機(jī)械工業(yè)部重型礦山機(jī)械工業(yè)局企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
JB/ZQ6104--84
汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件超聲波方法
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本標(biāo)準(zhǔn)敘述了用超聲波檢查汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件的基本方法。但如果有適當(dāng)?shù)奈募笫褂闷渌暡ㄌ絺椒?span lang="EN-US">(如用對比試塊校正靈敏度)，本標(biāo)準(zhǔn)不加限制。本標(biāo)準(zhǔn)也不限制使用經(jīng)過改進(jìn)的新型超聲波探傷儀和新的超聲波探傷方法。可記錄缺陷的頻率的和振幅，不應(yīng)必然地解釋為被檢鍛件的質(zhì)量有所變化。
按本標(biāo)準(zhǔn)附錄A中推導(dǎo)出的放大系數(shù)調(diào)節(jié)儀器靈敏度時(shí)，可使鍛件心部或內(nèi)孔表面處的探傷靈敏度保持恒定，而與鍛件外徑或內(nèi)孔直徑無關(guān)。
大量驗(yàn)證數(shù)據(jù)表明：用當(dāng)量平底孔徑來估計(jì)自然缺陷大小，即使在受控制的條件下，也會(huì)產(chǎn)生很大的誤差,估算出的自然缺陷的當(dāng)量面積與其實(shí)際面積之差可能達(dá)20分貝。這個(gè)差值雖不適用于所有的檢測結(jié)果，但應(yīng)承認(rèn)其存在的可能，所以應(yīng)嚴(yán)格控制實(shí)際使用的頻率和線圈頻帶寬度，并使用經(jīng)校準(zhǔn)的設(shè)備。
本標(biāo)準(zhǔn)等效采用ASTM A418--77《汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子鍛件超聲波探傷方法》。
1應(yīng)用條件
1.1凡定貨合同可檢驗(yàn)規(guī)范要求進(jìn)行超聲波探傷時(shí)，應(yīng)采用本標(biāo)準(zhǔn)，按缺陷波振幅、缺陷數(shù)量和位置或三者的組合來判斷鍛件能否驗(yàn)收。
1.2驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在訂貨合同中寫明。
2一般要求
2.1整個(gè)鍛件應(yīng)盡可能全部接受超聲波探傷，但因階梯部位的圓角或局部區(qū)域形狀復(fù)雜，鍛件的某些部位有可能無法進(jìn)行探傷。
2.2鍛件應(yīng)在*終熱處理后進(jìn)行超聲波探傷，如果鍛件需要在熱處理前加工出凸緣、溝槽等，則應(yīng)在進(jìn)行這種加工前作超聲波檢查，并在*終熱處理后按實(shí)際可能予以復(fù)探。
2.3鍛件應(yīng)先加工成階梯狀圓柱體，以保證探傷時(shí)超聲波束與鍛件的縱軸垂直。這些階梯狀加工圖形應(yīng)標(biāo)注在鍛件加工圖紙上。
2.4鍛件可以在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)探傷，也可以在靜止?fàn)顟B(tài)探傷，如果用戶無特殊規(guī)定，制造廠可任選一種方法。探傷時(shí)，掃查速度不得超過150mm/s。
2.5為防止漏檢，探頭每次移動(dòng)間距應(yīng)約為換能器寬度或直徑的75%。用機(jī)械方法控制探頭來檢查轉(zhuǎn)動(dòng)中的鍛件，是滿足這種要求的一種輔助手段。
2.6可選用1--5MHz頻率的探頭來**測定缺陷的位置、方向并仔細(xì)檢查在進(jìn)行3.5條所述**掃查時(shí)所發(fā)現(xiàn)的特殊缺陷。
2.7作為徑向探傷的一種補(bǔ)充，必要時(shí)可進(jìn)行軸向探傷。這時(shí)所用的頻率和換能器直徑，應(yīng)使因鍛件幾何形狀引起的干擾反射達(dá)到*小，并得到*佳分辨力。
3儀器和附件
