風(fēng)力發(fā)電機組球墨鑄鐵件超聲波無損檢測.doc

風(fēng)力發(fā)電機組球墨鑄鐵件超聲波無損檢測谷柱1，柴玉東2(1 GE檢測控制技術(shù)，上海，201203；2北京羅斯威爾新技術(shù)有限公司，北京，100123)摘要：風(fēng)力發(fā)電機組中球墨鑄鐵得到大量的使用，球墨鑄鐵的無損檢測一般采用超聲波檢測和磁粉檢測，國外風(fēng)電企業(yè)都有嚴(yán)格的球墨鑄鐵檢測規(guī)程，隨著國內(nèi)對球墨鑄鐵檢測的重視程度的提高，球墨鑄鐵檢測風(fēng)力發(fā)電的行業(yè)規(guī)范也頒布實施。本文將先介紹球墨鑄鐵的超聲波檢測的特點、然后介紹國外風(fēng)電企業(yè)對球墨鑄鐵超聲波檢測的規(guī)程、最后介紹風(fēng)電典型球墨鑄鐵結(jié)構(gòu)超聲波檢測。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；球墨鑄鐵；超聲波檢測；中圖分類號： 文獻識別碼： 文章編號：Ultrasonic Testing for Spheroidal Graphite Cast Iron In Wind PowerAbstract：Spheroidal graphite cast iron being used widely in wind power now, the Non Destructive Testing for this material mainly using magnetic particle testing and ultrasonic testing. Foreign wind power companies have strict testing procedures for spheroidal graphite cast iron. With China emphasis on product quality increasing, the Non Destructive Testing standard for spheroidal graphite cast iron in wind power will be released soon. This paper firstly will explain the characteristic of ultrasonic testing for spheroidal graphite cast iron, then introduce the ultrasonic testing procedure of foreign wind power company, some typical wind power spheroidal graphite castings ultrasonic testing will recommended last. Key Words：Wind Power; Spheroidal Graphite Cast Iron; Ultrasonic Testing中國從2005年開始大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電，風(fēng)電設(shè)備自主化程度也越來越高。鑄件在風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛，風(fēng)電機組用鑄件主要有輪轂、底座(機艙座)、軸、軸承座、齒輪箱箱體等，。風(fēng)電鑄件材料主要采用球墨鑄鐵，球墨鑄鐵由于碳以球狀存在于鑄鐵基體中，改善了對基體的割裂作用，使得其抗拉強度、屈服強度、塑性、沖擊韌性大大提高，并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優(yōu)點1。對于風(fēng)電機組球墨鑄件的無損檢測手段主要有超聲波檢測和磁粉檢測，其中超聲波檢測主要檢測鑄件內(nèi)部缺陷應(yīng)用較為廣泛。國外的風(fēng)電制造企業(yè)例如Gamesa等在無損檢測企業(yè)規(guī)范中對于球墨鑄鐵的檢測都有嚴(yán)格的規(guī)定，國內(nèi)的風(fēng)電企業(yè)很多參照EN12680歐洲標(biāo)準(zhǔn)檢測球墨鑄鐵。隨著風(fēng)電行業(yè)對質(zhì)量重視程度的提高，風(fēng)力發(fā)電機組球墨鑄鐵的國家標(biāo)準(zhǔn)也于2009年頒布實施。本文先介紹球墨鑄鐵超聲波檢測的特點、然后介紹國外風(fēng)電企業(yè)球墨鑄鐵超聲波檢測的要求關(guān)鍵要點，最后介紹風(fēng)電機組中典型球墨鑄鐵結(jié)構(gòu)的超聲波檢測。一 球墨鑄鐵超聲波檢測的特點球墨鑄鐵中的缺陷主要有疏松、縮松、縮孔、夾渣及夾雜物、裂紋、砂眼、氣孔。球墨鑄鐵探傷的主要特點有三點:1.透聲性差球墨鑄鐵的主要特點是組織不致密，不均勻和晶粒粗大，使超聲波散射衰減和吸收衰減明顯增加，透聲性差。