水輪發電機推力軸承彈性金屬塑料瓦的超聲波檢測

安環君， 褚長春， 井水益

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱150040）

1 彈性金屬塑料瓦缺陷形成的機理及危害

1.1 缺陷形成機理

水輪發電機推力軸承彈性金屬塑料瓦主要是由瓦基、彈性層、氟塑層3部分組成，復合層是由彈性層覆蓋一層較薄厚度一般為2～2.5 mm的氯四氟乙烯組成的。油膜潤滑狀態下，摩擦因數極小，不易劃傷鏡板。結合處缺陷的形成主要是澆鑄前未去除局部應力以及瓦基材料存在縮松、裂紋、夾渣等鑄造缺陷，粗糙度不符合要求；在黏合過程中，當瓦表面有銹蝕、油污或其它臟東西，會造成黏合不好；溫度不夠，復合層和瓦基的結合處開脫。

1.2 缺陷危害

復合層與瓦基結合質量是瓦質量好壞的重要標志，塑料瓦在運行過程中如果氟塑料層與鋼坯開裂，將會導致連續潤滑的油膜破壞，引起軸承過熱，即所謂“燒瓦”，燒瓦后難以修復，基本上是一整套瓦受損害，且殃及鏡板，污染油質，將會形成停機或設備嚴重損毀。因此，在制造過程中對復合層與瓦基體結合性檢驗已成為一個重要環節。

2 超聲波檢測方法的確定

復合層脫層缺陷屬于平面型缺陷。目前，復合層材料主要采用超聲波縱波檢測法。由于塑料瓦復合層主要是銅質的多孔絲墊、塑料組成，難以確定其聲阻抗值，所以用常規的結合面波和底波比較法判斷金屬塑料瓦結合質量的方法是不適用的，因此，只能選用試塊對比法。由于，水輪發電機機組容量不同，金屬塑料瓦瓦基選用材質、厚度都不同，對比試塊在制作、存儲方面都很不方便，所以在檢測時直接利用金屬塑料瓦基體底波來調節檢測靈敏度。這樣操作方便快捷，檢測精度又高。

圖1 縱波直探頭檢測示意圖

從復合層瓦面側超聲檢測，因復合層組成材料不同、晶粒度大小不一樣、填充料中還存在空隙，因此在其界面聲波產生強烈的反射、折射，聲束方向改變，以至能量嚴重衰減，反射回波高度降低甚至消失；而從基體一側檢測，超聲波在基體中穿過，已經消耗了一部分能量，當它再穿過復合層時，由于能量被全部“吸收”，再也反射不會來，也就沒有復合層側的回波。因此，在復合材料瓦面側進行超聲檢測是不可行的，用縱波直探頭在基體一側（圖1）采用對比法進行檢測可得到理想的檢測效果。

3 檢測工藝

3.1 檢測條件

檢測在瓦基表面進行，檢驗表面粗糙度不高于Ra5μm，不應有任何妨礙檢測的污垢。探頭應與檢測面吻合良好，耦合劑采用50號機油或無腐蝕透聲性能好的化學漿糊。為了保證整個檢測面都能被檢測到，要求探頭每次移動至少要有15%的重疊，掃查速度應不超過100 mm/s。

3.2 儀器設備

儀器采用數字型超聲波探傷儀，其性能按相關標準進行測定。由于金屬塑料瓦復合層脫層缺陷平行于檢測面，超聲波垂直入射到缺陷表面時，缺陷回波最高，所以選用單直探頭探測軸瓦。晶片尺寸的大小對近場區的長度、盲區的大小、聲束的指向性、掃查范圍都影響，因此選用有利于軸承瓦檢測的小晶片直探頭，晶片尺寸不宜大于Φ14 mm。經過實踐證明，2.5 MHz的探頭最為適宜探測金屬塑料瓦。

3.3 檢測靈敏度

檢測時將探頭置于基體上，底波調至水平基線的20%左右，基準波高控制在80%，然后提高12 dB作為檢驗靈敏度。

4 結合缺陷的判斷

檢測時若連續出現3次界面反射回波，且第一次幅度高于基準波高，第三次高于屏高的20%；或者連續出現4次或更多次界面反射回波則認為未結合（圖2）。若第一次界面回波幅度大于或略大于80%，而不出現上述兩種情況則認為結合不良（圖3）。

圖2 未結合

圖3 結合不良

5 缺陷的評定

1）檢測結果的評定應只計算不小于晶片面積一半的結合處缺陷，用6 dB法確定缺陷的邊界。有缺陷區域應以直邊界限標出。單點缺陷用晶片直徑的一半來表示。

2）根據JB/T 10180標準，缺陷的評級見表1。

表1

6結語

金屬塑料瓦超聲波檢測時，采用從基體側超聲波縱波檢測方法，以基體作為對比試塊校驗評定靈敏度，使檢測靈敏度歸一，具有很好的可比性，有利于提高檢測精確度。該對比法可以準確、全面地判定金屬塑料瓦結合狀況，檢測塑料瓦整體的結合質量。對實際生產制造中金屬塑料瓦結合情況超聲波檢測具有指導意義。

［1］ 夏紀真.超聲波無損檢測技術［M］.廣州：廣東科技出版社，2009.

［2］ 滑動軸承多層金屬滑動軸承結合強度的超聲波無損檢驗：ISO 4386-1 1992［S］.