[发明专利]双晶凸面直射式横波检测用探头及设计方法

说明书

 

技术领域：

本发明涉及一种双晶凸面直射式横波检测用探头及设计方法。

 

背景技术：

汽轮机叶片是火力发电厂动能转化为电能的重要转动部件，汽轮机叶片在运行过程中，承受高温、高压作用，而且在机组启停过程中，还受到交变载荷作用。因此在长期运行中，叶片根部可能萌生裂纹、扩展而最终断裂失效，在停机检修中若未及时发现缺陷隐患，重新投入后裂纹缺陷迅速扩展最终断裂产生连锁反应，将造成机毁人亡的重大灾难。根据DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》要求对叶片及根部进行监督检查。但是，由于叶根种类多、结构复杂、检测面小等特点，致使叶根超声波检测难度大。

根据DL/T714-2011《汽轮机叶片超声波检验技术导》的检测技术要求需对图1中F1、F2所示位置重点进行超声波检测。其原因是骑缝铆钉孔叉型叶根应力集中点在开有铆钉孔的截面最小处，一般靠近工作部分上截面最小处，且开裂方向基本垂直于工作面，如图1中的F1、F2所示。另外，根据有关资料产生裂纹最多的是第一个铆钉孔F1。

 

若采用表面波探伤方式，由于表面波固有的特性，遇到油污、表面划伤等极易误判；若采用横波法检测一次波难以检测到F1、F2重点区域，达不到检测效果。

 

发明内容：

本发明的目的在于提供一种双晶凸面直射式横波检测用探头及设计方法，该双晶凸面直射式横波检测用探头结构简单、设计合理，有利于提高检测的准确度。

本发明双晶凸面直射式横波检测用探头，其特征在于：包括探头外壳和设在探头外壳内的晶片，所述晶片相对垂直方向斜角为γ＝13°。

进一步的，上述探头参数为：晶片尺寸为5×5mm，探头频率为2.5MHz或5MHz。

本发明双晶凸面直射式横波检测用探头的设计方法，其特征在于1）探头应设计为折射横波（S）声束，平行于叶根侧面，折射角为β，由此该点入射角α，求得α即可求得晶片倾角γ；

2）为获得纯横波且声束方向平行于叶根侧面，要求探头的折射角                                               为60o，探头入射角应为：47°；

    3）晶片相对垂直方向斜角为γ＝60o－47°＝13°，由于采用较小的晶片尺寸传播到工件时声束扩散，并已经产生交角，故晶片间无须再交角。

利用本发明双晶凸面直射式横波探头解决了以下问题：

1）凸台距离F₁一般为15mm左右，采用双晶探头，避免了在近场区检测问题；

2）采用凸面探头，与叶根弧面相吻合，大大减小了因接触造成的耦合声能损失，提高了检测灵敏度；

3）根据（C为声速，纵波声速为5950m/s，横波声速为3230m/s）可知，采用横波检测其分辨率高，解决了叶根内弧端面与重点检测F₁区的识别（叶根内弧端面与重点检测F₁区间距大约为5mm左右）；

4）采用直射法检测波形简单极易把铆钉孔和缺陷波，内弧端面与缺陷波区分，不易误判。即简单可靠。

 

附图说明：

图1是骑缝铆钉孔叉型叶根型式及受力分析图；

图2本发明双晶凸面直射式横波检测用探头的剖面图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明双晶凸面直射式横波检测用探头在叉型叶根使用示意图；

图5是图4中各位置的检测波形图。

 

具体实施方式：

本发明双晶凸面直射式横波检测用探头，包括探头外壳1和设在探头外壳内的晶片2，所述晶片相对垂直方向斜角为γ＝13°。

进一步的，上述探头参数为：晶片尺寸为5×5mm，探头频率为2.5MHz或5MHz。

本发明双晶凸面直射式横波检测用探头的设计方法， 1）探头应设计为折射横波（S）声束，平行于叶根侧面，折射角为β，由此该点入射角α，求得α即可求得晶片倾角γ；

2）为获得纯横波且声束方向平行于叶根侧面，要求探头的折射角为60o，探头入射角应为：47°；

3）晶片相对垂直方向斜角为γ＝60o－47°＝13°，由于采用较小的晶片尺寸传播到工件时声束扩散，并已经产生交角，故晶片间无须再交角。

晶片可以是透明的玻璃，是凸透镜或平面透镜均可。在探头入射位置设有弧形状的透镜。