片揪树型根部是叶片与轮缘相连接的部分，为了保证在任何运行条件下叶片都能牢靠地固定在叶轮上，叶片揪树型根部埋藏在叶轮内部。若叶片揪树型根部存在缺陷而不能及时发现，将会叶片在转动过程中出现飞脱现象，造成严重的生产事故。因此，对叶片揪树型根部进行预防性检查是消除设备隐患、确保机组安全运行的重要手段。
[0003]叶片揪树型根部在超超临界发电机组中大量应用，以某600MW发电机组汽轮机为例，其低压转子末二级动叶片均为揪树型叶根。叶片揪树型根部结构复杂，应力集中部位较多，缺陷多存在于第一齿弧根部位。目前的现有技术中，对叶片揪树型根部检测多采用常规超声检测，常规超声检测主要采用表面波或其它表面探伤方法对叶根两端表面进行检测，叶根内部几乎全部处于失检状态。并且，检测过程中存在干扰因素多的缺点，对检测人员要求很高，检测准确性不佳。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，能够对复杂几何形状的叶片揪树型根部进行全面准确、迅速直观地成像检查，解决现有检测方法检测范围小、失检区域大的问题。
[0005]本发明采用下述技术方案:
一种汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，包括以下步骤A:选用具备成像功能的相控阵检测仪与相控阵换能器连接，所述的相控阵换能器中心频率为5MHz-9MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为0.阵元宽度为4_-10_，
多个条形压电陶瓷晶片阵元平行排列且嵌于相控阵换能器基体内，入射角范围为30。-70。；
B:在叶片揪树型根部进汽侧肩台与出汽侧肩台部位刷涂耦合剂；
C:将相控阵换能器直接放置在叶片揪树型根部进汽侧肩台、出汽侧肩台以及叶身靠近叶片揪树型根部区域的内弧表面平台上，激发横波，对内外弧靠近两端的区域和外弧面叶根内部区域进行扇形扫查，扇形扫查的起始角度为-20°至-40°，终止角度为20°至40° ;
D:利用相控阵换能器将步骤C中采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，并判读缺陷信息；
E:将相控阵换能器固定在楔块上，相控阵换能器与楔块之间通过耦合剂进行耦合；将楔块放置在叶身外弧面与叶根连接处，激发横波，对叶根内弧中间区域进行扇形扫查，扇形扫查起始角度设为20°至40°，终止角度设为60°至80° ;所述的楔块纵截面为五边形，五边形包括依次连接的顶边、斜边、右侧边、底边和左侧边，顶边和底边水平设置，左侧边和右侧边竖直设置，斜边与顶边和右侧边斜交；顶边、斜边、右侧边、底边和左侧边所在的面分别为顶面、斜面、右侧面、底面和左侧面，斜面上设置有相控阵换能器插槽，相控阵换能器插槽底面与楔块底面的夹角范围为31°至41° ;楔块内沿声束方向设置有阻抗橡胶，阻抗橡胶以锯齿方式与楔块结合，楔块顶面和右侧面设置有螺纹孔，螺纹孔内设置有相控阵换能器顶紧螺栓；
F:利用相控阵换能器将步骤C中采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，并判读缺陷信息；
G:对受检叶片揪树型根部进行质量评定并记录。
[0006]所述的相控阵换能器中心频率为7.5MHz,阵元间隙为0.5mm,阵元数目为16个，阵元宽度为6mm。
[0007]所述的相控阵换能器插槽底面与楔块底面的夹角为36°。
[0008]所述的C步骤中，扇形扫查时，扇形扫查起始角度为-30°，终止角度为30° ;所述的E步骤中，扇形扫查时，扇形扫查起始角度为30°，终止角度为70°。
所述的C步骤和步骤E中，按照预设的顺序依次激发阵元晶片，形成扇形扫查。
[0009]所述的相控阵检测仪工作频率范围为IMHz-lOMHz，水平线性误差不大于2%，垂直线性误差不大于8%。
[0010]所述的D步骤和步骤E中，利用相控阵换能器将采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，调取叶片揪树型根部工件轮廓图，调节工件图形尺寸，使工件图形相应位置对应至反射波位置，反射波即可视为实际反射，同时调整弧面反射波高至满屏80%，扫差灵敏度为基准反射波增益10dB，通过最终生产的图像判读缺陷信息。