3.1探傷儀：要用具有1--5MHz探測頻率的脈沖反射式超聲波探傷儀。按本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波探傷，缺陷波振幅的測量精度與整個(gè)探測系統(tǒng)的實(shí)際工作頻率有關(guān)，獲得理想探測精度的*好辦法，是采用調(diào)諧脈沖發(fā)生器和已知頻率特性的窄頻放大器，并配上寬頻帶換能器或已知頻率匹配的窄頻調(diào)諧換能器。
3.2放大器：放大器和示波管所提供的垂直性范圍（誤差在±5%以內(nèi)）應(yīng)達(dá)到40mm（約1.6英寸）。垂直線性校正方法由供需雙方商定。
3.3衰減器：探傷儀應(yīng)有經(jīng)過校正的增益控制器或信號衰減器（精度均在±5%以內(nèi)），以便測量超出儀器垂直線性范圍的指示信號。
3.4探頭：徑向探傷時(shí)，應(yīng)采用換能器直徑20--28mm、頻率2--2.5MHz的縱波探頭，或尺寸為6mm×25mm(約1/4英寸×1英寸)的2×2.5MHz換能器。這時(shí)尺寸為25mm的一側(cè)應(yīng)與鍛件軸線方向一致，以便得到滿意的分辨力和波束寬度。沿周向確定缺陷方位時(shí),如果所用換能器直徑大于6mm(約1/4英寸)，建議增加低頻探測，以提供寬波束來檢查偏離工件中心軸的缺陷。
3.5耦合劑：采用機(jī)油或其他聲阻抗合適的物質(zhì)。
4鍛件表面要求
4.1鍛件應(yīng)加工成圓柱形，以供徑向探傷。
4.2鍛件軸伸端端面和軸身端面應(yīng)與鍛件軸線垂直，以供軸向探傷。
4.3鍛件探傷面光潔度應(yīng)達(dá)?5以上(粗糙度不大于6.35μm)。
4.4鍛件表面不得有刀具劃溝，松散的氧化皮、加工或磨削殘留的微粒、油漆或其他影響探測結(jié)果的外來物。
5探傷程序
5.1徑向探傷
5.1.1靈敏度調(diào)整：用增益控制器把鍛件無缺陷部位底面反射波或中心孔反射波調(diào)到40mm(約1.6英寸)高，然后按附錄A中圖A1(用于實(shí)心鍛件)和圖A2(用于空心鍛件)所給的放大系數(shù)提高探測靈敏度，以保證發(fā)現(xiàn)鍛件中心部位或中心孔附近直徑2mm或3mm的反射體。如果外徑尺寸變化超過50mm(約2英寸)，則應(yīng)重新調(diào)節(jié)探測靈敏度。圖A3所給系數(shù)可將上述靈敏度水平轉(zhuǎn)換到所需靈敏度水平，以便能探測其他當(dāng)量孔徑的反射體。附錄A概述了推導(dǎo)靈敏度放大系數(shù)的方法。
5.1.2調(diào)節(jié)掃描旋鈕使底面反射波的前沿約位于示波屏滿刻度的3/4處。
5.1.3掃查鍛件的整個(gè)外圓并記錄振幅大于或等于示波管垂直線性范圍(即40mm)的10%的各種指示信號。但當(dāng)實(shí)心鍛件直徑大于或等于760mm(約30英寸)或空心鍛件壁厚大于或等于380mm(約15英寸)時(shí)，在距探測面150mm(約6英寸)范圍內(nèi)，僅記錄振幅大于40%垂直線性范圍的指示信號。發(fā)現(xiàn)應(yīng)記錄信號時(shí)，標(biāo)出探頭在鍛件表面的位置，以便按5.1.5和5.2.2條的規(guī)定仔細(xì)檢查這些部位。
5.1.4當(dāng)檢查轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下的鍛件時(shí)，鍛件的轉(zhuǎn)速應(yīng)接近下表數(shù)值：
鍛件直徑 mm(英寸) | 轉(zhuǎn)速 min--1 |
1500--1780 (約61--70) 1300--1520 (約51--50) 1040--1270 (約41--50) 790--1020 (約31--40) 660--760 (約20--30) 530--630 (約21--25) 410--510 (約16--20) 280--380 (約11--15) ≤250 (約≤10) | 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 9.0 |
5.1.5在鍛件靜止時(shí)，測量全部指示信號的振幅和范圍，并對特殊指示信號進(jìn)行仔細(xì)檢查。
5.1.6用半波高度法沿軸向和周向測定游動(dòng)信號和平面缺陷信號的范圍。