2.聲耦合差球墨鑄鐵表面粗糙，聲耦合差，探傷靈敏度低，且探頭磨損嚴(yán)重。3.干擾雜波多球墨鑄鐵探傷干擾雜波多，一是由于粗晶和組織不均勻性收起的散亂反射，形成草狀回波，使信噪比下降，特別是頻率較高時尤為嚴(yán)重，二是球墨鑄鐵形狀復(fù)雜，一些輪廓回波和遲到變形波引起的非缺陷信號多，此外鑄件表面粗糙表面也會產(chǎn)生一些反射回波，干擾對缺陷波的正確判定。球墨鑄鐵超聲波檢測一般采用縱波脈沖反射法，由于球墨鑄鐵的超聲衰減較大宜采用穿透能力較強的設(shè)備，例如設(shè)備的激發(fā)電壓較高、同時支持方波激勵；檢測頻率不宜過高，一般為2MHz2.25MHz。球墨鑄鐵超聲波檢測時要注意因鑄件結(jié)構(gòu)形狀影響底波的現(xiàn)象；要注意因檢測面為曲面而需要的增益補償；對于位于鑄件表面以下34mm之內(nèi)的表層缺陷，即使采用表面檢測手段例如磁粉或渦流檢測也能以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的單晶直探頭也可能位于其盲區(qū)之內(nèi)，故宜采用單晶探頭斜射檢測或者采用雙晶直探頭或者斜探頭檢測解決該問題。二 國外風(fēng)力發(fā)電企業(yè)對球墨鑄鐵檢測要求國外風(fēng)電企業(yè)關(guān)于球墨鑄鐵的檢測一般采用EN12680-3，3級合格，但有很多公司認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)較松，所以各企業(yè)根據(jù)EN標(biāo)準(zhǔn)編寫了適合本公司的更為嚴(yán)格的檢驗及驗收標(biāo)準(zhǔn).如著名的風(fēng)電生產(chǎn)制造商Vestas，Gamesa等企業(yè)，他們都分別有自己的無損檢測規(guī)范，其中對探頭和儀器及檢測驗收標(biāo)準(zhǔn)都有明確的規(guī)定。1、超聲波探傷儀現(xiàn)在風(fēng)電企業(yè)普遍采用美國GE公司的USM35X-S A型顯示脈沖數(shù)字式超聲波探傷儀。2、超聲波探頭鑄件探傷一般以縱波直探頭和縱波雙晶探頭，由于鑄件晶粒比較粗大，衰減嚴(yán)重，宜選用較低的頻率，一般為0.52.5 MHz，探頭直徑一般為10mm30m。在風(fēng)電企業(yè)一般采用GE公司生產(chǎn)的B1S和B2S帶軟保護膜的單晶縱波直探頭和SEB2，SEB2-0，MSEB2和MSEB4。3、耦合劑鑄件探傷時，常用粘度較大的耦合劑，一般采用化學(xué)漿糊，甘油等。4、檢測靈敏度調(diào)整靈敏度調(diào)整有計算法以及DGS圖法。計算法在鑄件上厚度最厚的地方找一位置，檢測表面與底面平行，調(diào)整底波，使波高達到熒屏滿刻度的50%或80%，依檢驗者的習(xí)慣，再調(diào)節(jié)增益，增加下面公式計算出來的數(shù):dB=20log(2x/ Df2)式中: x工件橫截面厚度，mm波長，mmDf平底孔直徑，mm通過查探頭DGS圖法GE公司的探頭，每一個探頭在出廠前都由廠商技術(shù)人員進行測試，制作出每一個探頭的DGS曲線，例如雙晶直探頭MSEB2(E)，探頭編號為:57461，其測試圖如圖1所示。實際檢測時，根據(jù)每個探頭的DGS曲線，查找需要增加的dB 數(shù)。圖1 MSEB2(編號為57461)探頭出廠測試圖紙如果檢測鑄件的厚度是100mm，在鑄件表面調(diào)節(jié)底波，使波高達到50%， 要求工件中缺陷當(dāng)量大小不超過3，通過查DGS曲線，可知dB為27dB。利用儀器制作DGS曲線GE公司生產(chǎn)USM35 非常先進，可以根據(jù)不同的工件制作不同的DGS曲線，可以更貼近工件的狀態(tài)，檢驗靈敏度更高。這種方法非常先進和方便，檢測者只要在工件上做好DGS曲線，只要發(fā)現(xiàn)了缺陷，就可以很直觀地知道缺陷的當(dāng)量尺寸大小。5、檢測缺陷的記錄及驗收標(biāo)準(zhǔn) 依照圖2所示對需超聲波檢查的組件進行區(qū)域劃分。標(biāo)準(zhǔn)對區(qū)域1和區(qū)域2的驗收等級是不同的。類型 A 類型 B區(qū)域1區(qū)域2區(qū)域1 區(qū)域 1類型C 類型D區(qū)域2區(qū)域1區(qū)域2圖2區(qū)域類型及分類A.根據(jù)表1記錄缺陷。該記錄的缺陷為：l 反射波高度超過表1記錄標(biāo)準(zhǔn)的缺陷。l 超過表1中底面回波高度降低量標(biāo)準(zhǔn)的底面回波降低的缺陷，注意這種底面回波降低不能是由幾何形狀或耦合引起的。B.缺陷的大小由下述方法決定：n dB中紀(jì)錄標(biāo)準(zhǔn)之上的最大回波高度或底面回波最大降低值都應(yīng)該被測量和記錄。n 在相關(guān)的記錄標(biāo)準(zhǔn)下，缺陷的范圍應(yīng)該用6dB法來決定。C.