机械工业部重型矿山(shān)机械工业局企业标准
JB/ZQ6104--84
汽轮机和发電(diàn)机转子锻件超声波方法
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本标准叙述了用(yòng)超声波检查汽轮机和发電(diàn)机转子锻件的基本方法。但如果有(yǒu)适当的文(wén)件要求使用(yòng)其他(tā)超声波探伤方法(如用(yòng)对比试块校正灵敏度)，本标准不加限制。本标准也不限制使用(yòng)经过改进的新(xīn)型超声波探伤仪和新(xīn)的超声波探伤方法。可(kě)记录缺陷的频率的和振幅，不应必然地解释為(wèi)被检锻件的质量有(yǒu)所变化。
按本标准附录A中推导出的放大系数调节仪器灵敏度时，可(kě)使锻件心部或内孔表面处的探伤灵敏度保持恒定，而与锻件外径或内孔直径无关。
大量验证数据表明：用(yòng)当量平底孔径来估计自然缺陷大小(xiǎo)，即使在受控制的条件下，也会产生很(hěn)大的误差,估算出的自然缺陷的当量面积与其实际面积之差可(kě)能(néng)达20分(fēn)贝。这个差值虽不适用(yòng)于所有(yǒu)的检测结果，但应承认其存在的可(kě)能(néng)，所以应严格控制实际使用(yòng)的频率和線(xiàn)圈频带宽度，并使用(yòng)经校准的设备。
本标准等效采用(yòng)ASTM A418--77《汽轮机和发電(diàn)机转子锻件超声波探伤方法》。
1应用(yòng)条件
1.1凡定货合同可(kě)检验规范要求进行超声波探伤时，应采用(yòng)本标准，按缺陷波振幅、缺陷数量和位置或三者的组合来判断锻件能(néng)否验收。
1.2验收标准应在订货合同中写明。
2一般要求
2.1整个锻件应尽可(kě)能(néng)全部接受超声波探伤，但因阶梯部位的圆角或局部區(qū)域形状复杂，锻件的某些部位有(yǒu)可(kě)能(néng)无法进行探伤。
2.2锻件应在*终热处理(lǐ)后进行超声波探伤，如果锻件需要在热处理(lǐ)前加工出凸缘、沟槽等，则应在进行这种加工前作超声波检查，并在*终热处理(lǐ)后按实际可(kě)能(néng)予以复探。
2.3锻件应先加工成阶梯状圆柱體(tǐ)，以保证探伤时超声波束与锻件的纵轴垂直。这些阶梯状加工图形应标注在锻件加工图纸上。
2.4锻件可(kě)以在转动状态探伤，也可(kě)以在静止状态探伤，如果用(yòng)户无特殊规定，制造厂可(kě)任选一种方法。探伤时，扫查速度不得超过150mm/s。
2.5為(wèi)防止漏检，探头每次移动间距应约為(wèi)换能(néng)器宽度或直径的75%。用(yòng)机械方法控制探头来检查转动中的锻件，是满足这种要求的一种辅助手段。
2.6可(kě)选用(yòng)1--5MHz频率的探头来**测定缺陷的位置、方向并仔细检查在进行3.5条所述**扫查时所发现的特殊缺陷。
2.7作為(wèi)径向探伤的一种补充，必要时可(kě)进行轴向探伤。这时所用(yòng)的频率和换能(néng)器直径，应使因锻件几何形状引起的干扰反射达到*小(xiǎo)，并得到*佳分(fēn)辨力。
3仪器和附件
3.1探伤仪：要用(yòng)具有(yǒu)1--5MHz探测频率的脉冲反射式超声波探伤仪。按本标准进行超声波探伤，缺陷波振幅的测量精度与整个探测系统的实际工作频率有(yǒu)关，获得理(lǐ)想探测精度的*好办法，是采用(yòng)调谐脉冲发生器和已知频率特性的窄频放大器，并配上宽频带换能(néng)器或已知频率匹配的窄频调谐换能(néng)器。
3.2放大器：放大器和示波管所提供的垂直性范围（误差在±5%以内）应达到40mm（约1.6英寸）。垂直線(xiàn)性校正方法由供需双方商(shāng)定。
3.3衰减器：探伤仪应有(yǒu)经过校正的增益控制器或信号衰减器（精度均在±5%以内），以便测量超出仪器垂直線(xiàn)性范围的指示信号。
