DB32T-風(fēng)電機組螺栓相控陣超聲導(dǎo)波成像檢測技術(shù)導(dǎo)則

Q/LB.□XXXXX-XXXXDB32/TXXXX—XXXX目次TOC\o"1-1"\h前言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14檢測方法概要 25人員要求 26安全要求 27檢測工藝 38檢測設(shè)備和器材 39檢測準備 510校準與復(fù)核 611靈敏度設(shè)定 612檢測與記錄 713評定 714檢測記錄及報告 8前言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由江蘇省特種設(shè)備安全檢驗與節(jié)能標準化技術(shù)委員會提出并歸口。本文件起草單位：江蘇方天電力技術(shù)有限公司、江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院、南京華中檢測有限公司、武漢中科創(chuàng)新技術(shù)股份有限公司、南京市鍋爐壓力容器檢驗研究院、國家電投集團江蘇新能源有限公司、江蘇聯(lián)能電力科學(xué)研究院有限公司、蘇交控如東海上風(fēng)電發(fā)電有限公司、三峽新能源海上風(fēng)電運維江蘇有限公司、華能江蘇清潔能源分公司、揚子石化股份有限公司本文件主要起草人：馬君鵬、岳賢強、馬向東、余薇、林光輝、王子成、章彬斌、蘇俊、鄭凱、代興亮、周俊、曹峰、楊鋼、吳勝平、何正東、王舒濤、楊春、潘鐵根、王馳、黃志祥、彭杰、周峰峰、戴飛、付志平、蔣良雄、趙占輝、梁鵬、陳金玉風(fēng)電機組螺栓相控陣超聲導(dǎo)波成像檢測技術(shù)導(dǎo)則范圍本文件規(guī)定了風(fēng)電機組螺栓相控陣柱面超聲導(dǎo)波成像檢測與質(zhì)量評定方法。本文件適用于外徑不小于10mm且不大于100mm，長度不大于1500mm，長度與外徑比值不小于10的碳鋼及低合金鋼制在役風(fēng)電機組螺栓周向缺陷的不拆卸檢測。注;螺栓類型包括雙頭螺柱、六角頭螺栓、帶有內(nèi)六角螺栓等。風(fēng)電機組其它類型和材質(zhì)的螺栓周向缺陷檢測以及役前檢測可參照執(zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認證GB/T12604.1無損檢測術(shù)語超聲檢測GB/T12604.13無損檢測術(shù)語第13部分：陣列超聲檢測GB/T42933.1無損檢測儀器相控陣超聲設(shè)備的性能與檢驗第1部分：儀器GB/T42933.2無損檢測儀器相控陣超聲設(shè)備的性能與檢驗第2部分：探頭GB/T42933.3無損檢測儀器相控陣超聲設(shè)備的性能與檢驗第3部分：組合系統(tǒng)JB/T11731無損檢測超聲相控陣探頭通用技術(shù)條件術(shù)語和定義GB/T12604.1和GB/T12604.13界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。周向線陣circumferentiallineararray同一平面上多個沿周向排列形成一個單層圓環(huán)形（控制方向）的平面陣列探頭。如圖1所示。周向線陣柱面周向掃描cylindricalcircumferentialscan采用周向線陣，激勵聲束的孔徑中心環(huán)繞探頭中心步進，聲束動態(tài)聚焦于相應(yīng)圓柱母線的聲束掃描方式（圖像要有刻度）。柱面周向掃描展開圖cylindercircumferentialscanexpansiondiagram以螺栓外徑圓周展開長度為橫坐標，超聲傳播距離為縱坐標，形成的柱面周向掃描結(jié)果顯示圖像平面展開（圖像有刻度標識），如圖2所示。其中：X-螺栓外徑展開方向Y-超聲傳播距離a-缺陷圖像柱面周向掃描展開圖柱面周向掃描平面圖cylindercircumferentialscanningplan螺栓檢測結(jié)果按照波幅大小對應(yīng)的色帶對螺栓檢測端面圓形平面投影的圖像顯示方式。