摘要：焊接转子作为汽轮发电机组中的一种结构部件，具有较多的焊接缺陷。及时发现这些缺陷，对其进行无损检测和修补措施，能够有效避免安全事故的发生。本文以汽轮机组焊接转子焊缝无损检测技术为核心，介绍了焊接转子无损检测技术的两种基本检测方法，并对焊接转子无损检测技术的两大研究热点进行了详细的分析，希望能为今后焊接转子无损检测技术的研究工作提供借鉴和帮助。
关键词：焊接转子；无损检测技术；超声相控阵
引言
我国早在上个世纪60年代就开始了焊接转子的科学研究及实验工作，现已掌握了焊接转子的核心技术，能制造出具有“大容量、高参数”特点的焊接转子，但是这些焊接转子在生产运行中的安全性和可靠性依然让人忧虑。由于焊接结构自身的特殊性，焊接转子在焊缝工作中的焊接质量以及运行中存在的一些缺陷会对机组的安全运行产生直接影响。因此，研究焊接转子的焊缝无损检测技术已经成了当务之急。
1.焊接转子无损检测技术检测方法
1.1表面/近表面检测方法
检测表面/近表面损伤情况的常用方法主要包括磁粉检测、涡流检测和红外检测。磁粉检测指的是利用缺陷漏磁场中磁粉的聚集效应，把材料的缺陷无限放大，使其以磁痕的形式显示的一种检测方法。磁粉检测只能应用在铁磁性材料的缺陷识别上，其研究成果为可控式智能磁粉机，利用PLC来实现流水线式的检测，从而提高检测速度。涡流检测指的是利用导电材料中交变磁场感应涡流产生的电磁效应来对被检测工件进行评价的一种检测方法。涡流检测的最大特点就是不需要使用耦合剂，即检测过程中不用直接接触被检测的物体，易于检测工作自动化的实现，还能对所检材料进行无损评价。红外检测指的是利用所检物体在有缺陷区和无缺陷区热传导能力的差别所导致的物体表面温度场分布的不同，使用红外热像设备把这些不同的温度差显示出来，从而实现缺陷检测的目的。但是这种检测方式要求被检物体具有较低的导热性能，且红外检测设备价格很高，所以具有一定的局限性。
1.2表面/内部检测方法
表面/内部检测方法指的是能够同时检测表面和内部缺陷的方法，分为声发射检测和射线检测两种。声发射检测指的是通过对材料局部快速释放能量时产生的信号进行接收和分析，来实现对缺陷的检测。声发射技术是依靠传感器技术的发展而进步的，随着传感器技术的飞速发展，声发射技术会在无损检测的领域中发挥越来越多的作用。射线检测指的是通过对射线经过缺陷部位时强度的不同进行分析，来实现缺陷检测目的，射线检测属于无损检测方式的一种。根据射线检测的原理可知，射线检测对体积性的缺陷非常敏感[1]。射线检测可以用来检测任何类型的材料，具有全面性的特点。但是，射线对人体会造成辐射，不利于人体的健康，所以射线检测的适用范围受到了一定的制约。另外，射线检测难以准确判断裂纹的方向，也限制着射线检测的发展。
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2.焊接转子无损检测技术研究热点
2.1超声相控阵
超声相控阵是伴随电子技术的进步而新发展出来的一种检测方式，其原理是使用电子脉冲来发射和接收探头阵列的晶片，根据相位情况来实现动态聚焦以及波束角度偏转。由于其能够灵活控制被检测波束的角度，不需要频繁对探头进行更换，检测效率较高，所以一直是国内外学者们所研究的热点。例如，国内著名学者李衍就一直在研究与超声相控阵有关的基础理论。他研究了各个类型的焊缝建模，采取了一种新的检测方式，有效提高了位于裂纹端部位信号的分辨率。而西藏民族学院的李鹏则运用数值分析法对阵列换能器参数的变化和声速聚焦性能的偏转之间关系进行了研究，为现场检测提供了很大的参考价值。哈尔滨工业大学的孙昌立则研究出了一种使数据采集和处理实现三维可视化的方法，从而实现对FSW缺陷的三维可视化，帮助检测人员更方便地对工件内部的缺陷加以了解。国外的学者也对超声相控阵的理论进行了许多研究，如计算检测参数、声场计算仿真等，但国外在研究方向上更注重于实际的应用。
2.2超声TOFD
超声TOFD是超声衍射时差法的简称，是利用一发一收的双探头检测设备，接收缺陷处端角与端点的衍射信号，对其加以分析来检测出缺陷，也可称作尖端反射法或裂纹端点衍射法。这种方法能精准测量出缺陷的高度，所以受到了广大检测人员的青睐。例如，哈尔滨工业大学的徐艳、迟大钊等人就使用了超声TOFD来检测铝合金的焊缝缺陷，为了得出最佳的检测参数，他们制作出了缺陷模拟试块，并对其反复的试验，对缺陷上端和下端的衍射波和侧向波的传播特点加以分析，计算出了与夹角相对应的探头间距。但是，TOFD法在上表面和下表面的检查上还存在一些盲区，针对这个问题，河北电力研究院的牛晓光、代真等人采用了脉冲反射法来对其进行互补，并设计出“TOFD+A”型复合探头，以弥补在TOFD检测中存在的不足，完成了对上、下表面盲区的检测。而哈尔滨工业大学的刚铁、姚英学等人则对TOFD的检测方式进行了改进，提出了一种可以识别近表面缺陷的TOFDW检测方式[2]。
总结
总而言之，随着近年来国民经济的发展和增长，人们对于电力的需求量也越来越大，但经济的发展也引发了一系列的环境问题，很多国家都已经对环境问题加以重视。想要提高发电效率、降低发电能耗、减少环境污染、实现节能减排，就必然要发展“高参数、大容量”的汽轮机组。改进和完善焊接转子无损检测技术，研究焊接转子无损检测技术的新方法，是实现汽轮发电机组可持续发展的重要前提。
参考文献
[1]冯磊,刘霞,轩福贞. 汽轮机焊接转子残余应力模拟及其对疲劳寿命的影响[J]. 中国电机工程学报,2014,34(17):2851-2860.
[2]庞庆,彭建强,孙秀萍. 高参数大容量汽轮机焊接转子[J]. 汽轮机技术,2014,56(06):478-480.
论文作者:阚宁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/23
标签：转子论文; 缺陷论文; 射线论文; 超声论文; 表面论文; 检测技术论文; 相控阵论文; 《电力设备》2017年第24期论文;