基于全聚焦相控阵超声的叶根槽裂纹检测
发布时间：2022-01-11 13:47
汽轮机转子受复杂应力和高温的多重作用,常在反T型叶根槽部位产生疲劳裂纹,导致断裂事故。针对此问题,提出全聚焦相控阵超声的检测方法。推导了全聚焦相控阵超声的采集及成像公式,制备了专用试件,在端壁上倒圆（F1区）采用线切割方法预制人工缺陷,采用全聚焦相控阵超声检测,并与常规超声进行了对比。结果表明,全聚焦相控阵超声检测精度高,适应性强,具有较好的工程应用价值。
【文章来源】：振动.测试与诊断. 2020,40(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１全矩阵数据采集Ｆｉｇ．１Ｆｕｌｌｍａｔｒｉｘｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
Ｆｉｇ．１Ｆｕｌｌｍａｔｒｉｘｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ表１全矩阵数据集Ｔａｂ．１Ｆｕｌｌｍａｔｒｉｘｄａｔａ发射接收１２…Ｎ１Ｅｘ１，ｘ１ｔ（）Ｅｘ１，ｘ２ｔ（）…Ｅｘ１，ｘＮｔ（）２Ｅｘ２，ｘ１ｔ（）Ｅｘ２，ｘ２ｔ（）…Ｅｘ２，ｘＮｔ（）????ＮＥｘＮ，ｘ１ｔ（）ＥｘＮ，ｘ２ｔ（）…ＥｘＮ，ｘＮｔ（）１．２全聚焦成像技术全聚焦成像技术的原理如图２所示，超声换能器利用耦合剂与试块接触，试块表面中心位置为原点Ｏ，横坐标ｘ为试块表面长度，纵坐标ｚ为试块高度［１５－１６］。因此，在试块的ｘＯｚ平面上，检测区域被划分成一定分辨率的像素点，这些像素点即为声束聚焦点。以Ｐ（ｘｐ，ｚｐ）为例，该点的超声回波幅值Ｆｐ是所有阵元所收集的全矩阵数据Ｅｘｉ，ｘｊｔ（）在Ｐ（ｘｐ，ｚｐ）点的叠加，即Ｆｐ＝∑Ｎｉ＝１∑Ｎｊ＝１Ｅｘｉ，ｘｊｔｐ（）（１）其中：Ｅｘｉ，ｘｊｔｐ（）为ｉ阵元发射、ｊ阵元接收的超声回波叠加到Ｐ（ｘｐ，ｚｐ）位置的幅值；ｔｐ为声波从阵元ｉ发射经过聚焦点Ｐ（ｘｐ，ｚｐ）到达阵元ｊ所需的时间。ｔｐ＝ｘ（ｐ－ｘｉ）２＋ｚ２槡ｐ＋ｘ（ｐ－ｘｊ）２＋ｚ２槡ｐＶ（２）其中：ｘｉ，ｘｊ分别为发射阵元和接收阵元的横坐标；Ｖ为超声波在试
人工缺陷，长度均为２０ｍｍ，深度分别为０．２，０．５，１和２ｍｍ，裂纹角度为与水平面的夹角按照３０°，４５°和６０°设计。根据现场条件及超声检测方法的要求，将反Ｔ型叶根槽试件外表面的上平面（Ａ）、侧面上部（Ｂ）及侧面下部（Ｃ）安装测量探头进行检测。２．２检测设备全聚焦相控阵超声检测现场如图４所示，检测设备为ＰＨＳＣＡＮ型相控阵检测仪，其主要参数有：接收／发射晶片数为３２～６４；超声范围为９９００μｓ；声速范围为６３５～１５２４０ｍ／ｓ；聚焦法则数为１０２４；增益范围为０～８０ｄＢ；带宽为０．５～１５ＭＨｚ。全聚焦探头采用ＢＦＢ５２３（探头标称７．５Ｓ１６－０．５×１０）和ＢＦＢ５３１（探头标称１０Ｓ１６－０．５×１０）。与之对应的常规超声检测设备为ＨＳ６１０ｅ，其主要参数有：工作频率为０．５～１５ＭＨｚ；声速范围为１００～２００００ｍ／ｓ；动态范围≥３２ｄＢ；分辨力＞４０ｄＢ；超声波探头为５Ｐ５×５Ｋ１，５Ｐ５×５Ｋ０．８。