其中：a-無缺陷區(qū)域b-缺陷顯示區(qū)域和方位1-起始陣元N-終止陣元柱面周向掃描平面圖檢測原理柱面相控陣超聲波掃描是對一維環(huán)形線陣超聲探頭的相位控制技術(shù)。將多個小尺寸的條形壓電晶片按照圓環(huán)排列，形成周向線陣探頭，由于各個晶片的超聲波信號頻率相同，當各個晶片的發(fā)射和接受進行相位延時，以一定的相位差相干疊加，就可形成各種指向和聚焦特性的聲束波，超聲波在圓柱件中受柱面約束，沿著圓柱件長度方向傳導(dǎo)，即超聲柱面導(dǎo)波。運用圓柱界面的縱波掠射現(xiàn)象，形成柱面導(dǎo)波可實現(xiàn)遠距離傳輸和檢測超聲柱面導(dǎo)波在波導(dǎo)介質(zhì)中傳播的超聲導(dǎo)波信號包含傳播過程中的全部信息，可用于周向缺陷的檢測。通過建立橫坐標為被檢工件外徑展開長度，縱坐標為超聲傳播距離即被檢工件長度方向距離，形成柱面周向掃描展開圖顯示缺陷相關(guān)信息，通過周向線陣探頭建立柱面周向掃描平面圖顯示缺陷信號接收的圓周位置。人員要求檢測人員應(yīng)熟悉本文件的各項規(guī)定，熟悉相控陣檢測方法和設(shè)備使用，了解風(fēng)電機組螺栓材料、制造和在役缺陷機理等相關(guān)基礎(chǔ)知識，應(yīng)能按規(guī)定的檢測工藝要求熟練操作，對檢測中出現(xiàn)的問題應(yīng)能做出分析、判斷和處理。檢測人員應(yīng)按GB/T9445的要求或者合同各方同意的體系進行進行專項培訓(xùn)和資格鑒定與認證，取得相應(yīng)證書。安全要求從事檢測的人員應(yīng)遵守安全工作的有關(guān)規(guī)定，當檢測條件符合安全作業(yè)條件時，方可進行檢測。檢測工藝文件檢測工藝文件包括檢測工藝規(guī)程和作業(yè)指導(dǎo)書。檢測工藝規(guī)程除滿足本文件的要求外，還應(yīng)規(guī)定表1和相關(guān)章節(jié)所列相關(guān)因素的具體范圍或要求。相關(guān)因素的變化超出規(guī)定時，應(yīng)重新編制或修訂工藝規(guī)程。檢測工藝規(guī)程涉及的相關(guān)因素序號相關(guān)因素的內(nèi)容1工件形狀（包括規(guī)格、材質(zhì)等）2檢測面要求3檢測標準4探頭標稱頻率、晶片尺寸、晶片中心間距5檢測儀器類型6耦合劑類型7校準（試樣及校準方法）8掃查方式（手動或自動）9缺陷定量方法10計算機數(shù)據(jù)采集（用到時）11自動報警和/或記錄裝置（用到時）12人員資格要求13檢測報告要求應(yīng)根據(jù)檢測工藝規(guī)程的內(nèi)容以及被檢工件的檢測要求編制作業(yè)指導(dǎo)書，其內(nèi)容除滿足螺栓檢測與質(zhì)量評定方法的要求外，還應(yīng)包括檢測記錄和評定要求、檢測示意圖等。檢測設(shè)備和器材檢測設(shè)備儀器性能檢測儀器應(yīng)滿足GB/T42399.1的要求，具有產(chǎn)品質(zhì)量合格證或質(zhì)量合格的證明文件。儀器性能應(yīng)滿足如下要求：工作頻率為0.5MHz～15MHz（按-3dB測量）；接收激發(fā)通道不小于16/64；發(fā)射電壓：不小于50V；增益范圍：0dB～80dB，最小調(diào)節(jié)精度不大于0.5dB；掃查圖像：A掃、柱面周向掃描展開圖、柱面周向掃描平面圖；采用全程動態(tài)聚焦。