RB-3試塊在混流式水輪機轉輪葉片焊縫超聲波探傷中的應用

徐傳標　周偉

摘? 要：國內大型混流式水輪機轉輪葉片焊縫都采用ASME作為探傷標準，受制于現場條件，無法短時間內制作出符合標準要求的試塊。因此，作者嘗試采用RB-3碳鋼試塊作為對比試塊，通過對反射體尺寸、傳輸差異和斜探頭角度進行修正，制作DAC曲線，并應用于實際檢測，取得較好的檢測效果。

關鍵詞：混流式水輪機轉輪;葉片焊縫;超聲波探傷;對比試塊

中圖分類號：TG441.7? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）29-0162-03

Abstract： ASME is used as the flaw detection standard for the blade weld of large Francis turbine runner in China， which is subject to the field conditions and can not be made in a short time to meet the requirements of the standard. Therefore， the author tried to use RB-3 carbon steel test block as the contrast test block， and through the correction of reflector size， transmission difference and oblique probe angle， made DAC curve， applied it to practical detection， and obtained better detection results.

Keywords： Francis turbine runner; blade weld; ultrasonic flaw detection; contrast test block

1 概述

某水電廠安裝4臺混流式水輪發電機，單機容量為302.5MW，自投運以來，每臺機組檢修時都發現轉輪葉片出現穿透性裂紋和非穿透性裂紋，為此對轉輪進行改造更換，需要對新轉輪葉片焊縫進行超聲波探傷，轉輪形狀見圖1。由于轉輪葉片焊縫厚度從41.7mm逐漸過渡到170.4mm，根據ASME標準，需制作4件不同孔徑、不同厚度的對比試塊[1]，并且對比試塊要求使用與轉輪的材質相同或聲學特性相近的材料制作，而轉輪材料為鑄造的馬氏體不銹鋼ZG00Cr13Ni4Mo，難以短時間內制作出符合標準要求的專門對比試塊。在不影響檢測靈敏度的情況下，筆者探討應用RB-3碳鋼試塊作為對比試塊。

2 對比試塊

對比試塊的主要目的是為了確定檢測靈敏度。而檢測靈敏度就是在發現規定大小缺陷的能力，是標準評定缺陷的基準。因此，對比試塊的選擇和使用，關系到檢測結果的準確性。

2.1 ASME標準對比試塊

ASME標準的對比試塊，需采用與被檢工件相同的材料制作，表面粗糙度與被檢工件表面相同。不同焊縫厚度的檢測靈敏度反射體見表1，對比試塊的形狀和尺寸見圖2。

2.2 RB-3對比試塊

RB-3試塊是GB 11345-1989《鋼焊縫手工超聲波方法和探傷結果分級》中規定的焊縫檢測用對比試塊。

2.3 試塊差異性比較

應用RB-3試塊替代ASME標準對比試塊，主要存在如下不同：

（1）加工試塊的材料不同，聲學性能不一樣。RB-3試塊材質為20鋼，鍛造工藝，正火處理，金相組織為鐵素體+珠光體。而ASME標準對比試塊與轉輪一致，材質為ZG06Cr13Ni4Mo，鑄造工藝，消氫退火處理，金相組織為馬氏體。

（2）參考反射體的尺寸并不完全適用。ASME標準對比試塊需用4種不同孔徑的參考反射體，見表1。而RB-3試塊反射體為Ф3×40mm，對照ASME參考反射體Ф3尺寸，可用于轉輪葉片焊縫厚度范圍為41.7～50mm。

（3）表面粗糙度不一致。RB-3試塊的表面經過精加

工，表面粗糙度不大于1.6？滋m，而對比試塊需與被檢工件一致，表面采用手工打磨，表面粗糙度接近12.3？滋m。

3 差異性修正

RB-3試塊與ASME標準對比試塊在反射體尺寸、材料和表面粗糙度等方面存在差異，如運用RB-3試塊作為轉輪探傷的對比試塊，就必須消除反射體尺寸、材料和表面粗糙度引起的差異。材料不同主要影響聲學特性，表面粗糙度不同主要影響聲透性，影響聲學特性的主要因素有聲速和聲衰減。由參考文獻[3]提供的傳輸修正方法，修正聲透性和聲衰減的差異。就聲速而言，聲速變化影響最大的是斜探頭折射角，由于碳鋼和馬氏體不銹鋼聲速差異不大，對聲程影響可以忽略。

3.1 參考反射體的差異修正

因此，在選擇探頭時，確保所計算反射體的最小聲程 大于3倍近場長度。

由于RB-3試塊最大孔深為150mm，適用于焊縫厚度為8～150mm。對于焊縫厚度大于150mm的情況，可采用公式（1）計算與深150mm/Ф3橫孔的分貝差確定。

3.2 傳輸修正

聲衰減引起的聲壓損失與聲程呈線性直線關系[2]，而表面耦合狀況引起的聲壓損失為一個固定值，故采用相對方法進行修正，具體操作方法如下：

（1）使用2個相同的45°探頭，一個作為發射探頭，一個作為接收探頭。將探頭放在RB-3試塊上，調節增益分別使一倍跨距的底面回波和2倍跨距的底波回波，都達到80%屏高，記錄相應的增益值為VR1和VR2，以聲程為橫坐標，增益值為縱坐標，通過這兩點畫出直線2，見圖2。