5.2補(bǔ)充檢查
5.2.1特殊徑向探傷：為**測定每一可記錄缺陷的位置和方位，以及估算每個(gè)大信號的當(dāng)量尺寸，可用各種頻率的探頭來進(jìn)行掃查。
5.2.2軸向探傷：需要時(shí)，可掃查與鍛件軸線相垂直的端面。軸向探傷的探測靈敏度和記錄標(biāo)準(zhǔn)，由供需雙方協(xié)商確定。
6探傷報(bào)告
6.1制造廠的探傷報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容，并應(yīng)提交給需方：
6.1.1當(dāng)整個(gè)鍛件都經(jīng)過檢查時(shí)，探傷報(bào)告應(yīng)附有一張完整的、標(biāo)有各部位直徑和試驗(yàn)結(jié)果的鍛件草圖。如果只檢查了轉(zhuǎn)子的一部分，則應(yīng)提供這一部分的草圖。如果未發(fā)現(xiàn)可記錄信號，則不必提供草圖。
6.1.2各可記錄信號的座標(biāo)，應(yīng)按下述方式標(biāo)注在草圖上：
a. 徑向座標(biāo)以鍛件探傷面為基準(zhǔn)。
b. 軸向座標(biāo)以鍛件打印端的各端面為基準(zhǔn)。
c. 按12點(diǎn)鐘方位標(biāo)注周向順序數(shù)值的中點(diǎn)。
信號定位的精度應(yīng)保證能使這些信號重新定位和復(fù)現(xiàn)。
6.1.3除非另有規(guī)定，制造廠應(yīng)將各可記錄信號記入探傷報(bào)告。在報(bào)告中，各可記錄信號的大小，應(yīng)如5.1.3條所述以規(guī)定靈敏度下儀器垂直線性范圍(即40mm,約1.6英寸)的百分?jǐn)?shù)表示。缺陷信號應(yīng)按正常信號、游動(dòng)信號、連續(xù)信號顯示電平或上述信號的組合進(jìn)行分類。如果需要估算缺陷尺寸，應(yīng)按6.1.4條計(jì)算，并受附錄A3條的制約。
6.1.3.1 正常信號：探頭從*大振幅位置向任一方向移動(dòng)時(shí)，信號振幅按常規(guī)下降，而且不出現(xiàn)6.1.3.2--6.1.3.4條所述的特征，這樣的單個(gè)信號就是正常信號。正常信號應(yīng)在探傷報(bào)告中逐一列舉。
6.1.3.2 游動(dòng)信號：探頭在鍛件表面移動(dòng)時(shí)，信號前沿移動(dòng)的距離大于或等于25mm(約1英寸)金屬厚度，這樣的信號就是游動(dòng)信號。這種缺陷的深度和面積應(yīng)予以測定并列入報(bào)告中。
6.1.3.3 平面缺陷信號：當(dāng)探頭移動(dòng)距離大于25mm(約1英寸)時(shí)缺陷信號連續(xù)出現(xiàn)，這樣的信號就是平面缺陷信號。缺陷的短軸尺寸，如果按5.1.6條所述方法可以測出，則應(yīng)在報(bào)告中寫出。測量時(shí)，應(yīng)按缺陷深度和工件半徑進(jìn)行修正。
6.1.3.4 顯示電平：指的是一群振幅大于或等于示波管線性高度(即40mm)的10%的信號,在規(guī)定靈敏度下，探頭在探測區(qū)移動(dòng)時(shí)，這種信號將在熒光屏上連續(xù)出現(xiàn)。
6.1.4需要時(shí)，可按上式把可記錄信號換算成當(dāng)量反射面積Ar或當(dāng)量直徑dr：
Ar=AR×(a/L)2×P/10
dr=dR×(a/l)×√P/10
式中： Ar ----缺陷當(dāng)量反射面積;
dr----缺陷當(dāng)量直徑;
AR ----所選參考反射體的面積，mm2(平方英寸);
dR ----所選參考反射體的直徑，mm(英寸);
a-----缺陷深度，mm(英寸);
L-----鍛件壁厚或半徑，mm(英寸);
P-----缺陷波振幅(以示波管線性范圍百分?jǐn)?shù)值表示)。
6.1.5在掃查靈敏度下可觀察到的試面反射波的降低。
6.1.6儀器型號、掃查方式(手動(dòng)或自動(dòng))、探測頻率、探頭型號和耦合劑。
6.1.7探傷人員的姓名或代號和探測日期。
附 錄 A
靈敏度放大系數(shù)的推導(dǎo)
(參考件)