探頭應(yīng)滿足如下技術(shù)要求：根據(jù)螺栓工件尺寸選擇探頭頻率，探頭推薦頻率見表2；采用周向線陣探頭；當螺栓公稱直徑M＞20mm時，探頭的晶片數(shù)應(yīng)不小于64晶片；當螺栓公稱直徑M≤20mm時，探頭晶片數(shù)應(yīng)不小于32晶片；探頭直徑應(yīng)與螺栓工件匹配，探頭直徑與螺栓公稱直徑相差應(yīng)不大于10mm，探頭外徑應(yīng)為螺栓公稱直徑的0.75倍～1.2倍范圍，探頭內(nèi)徑應(yīng)為探頭外徑的0.2倍～0.5倍范圍，探頭推薦尺寸見表3；探頭中心頻率實測值與標稱值誤差應(yīng)不大于10%；探頭-6dB相對頻帶寬度不小于55%；同一探頭晶片間靈敏度差值應(yīng)不大于4dB，晶片靈敏度的均勻性應(yīng)滿足均方差不大于1dB，探頭晶片的靈敏度差異及有效性測試按GB/T42933.2執(zhí)行；探頭激發(fā)孔徑范圍內(nèi)不應(yīng)存在失效晶片。若失效晶片不可避免，則在確保檢測靈敏度滿足要求的前提下，在環(huán)陣任意1/4圓周范圍內(nèi)的失效晶片的數(shù)量不能超出激發(fā)晶片總數(shù)的15%，且不應(yīng)存在相鄰的失效晶片。探頭推薦頻率螺栓長度L（mm）L＜2001000≤L＜200L≥1000探頭頻率f（MHz）7.5≤f＜105≤f＜7.52≤f＜5探頭推薦尺寸螺栓直徑（mm）M10～M15M15～M20M20～M25M25～M28M28～M40M40～M45探頭外徑（mm）Φ12Φ17Φ22Φ26Φ30Φ42探頭內(nèi)徑（mm）Φ3Φ6Φ10Φ12Φ12Φ12螺栓直徑（mm）M45～M50M50～M60M60～M70M70～M80M80～M100探頭外徑（mm）Φ48Φ52Φ65Φ72Φ86探頭內(nèi)徑（mm）Φ12Φ16Φ16Φ20Φ30組合性能儀器和探頭的組合性能應(yīng)滿足如下要求：最大檢測聲程處，探測0.5mm人工切槽時其靈敏度余量應(yīng)不小于10dB；儀器和探頭的組合頻率與公稱頻率誤差應(yīng)不大于10%；在基準靈敏度下，儀器和探頭組合的始脈沖寬度，對于頻率為5MHz的探頭，寬度不大于2.5mm；儀器和探頭的系統(tǒng)信噪比應(yīng)大于35dB。當出現(xiàn)以下情況時應(yīng)測定儀器和探頭的組合性能：新購置的儀器和探頭；儀器或探頭在維修或更換主要部件后；檢測人員認為有必要時。每隔3個月應(yīng)按GB/T42933.1～GB/T42933.3方法對儀器、探頭及其組合系統(tǒng)進行一次性能測試或校準。對比試塊檢測系統(tǒng)調(diào)校應(yīng)采用對比試塊進行。螺栓對比試塊形狀和尺寸應(yīng)符合圖4的要求。螺栓對比試塊的直徑應(yīng)在被檢螺栓公稱直徑0.9倍～1.1倍范圍內(nèi)，應(yīng)選取與被檢工件聲學(xué)性能相同或近似的材料制成，該材料內(nèi)部不應(yīng)有大于或等于Φ1平底孔當量直徑的缺陷。人工缺陷為線切割槽，缺陷深度及加工部位見表4。其中：a-試塊1人工槽b-試塊2人工槽c-試塊3人工槽螺栓檢測對比試塊人工缺陷加工位置示意圖對比試塊試塊編號abc刻槽部位上a中b下c刻槽深度0.5d0.5d0.5d兩端均為螺紋，試塊1刻槽位于檢測端螺母與墊圈結(jié)合的絲扣處；檢測端為六角端頭時，刻槽位于螺桿與端頭圓弧過度的起點。試塊2刻槽位于螺栓法蘭結(jié)合面處。試塊3刻槽位于檢測端對側(cè)螺母與墊圈結(jié)合的絲扣處；檢測端對側(cè)為六角端頭時，刻槽位于螺桿與端頭圓弧過度的起點?？滩凵疃瓤筛鶕?jù)工藝要求另行確定。在滿足靈敏度要求時，對比試塊上的切割槽可根據(jù)檢測需要采取其他布置形式或添加。在滿足靈敏度要求時，可采用被檢螺栓工件自身作為等效對比試塊進行靈敏度設(shè)置。耦合劑宜采用透聲性好，且不損傷檢測表面的水基耦合劑。當環(huán)境溫度低于0℃時，耦合劑中應(yīng)添加防凍液。檢測采用的耦合劑應(yīng)與檢測系統(tǒng)設(shè)置和校準時的相同。檢測準備查閱資料檢測前應(yīng)查閱被檢螺栓的相關(guān)資料,主要包括:a)螺栓的名稱、規(guī)格、材質(zhì)及螺栓結(jié)構(gòu)形式等；b)機組大修時螺栓的檢測資料。檢測面準備影響探頭與檢測面耦合的銹蝕、鍍鋅層凸起和污物等都應(yīng)予以清除。