[0011]所述的楔块采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。
[0012]所述的楔块底面长度为38.53mm,宽度为16mm。
[0013]本发明采用的超声相控阵检测方法，通过使用楔块改变超声发射声束，使该声束能进入叶片揪树型根部内部覆盖所有重点检测部位能，对复杂几何形状的工件进行全面成像检查，在不移动或少移动探头的情况下，优化控制焦点尺寸、焦区深度和声束方向，在检测速度、范围、分辨率、信噪比和灵敏度等方面均得到提高，并且成像直观，缺陷反射回波可迅速准确定位。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明所述相控阵换能器和楔块组合状态示意图；
图3为本发明所述楔块的结构示意图；
图4为直接使用相控阵换能器时声束覆盖模拟效果图；
图5为相控阵换能器配合楔块时声束覆盖模拟效果图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，本发明所述的汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法包括以下步骤:
A:选用具备成像功能的相控阵检测仪与相控阵换能器7连接。
[0016]B:在叶片揪树型根部进汽侧肩台与出汽侧肩台部位刷涂耦合剂。
[0017]C:将相控阵换能器7直接放置在叶片揪树型根部进汽侧肩台、出汽侧肩台以及叶身靠近叶片揪树型根部区域的内弧表面平台上，激发横波，对内外弧靠近两端的区域和外弧面叶根内部区域进行扇形扫查，扇形扫查的起始角度为-20°至-40°，终止角度为20°至40° ;其中，最佳起始角度为_30°，最佳终止角度为30°。进行扇形扫查时，对阵元晶片不同时给予脉冲激励，使施加到各阵元晶片的激励脉冲存在适当的时间差，就可以在一定角度范围内使合成波束发生偏转；直接使用相控阵换能器7时声束覆盖模拟效果图如图4所示。
[0018]D:利用相控阵换能器7将步骤C中采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，调取叶片揪树型根部工件轮廓图，调节工件图形尺寸，使工件图形相应位置对应至反射波位置，反射波即可视为实际反射，同时调整弧面反射波高至满屏80%，扫差灵敏度为基准反射波增益IOdB ;然后判读缺陷信息。
[0019]E:将相控阵换能器7固定在楔块8上，相控阵换能器7与楔块8之间通过耦合剂进行耦合；将楔块8放置在叶身外弧面与叶根连接处，激发横波，对叶根内弧中间区域进行扇形扫查，扇形扫查起始角度设为20°至40°，终止角度设为60°至80° ;其中，最佳起始角度为30°，最佳终止角度为70° ;进行扇形扫查时，对阵元晶片不同时给予脉冲激励，使施加到各阵元晶片的激励脉冲存在适当的时间差，就可以在一定角度范围内使合成波束发生偏转。相控阵换能器7和楔块8配合时声束覆盖模拟效果图如图4所示。
[0020]F:利用相控阵换能器7将步骤C中采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，调取叶片揪树型根部工件轮廓图，调节工件图形尺寸，使工件图形相应位置对应至反射波位置，反射波即可视为实际反射，同时调整弧面反射波高至满屏80%，扫差灵敏度为基准反射波增益IOdB ;然后判读缺陷信息；
G:对受检叶片揪树型根部进行质量评定并记录。
[0021]在步骤D和步骤F的成像过程中，若扇扫波束遇到声阻抗断续区域，比如结构界面、缺陷界面等，既可发生发射，成像图可直观显示缺陷所在位置，反射信号的幅值和相位包含反射区域的大小、形状、性质等信息，工作人员可通过相控阵检测仪最终生产的图像判读缺陷信息。
