周健敏-螺栓超声波检测
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浅析核电厂汽轮机螺栓超声波检测应用摘要:结合核电厂汽轮机在役过程中螺栓易产生的缺陷及螺栓超声波检测的实际应用,叙述各种常用超声波检测方法的适用条件、技术特点,对螺栓超声波检测常用方法进行分析比较和缺陷波的识别,对于现场检测具有指导意义。
关键词:在役;螺栓超声波检测;缺陷波引言螺栓紧固件作为核电厂汽轮机的重要部件,在高温高压极为苛刻环境下使用,应重点关注应力集中部位的检查。
螺栓的表面检测一般采用磁粉检测中的线圈法和轴向通电法,磁悬液选用灵敏度较高的荧光磁悬液,但表面检测不仅工作量大且工序繁琐检测效率低。
超声检测克服了这些不利因素,能够快速并可靠的检出螺栓的裂纹缺陷,在核电厂在役检查中起到了关键的作用。
1 螺栓的分类及缺陷1.1 螺栓的分类核电厂汽轮机螺栓按照结构一般分为刚性有中心孔螺栓、刚性无中心孔螺栓、柔性有中心孔螺栓、柔性无中心孔螺栓。
中部光杆部位的直径等于端头螺纹外径的螺栓属于刚性螺栓。
中部光杆部位的直径小于端头螺纹外径的螺栓属于柔性螺栓。
螺栓按照材质基本分为低合金钢螺栓、马氏体钢螺栓及镍基高温合金钢螺栓。
核电厂汽轮机中螺栓检测主要包括气门螺栓,中分面螺栓、导气管螺栓、对轮螺栓等,其中高压缸中分面M100以上螺栓及中间汽封体中分面螺栓的材质均属于马氏体钢范畴。
1.2 螺栓的缺陷刚性螺栓由于结构原因,受力主要集中在螺纹处,在大修拆装和运行过程中容易在螺纹根部断裂,因此核电厂中极少使用刚性螺栓。
柔性螺栓在拧紧状态下,主要受力集中在螺栓光杆部分,机组运行状态下安全裕度较大,被广泛使用。
螺栓在役过程中由于大修的拆装和使用温度的升降,受到的应力较为复杂,主要的缺陷有螺纹齿根裂纹、中心孔内壁裂纹、疲劳裂纹、蠕变和热脆等引起的裂纹等。
对于高温紧固件螺栓来说,裂纹的检测尤为重要。
2 常用检测方法分析2.1小角度纵波法小角度纵波法适用于柔性螺栓的本侧检测。
对于无中心孔柔性螺栓检测,检测螺栓的规格和长度有一定的要求,尤其是马氏体钢及镍基高温合金钢螺栓,对侧的检测长度不能大于250mm。
螺栓轴向应力的超声波测量王路①季献武张道钢扬启璋上海医疗器械高等专科学校(上海200093)华东电力试验研究院(上海200433)河北电力试验研究所(石家庄050021)北京电力科学研究院(北京100045)一些设备上的关键螺栓安装或紧固时,人们希望能直接准确地控制螺栓的轴向应力,以保证其工作的可靠性,这点对电力设备尤其具有重要的意义。
用超声波技术研制成功了一种可直接测量螺栓轴向应力的螺栓轴向应力仪,该仪器可广泛应用于关键设备的紧固测试,进而精确地控制螺栓轴向应力。
对用超声波技术测量螺栓轴向应力的基本原理进行了介绍,并给出了超声波螺栓轴向应力仪应用实例。
螺栓轴向应力直接测量超声波技术螺栓作为一种紧固件广泛应用于大型机械设备、发电机组、桥梁及航空航天器件。
目前人们通常使用力矩板手安装螺栓,由扭矩推算出螺栓的轴向应力,但这种方法间接得到的轴向力并不可靠,且力矩板手本身需要定期由较复杂的设备检验、校准。
即便如此,实际工作中众多的影响因素还使得扭矩与螺栓的轴向应力不能一一对应。
许多情况下,安装者用大锤凭经验击打板手对螺栓实施紧固,很不准确。
因此迫切需要发展一种无损、快速有效的、能直接测量螺栓紧固应力的新手段。
超声波是一种有效的工业测量用物理量,用超声波可探测构件内部的损伤及组织结构,还能测量流量、温度、厚度及应力等。
有关超声波测应力的方法早就有人提出,这种方法的优点是以被测对象自身为敏感元件,能够探测构件内部的应力。
超声波测螺栓轴向紧固应力是一种研究较久且有一定成效的技术,它是超声波测量应力研究领域里最有希望得到工业性广泛应用的技术手段。
以前人们较多在理论上对声速与应力关系进行研究探索,而对工程上的狈赋方法、手段、仪器的实现及实际使用中存在的问题研究得较少,这使得超声波测螺栓紧固应力手段没能在工程上推广。
本文作者用超声测量螺栓轴向紧固应力的研究工作,给出了若干螺栓材料的紧固力与超声波的关系,分析了实际应用中可能出现的误差因素,并对电站用螺栓进行了的超声波测螺栓紧固应力(一种拉伸应力)工作中,超声波传播方向与应力方向一致(忽略螺栓扭转应力的影响),这时纵波声速(以下简称声速)与应力的近似关系为:①注:参加工作的还有沈金坤。