掃查范圍設(shè)置掃查范圍設(shè)置應(yīng)至少大于被檢螺栓工件長度50mm，聲束應(yīng)能覆蓋到螺栓的全部被檢區(qū)域。儀器檢查每次使用前或連續(xù)工作一周以上時，應(yīng)對晶片有效性按照JB/T11731的規(guī)定進行測試檢查。靈敏度設(shè)置利用對比試塊設(shè)置將檢測探頭放置在螺栓對比試塊相應(yīng)檢測端（如圖5所示），探頭中心線應(yīng)與試塊中心重合，手持探頭耦合穩(wěn)定時，調(diào)整儀器掃描范圍使底波出現(xiàn)在80%時基范圍處，閘門起點位于5%時基范圍，閘門終點位于底波前，調(diào)節(jié)增益使柱面周向掃描展開圖圖像中試塊1、試塊2、試塊3的刻槽信號同時清晰可見并標定顏色色標，且圖像中三個刻槽的A掃描信號幅度最小者不低于滿屏高的20%，適當調(diào)整閘門起點使閘門內(nèi)螺紋信號低于刻槽信號，記錄儀器增益為檢測靈敏度。其中：T-探頭a-裂紋1b-裂紋2c-裂紋3靈敏度設(shè)置利用螺栓工件自身設(shè)置將檢測探頭放置在待檢螺栓檢測端，探頭中心線應(yīng)與待檢螺栓中心重合，手持探頭耦合穩(wěn)定時，調(diào)節(jié)儀器掃描范圍使螺栓底波出現(xiàn)在80%時基位置處，調(diào)節(jié)增益使底波波高達到滿屏高的80%，在此基礎(chǔ)上增益12dB～18dB，使噪聲波不高于滿屏高20%，記錄儀器增益為檢測靈敏度。若噪聲波高于滿屏高20%，應(yīng)使用對比試塊進行調(diào)節(jié)。檢測實施掃查方式掃查方式分為手動掃查和自動掃查。檢測時采用定位掃查，將探頭放置在被檢螺栓工件檢測面上，探頭中心線與被檢螺栓工件中心重合，耦合良好后開始檢測，檢測過程中保持探頭固定不動。檢測對所有A掃描信號幅度達到或超過滿屏幕20%的相關(guān)顯示信號均應(yīng)確定其距檢測端面的位置和最大反射波幅。缺陷定量當量深度尺寸估算：通過對比試塊上人工刻槽的柱面周向掃描展開圖圖像顏色色標和A掃描信號幅度對比來估算。缺陷指示長度測定：單個缺陷周向長度測量可以在檢測過程中實時測量，也可在電腦分析軟件上離線測量。具體測量方法如下：首先移動光標找到缺陷的最高反射點，將A掃信號波幅調(diào)節(jié)至滿屏80%高度，向左移動光標，當A掃信號波幅降低至40%時，光標對應(yīng)點即為缺陷左端點；向右移動光標，當A掃信號波幅降低至40%時，光標對應(yīng)點即為缺陷右端點。左右端點之間的距離即為該缺陷指示長度。缺陷指示長度小于5mm時，按5mm計。在螺栓柱面周向掃描展開圖或柱面周向掃描平面圖圖像上，同距離相鄰兩缺陷的間距小于其中較小的缺陷長度時，應(yīng)作為一條缺陷處理，以兩缺陷長度之和作為其指示長度（間距計入）。復(fù)核檢測過程中儀器和探頭組合系統(tǒng)的復(fù)核檢測過程中，出現(xiàn)下列情形之一時，應(yīng)對儀器和探頭組合系統(tǒng)進行復(fù)核：探頭、耦合劑發(fā)生改變；檢測人員懷疑超聲傳播速度設(shè)置或掃查靈敏度設(shè)置有變化；連續(xù)工作4小時以上。檢測結(jié)束時儀器和探頭組合系統(tǒng)的復(fù)核檢測工作結(jié)束時，應(yīng)對儀器和探頭系統(tǒng)進行下列項目的復(fù)核，并記錄復(fù)核結(jié)果：應(yīng)對超聲傳播速度設(shè)置進行復(fù)核。如果超聲傳播速度設(shè)置超過10%，則超聲傳播速度設(shè)置應(yīng)重新調(diào)整，并對上一次復(fù)核以來所有的檢測部位進行復(fù)檢；應(yīng)對掃查靈敏度進行復(fù)核；校準、復(fù)核和對儀器進行線性檢測時，任何影響儀器線性的控制器（如抑制或濾波開關(guān)等）都應(yīng)放在“關(guān)”的位置或處于最低水平上。缺陷評定相關(guān)顯示信號反射波的柱面周向掃描展開圖圖像顏色達到或超過人工刻槽的柱面周向掃描展開圖圖像顏色色標或A掃描信號幅度達到或超