A1與缺陷距離、面積、回波振幅有關(guān)的理論公式，可按各種復(fù)雜程度進(jìn)行推導(dǎo)。這類分析方法的詳細(xì)論述，可參考有關(guān)聲學(xué)和超聲學(xué)書刊，這里不再敘述。在推導(dǎo)圖A1--3的曲線時(shí)，使用球面波近似法來描述聲場特性，采用了類似幾何光學(xué)的分析技巧，得到了下列公式：
來自小圓片反射體的回波 2dA
-------------------------------= -------
來自大平面或?qū)嵭膱A柱體的回波 a2λ
--
來自小圓片反射體的回波 (d-b)A /d
---------------------------= -------- √--
來自圓柱形內(nèi)孔的回波 a2λ b
式中： a----至圓片狀反射體(平底孔)的距離;
b----內(nèi)孔直徑;
d----鍛件直徑;
A----圓片狀反射體面積;
λ---用于探傷的聲波波長。
將底面反射波調(diào)到40mm（約1.6英寸）后，按圖A1查出的放大系數(shù)（dB數(shù)）提高儀器靈敏度，可使鍛件心部的10%（即4mm高）缺陷信號相當(dāng)于3mm（約1/8英寸）,或2mm（約5/64英寸）直徑的平底孔的信號。計(jì)算時(shí)，鋼中聲速取5.85×105cm/s（2.30×105英寸/s），探測頻率為2MHz、2.25MHz、2.5MHz.
圖A1 探測實(shí)心鍛件時(shí)靈敏度放大系數(shù)
A2用本標(biāo)準(zhǔn)正文所述的方法，把鍛件底部或內(nèi)孔反射波調(diào)到示波管垂直線性范圍的100%（即40mm），然后用放大系數(shù)M來調(diào)節(jié)探測靈敏度，使鍛件心部或內(nèi)孔表面處面積為A的圓片反射體的理論回波達(dá)示波管垂直線性范圍的10%（即4mm），即放大系數(shù)M應(yīng)為：
10 a2b dλ
M=（-----）（-------）＝ ------(適用于實(shí)心圓柱體)
100 2dA 80A
圖A2 探測空心鍛件時(shí)的靈敏度放大系數(shù) 圖A3 改變參考孔直徑時(shí)與圖A1和
圖A2同時(shí)使用的轉(zhuǎn)換系數(shù)
----
(d－b)λ / b
M＝------- √ ---- (適用于空心圓柱體)
40A d
圖A1和圖A2中給出的曲線，就是由上述公式計(jì)算出來的。如果參考體的直徑改變了，可用圖A3的輔助放大系數(shù)來進(jìn)一步調(diào)節(jié)探測靈敏度。
A3因?yàn)橥茖?dǎo)時(shí)采用了近似法，對于3倍近場區(qū)的反射體，不可使用上述公式。此外，上述公式還受下列各項(xiàng)的制約：
a. 參考孔的直徑應(yīng)遠(yuǎn)小于超聲波波束的橫截面;
b. 參考孔直徑和缺陷當(dāng)量直徑都不得小于λ/2;
c. 中心孔直徑應(yīng)遠(yuǎn)大于波長;
d. 被檢件的衰減應(yīng)小至可忽略不計(jì)。
A4按本標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整靈敏度時(shí)，可用參考孔的面積AR和以熒光屏線性范圍百分?jǐn)?shù)表示的信號振幅P來計(jì)算缺陷當(dāng)量反射面積AF的理論*小值：
AF＝2a2ARP/5d2 (適用于實(shí)心鍛件)
AF＝2a2ARP/5(d-b)2 (適用于空心鍛件)
這樣，在中心線(a=1/2d)上或中心孔表面[a=1/2(d-b)]處的10%指示信號，就具有與參考孔面積相等的反射面積。令L=d/2或L=1/2(d-b)，則上述兩式可轉(zhuǎn)換成6.1.4條所述的公式。
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附加說明:
本標(biāo)準(zhǔn)由德陽大型鑄鍛件研究所提出并歸口。
本標(biāo)準(zhǔn)由太原重型機(jī)器廠負(fù)責(zé)起草。
本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人閻更生
機(jī)械工業(yè)部重型礦山機(jī)械工業(yè)局1984-05-16發(fā)布 1984-10-01實(shí)施
