通過對國外風(fēng)電企業(yè)對球墨鑄鐵超聲波探頭的介紹，希望對國內(nèi)的風(fēng)電企業(yè)有借鑒和學(xué)習(xí)的意義。隨著風(fēng)電行業(yè)球墨鑄鐵檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，必將對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵的質(zhì)量控制將有重大意義，有利于整個產(chǎn)業(yè)與接軌。
我國從2005年開始大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電，風(fēng)電設(shè)備自主化程度也越來越高。鑄件在風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛，風(fēng)電機(jī)組用鑄件主要有輪轂、底座（機(jī)艙座）、軸、 軸承座、齒輪箱箱體等。風(fēng)電鑄件材料主要采用球墨鑄鐵，球墨鑄鐵由于碳以球狀存在于鑄鐵基體中，改善了對基體的割裂作用，使得其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑 性、沖擊韌性大大提高，并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)
[1]。對于風(fēng)電機(jī)組球墨鑄件的
無損檢測手段主要有超聲波檢測 和磁粉檢測，其中超聲波檢測主要檢測鑄件內(nèi)部缺陷應(yīng)用較為廣泛。國外的風(fēng)電制造企業(yè)例如Gamesa等在無損檢測企業(yè)規(guī)范中對于球墨鑄鐵的檢測都有嚴(yán)格的 規(guī)定，國內(nèi)的風(fēng)電企業(yè)很多參照EN12680歐洲標(biāo)準(zhǔn)檢測球墨鑄鐵。隨著風(fēng)電行業(yè)對質(zhì)量重視程度的提高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵的國家標(biāo)準(zhǔn)也于2009年頒 布實(shí)施。
本文先介紹球墨鑄鐵超聲波檢測的特點(diǎn)、然后介紹國外風(fēng)電企業(yè)球墨鑄鐵超聲波檢測的要求關(guān)鍵要點(diǎn)，zui后介紹風(fēng)電機(jī)組中典型球墨鑄鐵結(jié)構(gòu)的超聲波檢測。
一 球墨鑄鐵超聲波檢測的特點(diǎn)
球墨鑄鐵中的缺陷主要有疏松、縮松、縮孔、夾渣及夾雜物、裂紋、砂眼、氣孔。
球墨鑄鐵探傷的主要特點(diǎn)有三點(diǎn):
1.透聲性差
球墨鑄鐵的主要特點(diǎn)是組織不致密，不均勻和晶粒粗大，使超聲波散射衰減和吸收衰減明顯增加，透聲性差。
2.聲耦合差
球墨鑄鐵表面粗糙，聲耦合差，探傷靈敏度低，且探頭磨損嚴(yán)重。
3.干擾雜波多
球墨鑄鐵探傷干擾雜波多，一是由于粗晶和組織不均勻性收起的散亂反射，形成草狀回波，使信噪比下降，特別是頻率較高時尤為嚴(yán)重，二是球墨鑄鐵形狀復(fù)雜，一些輪廓回波和遲到變形波引起的非缺陷信號多，此外鑄件表面粗糙表面也會產(chǎn)生一些反射回波，干擾對缺陷波的正確判定。
球墨鑄鐵超聲波檢測一般采用縱波脈沖反射法，由于球墨鑄鐵的超聲衰減較大宜采用穿透能力較強(qiáng)的設(shè)備，例如設(shè)備的激發(fā)電壓較高、同時支持方波激勵；檢測頻率不宜過高，一般為2MHz~2.25MHz。
球墨鑄鐵超聲波檢測時要注意因鑄件結(jié)構(gòu)形狀影響底波的現(xiàn)象；要注意因檢測面為曲面而需要的增益補(bǔ)償；對于位于鑄件表面以下3~4mm之內(nèi)的表層缺 陷，即使采用表面檢測手段例如磁粉或渦流檢測也能以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的單晶直探頭也可能位于其盲區(qū)之內(nèi)，故宜采用單晶探頭斜射檢測或者采用雙晶直探頭或者斜探頭 檢測解決該問題。
二 國外風(fēng)力發(fā)電企業(yè)對球墨鑄鐵檢測要求
國外風(fēng)電企業(yè)關(guān)于球墨鑄鐵的檢測一般采用EN12680-3，3級合格，但有很多公司認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)較松，所以各企業(yè)根據(jù)EN標(biāo)準(zhǔn)編寫了適合本公司的更 為嚴(yán)格的檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn).如的風(fēng)電生產(chǎn)制造商Vestas，Gamesa等企業(yè)，他們都分別有自己的無損檢測規(guī)范，其中對探頭和儀器及檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)都 有明確的規(guī)定。
1、超聲波探傷儀
現(xiàn)在風(fēng)電企業(yè)普遍采用美國GE公司的USM35X-S A型顯示脈沖數(shù)字式超聲波探傷儀。
2、超聲波探頭
鑄件探傷一般以縱波直探頭和縱波雙晶探頭，由于鑄件晶粒比較粗大，衰減嚴(yán)重，宜選用較低的頻率，一般為0.5″2.5 MHz，探頭直徑一般為10mm~30m。