[0022]如图2和图3所示，本发明中，相控阵换能器7中心频率为5MHz-9MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为0.阵元宽度为4mm-10mm，阵元采用条形压电陶瓷晶片阵元，多个条形压电陶瓷晶片阵元平行排列且嵌于相控阵换能器7基体内，入射角范围为30° -70°，从而保证对揪树型叶片根部第一、二齿根内外弧部位的全覆盖检查；所述的楔块8纵截面为五边形，五边形包括依次连接的顶边、斜边、右侧边、底边和左侧边，顶边和底边水平设置，左侧边和右侧边竖直设置，斜边与顶边和右侧边斜交；顶边、斜边、右侧边、底边和左侧边所在的面分别为顶面1、斜面2、右侧面3、底面和左侧面，斜面2上设置有相控阵换能器7插槽4，相控阵换能器7插槽4底面与楔块8底面的夹角范围为31°至41° ;楔块8内沿声束方向设置有用于吸收界面反射声波、减小回波干扰的阻抗橡胶5，阻抗橡胶5以锯齿方式与楔块8结合，楔块8顶面I和右侧面3设置有螺纹孔6，螺纹孔6内设置有相控阵换能器7顶紧螺栓。楔块8采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。楔块8底面长度为38.53mm,宽度为16mm。
[0023]由于现有的相控阵换能器7在使用时，无法针对汽轮机叶片揪树型根部形状选用合适参数的探头，导致声场分布除了主瓣外还会出现副瓣和较高的旁瓣。栅瓣是产生伪像的主要原因之一，旁瓣的出现一方面降低了主瓣的能量和系统的对比度分辨力，同时可能会造成伪像。由于系统的横向分辨力主要取决于主瓣的宽度，所以减少主瓣宽度即可提高系统的横向分辨力，综上所述，相控阵换能器7的设计主要原则即为最优化波束指向性，抑制旁瓣，消除栅瓣。
[0024]相控阵换能器7涉及的主要参数为:阵元数量为N，阵元中心间距为d，阵元宽度为 中心波长力j
[0025]据分析可知，增加阵元数量N，减小波长Λ ,波束可获得较好的指向性，同时还可抑制第一级旁瓣幅值，但实际制作中，虽然阵元数量N越多相控阵形成的声束性能越好，焦点比较明显，但会导致电路复杂，成本提高。因此，本发明中，阵元数量N为16。增加阵元间距d可改善波束的指向性，阵元间距d越大声束性能越好，但阵元间距d过大会出现较多旁瓣，因此需要选择一个既无有害栅瓣又保持良好波束指向性的最佳阵元间距d。考虑到晶片制作工艺的限制，可以取0.本发明中，换能器阵元间隙为0.5mm。增加阵元宽度《可抑制栅瓣的幅值，且当阵元数量N较多时，阵元宽度α对旁瓣峰值的影响也很微弱。阵元宽度《越大则主瓣能量越集中，有利于检测。本发明所述换能器取阵元宽度为6_。
[0026]根据上述分析过程，本实施例中，相控阵换能器7中心频率为7.5MHz，取阵元间隙为0.5mm、阵元数目为16个、阵元宽度为6mm，可以保证声束指向性良好，声场分布集中。相控阵换能器7插槽4底面与楔块8底面的夹角为36°，一方面能够保证在叶片根部内完全为横波声场，有效地提高叶片根部裂纹的检测灵敏度，另一方面通过控制激励延迟时间，提高对揪树型叶片根部第一、二齿根内外弧部位的聚焦效果，保证对其进行全覆盖检查。
[0027]本发明能够对内外弧靠近两端的区域和外弧面叶根内部区域、叶根内弧中间区域进行扇形扫查；通过使用楔块改变超声发射声束，使该声束能进入叶片揪树型根部内部覆盖所有重点检测部位能，对复杂几何形状的工件进行全面成像检查，在不移动或少移动探头的情况下，优化控制焦点尺寸、焦区深度和声束方向，在检测速度、范围、分辨率、信噪比和灵敏度等方面均得到提高，并且成像直观，缺陷反射回波可迅速准确定位。
【权利要求】
1.一种汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，其特征在于:包括以下步骤 A:选用具备成像功能的相控阵检测仪与相控阵换能器连接，所述的相控阵换能器中心频率为5MHz-9MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为0.阵元宽度为4_-10_，多个条形压电陶瓷晶片阵元平行排列且嵌于相控阵换能器基体内，入射角范围为30。-70。