缺陷大小修正：假如缺陷的大小比聲束的直徑小應(yīng)該被降低，允許降低值已經(jīng)在表2中給出。D.缺陷評估，表1中有三種缺陷類型：類型一，非測量性延伸缺陷非測量性延伸缺陷的反射波實際的超聲波波程長度比超聲波束的直徑小(見圖3)。這類缺陷的大小不用報告，依照表1的參考標(biāo)準(zhǔn)（以平底孔為參考）和深度延伸進行評估。類型二，測量性延伸缺陷：測量性延伸缺陷的反射波實際聲波波程長度比聲波束的直徑大。次類缺陷的大小應(yīng)該報告，并且應(yīng)該通過探測兩側(cè)表面超出了實際區(qū)域和壁厚規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)(以平底孔為參考)的點來決定這些缺陷的深度延伸。缺陷應(yīng)依照表1中的參考標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域及深度延伸。類型三，底面回波降低超過的區(qū)域和壁厚規(guī)定的記錄水平的底面回波降低。此類缺陷根據(jù)表1進行評估，評估是在缺陷的范圍在表面上的投影被確定后進行，投影的邊界點是底面回波相對于記錄標(biāo)準(zhǔn)降低了6dB的點。在測試區(qū)域的底面回波降低應(yīng)該不需要深度延伸的確定就可以驗收通過，在測試區(qū)域降低應(yīng)該小于記錄水平+6dB。當(dāng)?shù)酌婊夭ń档土看笥谟涗洏?biāo)準(zhǔn)6dB時定義為底面回波全部消失。表1: 球墨鑄鐵的UT記錄和驗收標(biāo)準(zhǔn)實際截面壁厚(mm)20305080130130記錄標(biāo)準(zhǔn) 所有超出記錄標(biāo)準(zhǔn)的缺陷都應(yīng)被記錄底面回波降低(dB)121212141618反射體區(qū)域1(平底孔)2.52.52.5333反射體區(qū)域2(平底孔)334588非測量性延伸的缺陷驗收標(biāo)準(zhǔn)(區(qū)域)：等價反射體(1)的最大直徑 區(qū)域1(平底孔/mm)333456等價反射體(1)的最大直徑 區(qū)域2(平底孔/mm)33381010測量性延伸的缺陷的驗收標(biāo)準(zhǔn)(區(qū)域)：表面與缺陷的最小距離 區(qū)域1區(qū)域2 (mm)678101216 (mm)678101216缺陷的最大面積+底面回 區(qū)域1波的全部損失(2)(3) (mm2)(3)600600100010001000缺陷的最大深度延伸， 區(qū)域1在斷面的內(nèi)測量 區(qū)域2 (%)101010101010 (%)202020202020(1) 如果缺陷有深度延伸，那么必須按照區(qū)域的深度延伸規(guī)則進行評估。(2) 底面回波的全部損失=記錄標(biāo)準(zhǔn)6dB。(3) 缺陷的掃描表面上的最大允許長度等于實際斷面T。如果兩個相鄰缺陷之間的距離小于它們兩者之中最大的一個尺寸，那么它們可以認(rèn)為是一個缺陷。(4) 通過區(qū)域2中的底面回波的全部損失得到的深度延伸應(yīng)該利用對兩側(cè)表面上點的探測來確定，在這些表面上，就區(qū)域1內(nèi)反射器而言，能夠發(fā)現(xiàn)一個超過記錄標(biāo)準(zhǔn)的直接反射波。接著應(yīng)該依據(jù)就缺陷的深度延伸而言的規(guī)則，對缺陷進行評估。覆蓋區(qū)域1和區(qū)域2的缺陷應(yīng)該具有一個實際斷面T的最大的總深度延伸，并且區(qū)域1的深度延伸應(yīng)至多為實際斷面T 的10%。對于在區(qū)域1內(nèi)缺陷的最大區(qū)域來說的規(guī)則應(yīng)該被考慮。如果一個缺陷的最大長度小于實際斷面T，那么區(qū)域2 的最大深度延伸可以被增加到30%。(5) 在區(qū)域2 內(nèi)，記錄標(biāo)準(zhǔn)和記錄標(biāo)準(zhǔn)+6dB之間的底面回波降低可以驗收通過而不必測量。表2. 聲波束直徑的補償超聲波路徑(mm)(1)超聲波波束直徑SEB2(mm)超聲波波束直徑MSEB2(mm)超聲波波束直徑B2S(mm)20155-20-601515-60-120202012(1) 超聲波路徑被定為從掃描表面到缺陷之間距離的兩倍非測量性延伸缺陷 測量性延伸缺陷圖3 缺陷類型三 風(fēng)力發(fā)電機組球墨鑄鐵典型結(jié)構(gòu)超聲波檢測輪轂檢測。輪轂屬于大型球形殼體類鑄件，壁厚一般為60mm150mm范圍內(nèi)，不允許存在超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的縮孔、縮松、氣孔、夾渣以及表面裂紋等鑄造缺陷。輪轂鑄造成型后需要進行精加工及組裝，如果在精加工前或者在組裝過程中發(fā)現(xiàn)缺陷那么將無法返修，所以需要在精加工前對輪轂進行超聲波檢測。圖4風(fēng)電輪轂實物圖片軸承座檢測。軸承