在風(fēng)電企業(yè)一般采用GE公司生產(chǎn)的B1S和B2S帶軟保護(hù)膜的單晶縱波直探頭和SEB2，SEB2-0，MSEB2和MSEB4。
3、耦合劑
鑄件探傷時，常用粘度較大的耦合劑，一般采用化學(xué)漿糊，甘油等。
4、檢測靈敏度調(diào)整
靈敏度調(diào)整有計(jì)算法以及DGS圖法。
計(jì)算法
在鑄件上厚度zui厚的地方找一位置，檢測表面與底面平行，調(diào)整底波，使波高達(dá)到熒屏滿刻度的50%或80%，依檢驗(yàn)者的習(xí)慣，再調(diào)節(jié)增益，增加下面公式計(jì)算出來的數(shù):
△dB=20log（2λx/ πDf2）
式中: x—工件橫截面厚度，mm
λ—波長，mm
Df—平底孔直徑，mm
通過查探頭DGS圖法
GE公司的探頭，每一個探頭在出廠前都由廠商技術(shù)人員進(jìn)行測試，制作出每一個探頭的DGS曲線，例如雙晶直探頭MSEB2（E），探頭編號為:57461，其測試圖如圖1所示。實(shí)際檢測時，根據(jù)每個探頭的DGS曲線，查找需要增加的dB 數(shù)。
如果檢測鑄件的厚度是100mm，在鑄件表面調(diào)節(jié)底波，使波高達(dá)到50%， 要求工件中缺陷當(dāng)量大小不超過φ3，通過查DGS曲線，可知△dB為27dB。
利用儀器制作DGS曲線
GE公司生產(chǎn)USM35 非常*，可以根據(jù)不同的工件制作不同的DGS曲線，可以更貼近工件的狀態(tài)，檢驗(yàn)靈敏度更高。
這種方法非常*和方便，檢測者只要在工件上做好DGS曲線，只要發(fā)現(xiàn)了缺陷，就可以很直觀地知道缺陷的當(dāng)量尺寸大小。
5、檢測缺陷的記錄及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
依照圖2所示對需超聲波檢查的組件進(jìn)行區(qū)域劃分。標(biāo)準(zhǔn)對區(qū)域1和區(qū)域2的驗(yàn)收等級是不同的。
圖2區(qū)域類型及分類
A.根據(jù)表1記錄缺陷。該記錄的缺陷為：
l 反射波高度超過表1記錄標(biāo)準(zhǔn)的缺陷。
l 超過表1中底面回波高度降低量標(biāo)準(zhǔn)的底面回波降低的缺陷，注意這種底面回波降低不能是由幾何形狀或耦合引起的。
B.缺陷的大小由下述方法決定：
n dB中紀(jì)錄標(biāo)準(zhǔn)之上的zui大回波高度或底面回波zui大降低值都應(yīng)該被測量和記錄。
n 在相關(guān)的記錄標(biāo)準(zhǔn)下，缺陷的范圍應(yīng)該用6dB法來決定。
C.缺陷大小修正：
假如缺陷的大小比聲束的直徑小應(yīng)該被降低，允許降低值已經(jīng)在表2中給出。
D.缺陷評估，表1中有三種缺陷類型：
類型一，非測量性延伸缺陷
非測量性延伸缺陷的反射波實(shí)際的超聲波波程長度比超聲波束的直徑?。ㄒ妶D3）。這類缺陷的大小不用報告，依照表1的參考標(biāo)準(zhǔn)（以平底孔為參考）和深度延伸進(jìn)行評估。
類型二，測量性延伸缺陷：
測量性延伸缺陷的反射波實(shí)際聲波波程長度比聲波束的直徑大。次類缺陷的大小應(yīng)該報告，并且應(yīng)該通過探測兩側(cè)表面超出了實(shí)際區(qū)域和壁厚規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)（以平底孔為參考）的點(diǎn)來決定這些缺陷的深度延伸。缺陷應(yīng)依照表1中的參考標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域及深度延伸。
類型三，底面回波降低
超過的區(qū)域和壁厚規(guī)定的記錄水平的底面回波降低。此類缺陷根據(jù)表1進(jìn)行評估，評估是在缺陷的范圍在表面上的投影被確定后進(jìn)行，投影的邊界點(diǎn)是底面回 波相對于記錄標(biāo)準(zhǔn)降低了6dB的點(diǎn)。在測試區(qū)域的底面回波降低應(yīng)該不需要深度延伸的確定就可以驗(yàn)收通過，在測試區(qū)域降低應(yīng)該小于記錄水平+6dB。當(dāng)?shù)酌?回波降低量大于記錄標(biāo)準(zhǔn)6dB時定義為底面回波全部消失。
表1: 球墨鑄鐵的UT記錄和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
| 實(shí)際截面壁厚 | （mm） | <20 | <30 | <50 | <80 | <130 | ≧130 |
| 記錄標(biāo)準(zhǔn) 所有超出記錄標(biāo)準(zhǔn)的缺陷都應(yīng)被記錄 |
| 底面回波降低 | （dB） | 12 | 12 | 12 | 14 | 16 | 18 |
| 反射體區(qū)域1 | （平底孔） | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 3 | 3 | 3 |
| 反射體區(qū)域2 | （平底孔） | 3 | 3 | 4 | 5 | 8 | 8 |