； B:在叶片揪树型根部进汽侧肩台与出汽侧肩台部位刷涂耦合剂； C:将相控阵换能器直接放置在叶片揪树型根部进汽侧肩台、出汽侧肩台以及叶身靠近叶片揪树型根部区域的内弧表面平台上，激发横波，对内外弧靠近两端的区域和外弧面叶根内部区域进行扇形扫查，扇形扫查的起始角度为-20°至-40°，终止角度为20°至40° ; D:利用相控阵换能器将步骤C中采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，并判读缺陷信息； E:将相控阵换能器固定在楔块上，相控阵换能器与楔块之间通过耦合剂进行耦合；将楔块放置在叶身外弧面与叶根连接处，激发横波，对叶根内弧中间区域进行扇形扫查，扇形扫查起始角度设为20°至40°，终止角度设为60°至80° ;所述的楔块纵截面为五边形，五边形包括依次连接的顶边、斜边、右侧边、底边和左侧边，顶边和底边水平设置，左侧边和右侧边竖直设置，斜边与顶边和右侧边斜交；顶边、斜边、右侧边、底边和左侧边所在的面分别为顶面、斜面、右侧面、底面和左侧面，斜面上设置有相控阵换能器插槽，相控阵换能器插槽底面与楔块底面的夹角范围为31°至41° ;楔块内沿声束方向设置有阻抗橡胶，阻抗橡胶以锯齿方式与楔块结合，楔块顶面和右侧面设置有螺纹孔，螺纹孔内设置有相控阵换能器顶紧螺栓； F:利用相控阵换能器将步骤C中采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，并判读缺陷信息；` G:对受检叶片揪树型根部进行质量评定并记录。
2.根据权利要求1所述的汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，其特征在于:所述的相控阵换能器中心频率为7.5MHz,阵元间隙为0.5mm,阵元数目为16个，阵元宽度为6mm ο
3.根据权利要求2所述的汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，其特征在于:所述的相控阵换能器插槽底面与楔块底面的夹角为36°。
4.根据权利要求3所述的汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，其特征在于:所述的C步骤中，扇形扫查时，扇形扫查起始角度为-30°，终止角度为30° ;所述的E步骤中，扇形扫查时，扇形扫查起始角度为30°，终止角度为70°。
5.根据权利要求4所述的汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，其特征在于:所述的C步骤和步骤E中，按照预设的顺序依次激发阵元晶片，形成扇形扫查。
6.根据权利要求5所述的汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，其特征在于:所述的相控阵检测仪工作频率范围为IMHz-lOMHz，水平线性误差不大于2%，垂直线性误差不大于8%。
7.根据权利要求6所述的汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，其特征在于:所述的D步骤和步骤E中，利用相控阵换能器将采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，调取叶片揪树型根部工件轮廓图，调节工件图形尺寸，使工件图形相应位置对应至反射波位置，反射波即可视为实际反射，同时调整弧面反射波高至满屏80%，扫差灵敏度为基准反射波增益10dB，通过最终生产的图像判读缺陷信息。
8.根据权利要求7所述的汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，其特征在于:所述的楔块采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。
9.根据权利要求8所述的汽轮机叶片揪树型根部超声成像检测方法，其特征在于:所述的楔块底面长度 为38.53mm,宽度为16mm。
【文档编号】G01N29/06GK103698399SQ201310700924
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】汪毅, 贾少威, 江野, 李世铭, 牛保献, 李亚飞, 刘文生, 张武能 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司电力科学研究院