图４全聚焦相控阵超声检测设备Ｆｉｇ．４ＴｅｓｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆＴＦＰＡＵ２．３检测参数常规超声在上平面、侧面上部及侧面下部的探头如表２所示，以不同深度?１×６通孔调整满屏的８０％，再增益１０ｄＢ为检测基准灵敏度。检测时，常规超声探头放置在检测位置，在有限空间内略作前后移动进行扫查。裂纹识别方法为寻找缺陷回波。全聚焦相控阵超声在上平面和侧面下部的探头均为横波探头ＢＦＢ５２３，在侧面上部位置用的探头
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽轮机转子T型叶根-轮槽系统力学分析[J]. 王鹏,蔡晖,王志强,贾若飞. 热力发电. 2019(02)
[2]超声相控阵全聚焦无损检测技术概述[J]. 章东,桂杰,周哲海. 声学技术. 2018(04)
[3]超声全聚焦法成像检测缺陷表征[J]. 李衍. 无损探伤. 2018(03)
[4]缺陷散射对相控阵超声全聚焦成像的影响研究[J]. 周进节,郑阳,张宗健,谭继东. 仪器仪表学报. 2017(02)
[5]基于超声相控线阵的缺陷全聚焦三维成像[J]. 张昊,陈世利,贾乐成. 电子测量与仪器学报. 2016(07)
[6]加载速率对汽轮机转子钢低周疲劳损伤的影响[J]. 何建军,陈荐,孙清民,邱玮,周鹏展. 中国电机工程学报. 2011(02)
[7]五万千瓦汽机转子的安全性分析[J]. 王枨. 电力修造技术. 1980(01)
硕士论文
[1]CRH动车轮对超声相控阵全矩阵成像技术研究[D]. 彭华.西南交通大学 2014
[2]汽轮机转子寿命预测及评估的研究[D]. 王传佩.武汉理工大学 2014
本文编号：3582887
【文章来源】：振动.测试与诊断. 2020,40(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１全矩阵数据采集Ｆｉｇ．１Ｆｕｌｌｍａｔｒｉｘｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
Ｆｉｇ．１Ｆｕｌｌｍａｔｒｉｘｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ表１全矩阵数据集Ｔａｂ．１Ｆｕｌｌｍａｔｒｉｘｄａｔａ发射接收１２…Ｎ１Ｅｘ１，ｘ１ｔ（）Ｅｘ１，ｘ２ｔ（）…Ｅｘ１，ｘＮｔ（）２Ｅｘ２，ｘ１ｔ（）Ｅｘ２，ｘ２ｔ（）…Ｅｘ２，ｘＮｔ（）????ＮＥｘＮ，ｘ１ｔ（）ＥｘＮ，ｘ２ｔ（）…ＥｘＮ，ｘＮｔ（）１．２全聚焦成像技术全聚焦成像技术的原理如图２所示，超声换能器利用耦合剂与试块接触，试块表面中心位置为原点Ｏ，横坐标ｘ为试块表面长度，纵坐标ｚ为试块高度［１５－１６］。因此，在试块的ｘＯｚ平面上，检测区域被划分成一定分辨率的像素点，这些像素点即为声束聚焦点。以Ｐ（ｘｐ，ｚｐ）为例，该点的超声回波幅值Ｆｐ是所有阵元所收集的全矩阵数据Ｅｘｉ，ｘｊｔ（）在Ｐ（ｘｐ，ｚｐ）点的叠加，即Ｆｐ＝∑Ｎｉ＝１∑Ｎｊ＝１Ｅｘｉ，ｘｊｔｐ（）（１）其中：Ｅｘｉ，ｘｊｔｐ（）为ｉ阵元发射、ｊ阵元接收的超声回波叠加到Ｐ（ｘｐ，ｚｐ）位置的幅值；ｔｐ为声波从阵元ｉ发射经过聚焦点Ｐ（ｘｐ，ｚｐ）到达阵元ｊ所需的时间。ｔｐ＝ｘ（ｐ－ｘｉ）２＋ｚ２槡ｐ＋ｘ（ｐ－ｘｊ）２＋ｚ２槡ｐＶ（２）其中：ｘｉ，ｘｊ分别为发射阵元和接收阵元的横坐标；Ｖ为超声波在试