| 非測量性延伸的缺陷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（區(qū)域）： |
| 等價反射體（1）的zui大直徑 區(qū)域1 | （平底孔/Æmm） | 3 | 3 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 等價反射體（1）的zui大直徑 區(qū)域2 | （平底孔/Æmm） | 3 | 3 | 3 | 8 | 10 | 10 |
| 測量性延伸的缺陷的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（區(qū)域）： |
| 表面與缺陷的zui小距離 | 區(qū)域1 區(qū)域2 | （mm） | ≥6 | ≥7 | ≥8 | ≥10 | ≥12 | ≥16 |
| （mm） | ≥6 | ≥7 | ≥8 | ≥10 | ≥12 | ≥16 |
| 缺陷的zui大面積+底面回 區(qū)域1 波的全部損失（2）（3） | （mm2） | （3） | 600 | 600 | 1000 | 1000 | 1000 |
| 缺陷的zui大深度延伸， 區(qū)域1 在斷面的％內(nèi)測量 區(qū)域2 | （%） | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| （%） | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
（1） 如果缺陷有深度延伸，那么必須按照區(qū)域的深度延伸規(guī)則進(jìn)行評估。
（2） 底面回波的全部損失=記錄標(biāo)準(zhǔn)＋6dB。
（3） 缺陷的掃描表面上的zui大允許長度等于實(shí)際斷面T。如果兩個相鄰缺陷之間的距離小于它們兩者之中zui大的一個尺寸，那么它們可以認(rèn)為是一個缺陷。
（4） 通過區(qū)域2中的底面回波的全部損失得到的深度延伸應(yīng)該利用對兩側(cè)表面上點(diǎn)的探測來確定，在這些表面上，就區(qū)域1內(nèi)反射器而言，能夠發(fā)現(xiàn)一個超過記錄標(biāo)準(zhǔn)的 直接反射波。接著應(yīng)該依據(jù)就缺陷的深度延伸而言的規(guī)則，對缺陷進(jìn)行評估。覆蓋區(qū)域1和區(qū)域2的缺陷應(yīng)該具有一個實(shí)際斷面T的zui大的總深度延伸，并且區(qū)域1 的深度延伸應(yīng)至多為實(shí)際斷面T 的10%。對于在區(qū)域1內(nèi)缺陷的zui大區(qū)域來說的規(guī)則應(yīng)該被考慮。
如果一個缺陷的zui大長度小于實(shí)際斷面T，那么區(qū)域2 的zui大深度延伸可以被增加到30%。
（5） 在區(qū)域2 內(nèi)，記錄標(biāo)準(zhǔn)和記錄標(biāo)準(zhǔn)+6dB之間的底面回波降低可以驗(yàn)收通過而不必測量。
表2. 聲波束直徑的補(bǔ)償
| 超聲波路徑（mm）（1） | 超聲波波束直徑 SEB2（mm） | 超聲波波束直徑MSEB2（mm） | 超聲波波束直徑 B2S（mm） |
| <20 | 15 | 5 | - |
| 20-60 | 15 | 15 | - |
| 60-120 | 20 | 20 | 12 |
（1） 超聲波路徑被定為從掃描表面到缺陷之間距離的兩倍
非測量性延伸缺陷 測量性延伸缺陷
三 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵典型結(jié)構(gòu)超聲波檢測
輪轂檢測。輪轂屬于大型球形殼體類鑄件，壁厚一般為60mm~150mm范圍內(nèi)，不允許存在超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的縮孔、縮松、氣孔、夾渣以及表面裂紋等鑄 造缺陷。輪轂鑄造成型后需要進(jìn)行精加工及組裝，如果在精加工前或者在組裝過程中發(fā)現(xiàn)缺陷那么將無法返修，所以需要在精加工前對輪轂進(jìn)行超聲波檢測。
軸承座檢測。軸承座承受較高的載荷，對質(zhì)量要求較高，需要進(jìn)行檢測。
軸套檢測。國內(nèi)風(fēng)電企業(yè)出現(xiàn)過軸套斷裂的事故，所以部分風(fēng)電企業(yè)在安裝前對其進(jìn)行檢測。軸套檢測一般從軸的兩端以及軸的圓周進(jìn)行檢測。
四 結(jié)束語
通過對國外風(fēng)電企業(yè)對球墨鑄鐵超聲波探頭的介紹，希望對國內(nèi)的風(fēng)電企業(yè)有借鑒和學(xué)習(xí)的意義。隨著風(fēng)電行業(yè)球墨鑄鐵檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，必將對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵的質(zhì)量控制將有重大意義，有利于整個產(chǎn)業(yè)與接軌。
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