宝钢化工公司K2201反应塔螺栓的超声波检测宝钢化工公司K2201反应塔为煤炼焦的副产品反应容器,其工作状态为高温高压,III 类容器,在法定检验过程中,按《压力容器定期检验规则》规定,对高压螺栓应逐个清洗检查,必要时进行无损检测,重点检查螺纹及过渡部位有无环向裂纹;连接反应塔人孔紧固件为高压双头螺栓,其在高温、高压的环境下工作,由于操作压力的波动、温度降低或升高、开停车时的升压与卸压及组装时所加应力的不平衡使个别螺栓受力过大,这些都是使高压螺栓产生疲劳裂纹直至断裂的主要原因,所以螺栓齿根部是产生疲劳裂纹最危险的部位,为确保容器的安全运行,应进行无损检测。
一.重点检测部位双头螺栓规格为M39×3×200,如图1所示,材质为30CrMoA低合金钢,当螺栓与螺母拧紧后,a区为受力最大部位,大部分螺栓疲劳断裂都发生在这一区域,其余多发生在丝扣与丝杆的过渡区域(b区),对于在用高压双头螺栓来讲,重点检测部位应包括a区、b区及a,b区之间受力较大的丝扣部分。
图1二.检测方法的选择高压双头螺栓在制造过程中一般采用磁粉、渗透及超声波法进行检测,采用标准JB/T4730-2005,而在役设备上的双头螺栓很难将表面处理干净,且有很多螺帽都锈住了,根本无法卸掉,所以磁粉和渗透检测很难实施,只能使用超声波检测,按JB/T4730-2005标准中7.2条:在用承压设备用原材料、零部件的超声检测,一般采用纵波小K值直探头法及横波斜探头法,探头移动位置如图1、2。
图21.纵波直探头法将探头放在图2中部位1,利用纵波扩散角声束来探测,所以检测灵敏度相对较低,有时还有变型波的干扰,需仔细辨别,见图3。
纵波检测所以如果能使主声束直接射到齿根裂纹处则会得到更好的效果。
因此,应使主声束折射一定的角度,而且由于这个角度不大,可在直探头上加一个楔块完成,这种探头就是小角度纵波探头。
如图4所示,为使主声束反射达到最佳条件,应使∠1=∠2,目前设备上使用的螺栓齿根角度公制为60°,这样声束进入螺栓端面折射角应为15°左右。
(10)授权公告号(45)授权公告日 (21)申请号 201420741304.9(22)申请日 2014.12.01G01N 29/04(2006.01)(73)专利权人国家电网公司地址100031 北京市西城区西长安街86号专利权人华北电力科学研究院有限责任公司山西大唐国际新能源有限公司华正清圆(天津)科技有限公司(72)发明人季昌国 刘建屏 车志恩 王佳宇崔孟 边晋发 程云强 马延会陈君平 苏德瑞 韩腾 相怡徐海滨(74)专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司 11127代理人赵燕力(54)实用新型名称一种用于螺栓的超声波检测装置(57)摘要本实用新型为一种用于螺栓的超声波检测装置,包括螺栓夹持部和探头夹持部;探头夹持部位于螺栓夹持部上方且两者之间能相对转动的连接在一起;螺栓夹持部包括一圆形底盘,圆形底盘中央具有通过孔;圆形底盘的通过孔孔壁沿圆周方向均匀设有三个锁紧螺钉;圆形底盘还设有锁紧螺钉联动机构;探头夹持部包括一中空的壳体,壳体下端开口,其开口端转动连接在圆形底盘的上部;壳体上相对的两侧横向穿设有径向调节螺杆,壳体内部设有探头夹持组件。
本实用新型可靠性和可重复性好,实现检测数据的全记录,减少操作步骤。
(51)Int.Cl.(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书2页 说明书5页 附图4页(10)授权公告号CN 204214814 U (45)授权公告日2015.03.18C N 204214814U1.一种用于螺栓的超声波检测装置,其特征在于:所述超声波检测装置包括用于夹持被检测螺栓的螺栓夹持部和用于夹持超声检测探头的探头夹持部;所述探头夹持部位于螺栓夹持部上方且两者之间能相对转动的连接在一起;所述螺栓夹持部包括一圆形底盘,所述圆形底盘中央具有供被检测螺栓穿过的通过孔;圆形底盘的通过孔的孔壁沿圆周方向均匀设有三个锁紧螺钉,所述三个锁紧螺钉均水平设在圆形底盘并能沿圆形底盘的径向移动,进而锁紧螺钉的一端能伸入到通过孔内;圆形底盘还设有能使三个锁紧螺钉同步径向移动的锁紧螺钉联动机构;所述探头夹持部包括一中空的壳体,壳体下端开口,其开口端转动连接在圆形底盘的上部;所述壳体上相对的两侧横向穿设有一个径向调节螺杆,径向调节螺杆与壳体转动连接,壳体内部设有一个与径向调节螺杆螺纹连接并能沿径向调节螺杆轴向移动的探头夹持组件。