人工缺陷，长度均为２０ｍｍ，深度分别为０．２，０．５，１和２ｍｍ，裂纹角度为与水平面的夹角按照３０°，４５°和６０°设计。根据现场条件及超声检测方法的要求，将反Ｔ型叶根槽试件外表面的上平面（Ａ）、侧面上部（Ｂ）及侧面下部（Ｃ）安装测量探头进行检测。２．２检测设备全聚焦相控阵超声检测现场如图４所示，检测设备为ＰＨＳＣＡＮ型相控阵检测仪，其主要参数有：接收／发射晶片数为３２～６４；超声范围为９９００μｓ；声速范围为６３５～１５２４０ｍ／ｓ；聚焦法则数为１０２４；增益范围为０～８０ｄＢ；带宽为０．５～１５ＭＨｚ。全聚焦探头采用ＢＦＢ５２３（探头标称７．５Ｓ１６－０．５×１０）和ＢＦＢ５３１（探头标称１０Ｓ１６－０．５×１０）。与之对应的常规超声检测设备为ＨＳ６１０ｅ，其主要参数有：工作频率为０．５～１５ＭＨｚ；声速范围为１００～２００００ｍ／ｓ；动态范围≥３２ｄＢ；分辨力＞４０ｄＢ；超声波探头为５Ｐ５×５Ｋ１，５Ｐ５×５Ｋ０．８。图４全聚焦相控阵超声检测设备Ｆｉｇ．４ＴｅｓｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆＴＦＰＡＵ２．３检测参数常规超声在上平面、侧面上部及侧面下部的探头如表２所示，以不同深度?１×６通孔调整满屏的８０％，再增益１０ｄＢ为检测基准灵敏度。检测时，常规超声探头放置在检测位置，在有限空间内略作前后移动进行扫查。裂纹识别方法为寻找缺陷回波。全聚焦相控阵超声在上平面和侧面下部的探头均为横波探头ＢＦＢ５２３，在侧面上部位置用的探头
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽轮机转子T型叶根-轮槽系统力学分析[J]. 王鹏,蔡晖,王志强,贾若飞. 热力发电. 2019(02)
[2]超声相控阵全聚焦无损检测技术概述[J]. 章东,桂杰,周哲海. 声学技术. 2018(04)
[3]超声全聚焦法成像检测缺陷表征[J]. 李衍. 无损探伤. 2018(03)
[4]缺陷散射对相控阵超声全聚焦成像的影响研究[J]. 周进节,郑阳,张宗健,谭继东. 仪器仪表学报. 2017(02)
[5]基于超声相控线阵的缺陷全聚焦三维成像[J]. 张昊,陈世利,贾乐成. 电子测量与仪器学报. 2016(07)
[6]加载速率对汽轮机转子钢低周疲劳损伤的影响[J]. 何建军,陈荐,孙清民,邱玮,周鹏展. 中国电机工程学报. 2011(02)
[7]五万千瓦汽机转子的安全性分析[J]. 王枨. 电力修造技术. 1980(01)
硕士论文
[1]CRH动车轮对超声相控阵全矩阵成像技术研究[D]. 彭华.西南交通大学 2014
[2]汽轮机转子寿命预测及评估的研究[D]. 王传佩.武汉理工大学 2014
本文编号：3582887
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