淺析350MW汽輪機低壓轉子葉片葉根裂紋超聲波表面波檢測*

賀飛雄 王 穎 武永斌 賀康愷

(1.內蒙古通威高純晶硅有限公司，內蒙古 包頭 014030；2.北京國電電科院檢測科技有限公司，北京102209；3.內蒙古長城發電有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 106200)

某發電廠汽輪機為哈爾濱汽輪機有限公司以300MW汽輪機機組為基礎改進生產的N350-16.7/538/538型亞臨界、自然循環、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸、雙排汽、單軸、反動、凝汽式汽輪機。在機組進行第二次A級檢修時，根據DL/T438-2016《火力發電廠金屬技術監督規程》要求，依據DL/T714-2011《汽輪機葉片超聲波檢驗技術導則》標準，采用表面波檢測低壓轉子葉片葉根，發現反向次末級動葉片有3片葉片的葉根存在裂紋。

1 葉片基本情況

低壓轉子反向次末級葉片共計94片，材質為0Cr17Ni4Cu4Nb合金，0Cr17Ni4Cu4Nb合金是在Cr17型不銹鋼基礎上加入Cr、Nb等強化元素，并經固溶時有效析出富銅相進行強化的沉淀硬化馬氏體不銹鋼[1]。該合金經1025～1055℃固溶處理、810～820℃退火緩冷及600～610℃時效熱處理后，在近700℃仍具有優良的強度和韌性匹配性能及良好的耐腐蝕性和抗氧化性，因此廣泛用于制造大型汽輪機的葉片等重要部件[2-4]。

該機組于2009年9月投運，運行52500小時。葉片葉根結構形式為樅樹型，詳見圖1。

圖1

汽輪機反向次末級葉片以安裝的第一片葉片自定義編號為#1，依據DL/T 714-2011《汽輪機葉片超聲波檢驗技術導則》對葉片進行超聲表面波檢測，發現順時針第#3、#22、#40葉片葉根1位置存在缺陷反射信號，缺陷位置見圖1，經滲透檢測、磁粉檢測復查，確定信號為裂紋反射信號，見圖2～圖4。

圖2 #3葉片磁粉檢測裂紋磁痕顯示

圖3 #22葉片滲透檢測裂紋磁痕顯示

圖4 #40葉片滲透檢測裂紋磁痕顯示

2 低壓轉子葉根超聲表面波檢測過程

2.1 檢測面準備

為減小表面波的衰減和消除一些干擾波，要求表面光潔程度比其他方法要高[5]，對葉根表面的油污用有機溶劑進行擦拭。

2.2 儀器調試

采用漢威HS616e超聲波檢測儀，探頭選用頻率5MHz 6×6mm表面波探頭，采用葉片端部棱邊調節探頭延時，用無缺陷試件作為對比試塊測定檢驗靈敏度。檢測靈敏度為無缺陷葉根端面反射回波調節到屏幕80%，后增益20dB[6]。

2.3 檢測

葉根表面狀態為露出金屬光澤，耦合劑采用凡士林，探頭放置位置見圖示5，掃查方式為平行移動，如發現反射回波先用直尺確定反射波位置，后宏觀檢查表面是否是結構、劃痕、污染物引起的反射回波信號，以排除非缺陷回波反射信號。

圖5 探頭放置位置

3 檢測結果

3.1 #3葉片

#3葉片進行超聲波檢驗結果，反射波65.3db如圖6所示；裂紋在葉根R角開始延伸，距離葉根棱角與葉身22.8mm；裂紋的長度17.3mm。把裂紋分成5個點，從葉根棱角到裂紋進行測量見表1。

圖6 #3葉片進行超聲波檢驗結果

3.2 #22葉片

對#22葉片進行超聲波檢驗，反射波65.3db如圖7所示；裂紋在葉根R角開始延伸，距離葉根棱角與葉身24.24mm；裂紋的長度17.5mm。把裂紋分成5個點，從葉根棱角到裂紋進行測量見表1。

圖7 #22葉片進行超聲波檢驗結果

3.3 #40葉片

對#40葉片進行超聲波檢驗，反射波65.1db如圖8所示；裂紋在葉根R角開始延伸，距離葉根棱角與葉身22.41mm；裂紋的長度26.6mm。把裂紋分成5個點，從葉根棱角到裂紋進行測量見表1。

圖8 #40葉片進行超聲波檢驗結果

表1 葉根棱角到裂紋進行測量結果

4 小結

從以上情況分析葉片葉根裂紋最先是從葉片樅樹形葉根R角頂角偏上側位置開始產生，重點檢測部位應為此部位，采用超聲波表面波檢測對垂直于R角頂角裂紋有較高的檢出率。采用磁粉檢測、滲透檢測輔助驗證，對裂紋的形狀、長度有直觀性，以增加檢測的準確性。葉片的斷裂影響機組的安全運行，預防性檢查是消除設備隱患確保機組安全運行的重要手段。采用超聲波表面波檢測葉片葉根，結合磁粉檢測、滲透檢測等表面檢測輔助驗證，對葉片葉根裂紋有很高檢出準確率。