3.4探头：径向探伤时，应采用(yòng)换能(néng)器直径20--28mm、频率2--2.5MHz的纵波探头，或尺寸為(wèi)6mm×25mm(约1/4英寸×1英寸)的2×2.5MHz换能(néng)器。这时尺寸為(wèi)25mm的一侧应与锻件轴線(xiàn)方向一致，以便得到满意的分(fēn)辨力和波束宽度。沿周向确定缺陷方位时,如果所用(yòng)换能(néng)器直径大于6mm(约1/4英寸)，建议增加低频探测，以提供宽波束来检查偏离工件中心轴的缺陷。
3.5耦合剂：采用(yòng)机油或其他(tā)声阻抗合适的物(wù)质。
4锻件表面要求
4.1锻件应加工成圆柱形，以供径向探伤。
4.2锻件轴伸端端面和轴身端面应与锻件轴線(xiàn)垂直，以供轴向探伤。
4.3锻件探伤面光洁度应达Ñ5以上(粗糙度不大于6.35μm)。
4.4锻件表面不得有(yǒu)刀(dāo)具划沟，松散的氧化皮、加工或磨削残留的微粒、油漆或其他(tā)影响探测结果的外来物(wù)。
5探伤程序
5.1径向探伤
5.1.1灵敏度调整：用(yòng)增益控制器把锻件无缺陷部位底面反射波或中心孔反射波调到40mm(约1.6英寸)高，然后按附录A中图A1(用(yòng)于实心锻件)和图A2(用(yòng)于空心锻件)所给的放大系数提高探测灵敏度，以保证发现锻件中心部位或中心孔附近直径2mm或3mm的反射體(tǐ)。如果外径尺寸变化超过50mm(约2英寸)，则应重新(xīn)调节探测灵敏度。图A3所给系数可(kě)将上述灵敏度水平转换到所需灵敏度水平，以便能(néng)探测其他(tā)当量孔径的反射體(tǐ)。附录A概述了推导灵敏度放大系数的方法。
5.1.2调节扫描旋钮使底面反射波的前沿约位于示波屏满刻度的3/4处。
5.1.3扫查锻件的整个外圆并记录振幅大于或等于示波管垂直線(xiàn)性范围(即40mm)的10%的各种指示信号。但当实心锻件直径大于或等于760mm(约30英寸)或空心锻件壁厚大于或等于380mm(约15英寸)时，在距探测面150mm(约6英寸)范围内，仅记录振幅大于40%垂直線(xiàn)性范围的指示信号。发现应记录信号时，标出探头在锻件表面的位置，以便按5.1.5和5.2.2条的规定仔细检查这些部位。
5.1.4当检查转动状态下的锻件时，锻件的转速应接近下表数值：
锻件直径 mm(英寸) | 转速 min--1 |
1500--1780 (约61--70) 1300--1520 (约51--50) 1040--1270 (约41--50) 790--1020 (约31--40) 660--760 (约20--30) 530--630 (约21--25) 410--510 (约16--20) 280--380 (约11--15) ≤250 (约≤10) | 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 9.0 |
5.1.5在锻件静止时，测量全部指示信号的振幅和范围，并对特殊指示信号进行仔细检查。
5.1.6用(yòng)半波高度法沿轴向和周向测定游动信号和平面缺陷信号的范围。
5.2补充检查
5.2.1特殊径向探伤：為(wèi)**测定每一可(kě)记录缺陷的位置和方位，以及估算每个大信号的当量尺寸，可(kě)用(yòng)各种频率的探头来进行扫查。
5.2.2轴向探伤：需要时，可(kě)扫查与锻件轴線(xiàn)相垂直的端面。轴向探伤的探测灵敏度和记录标准，由供需双方协商(shāng)确定。
6探伤报告
6.1制造厂的探伤报告应包括下列内容，并应提交给需方：
6.1.1当整个锻件都经过检查时，探伤报告应附有(yǒu)一张完整的、标有(yǒu)各部位直径和试验结果的锻件草(cǎo)图。如果只检查了转子的一部分(fēn)，则应提供这一部分(fēn)的草(cǎo)图。如果未发现可(kě)记录信号，则不必提供草(cǎo)图。
6.1.2各可(kě)记录信号的座标，应按下述方式标注在草(cǎo)图上：
a. 径向座标以锻件探伤面為(wèi)基准。
b. 轴向座标以锻件打印端的各端面為(wèi)基准。
c. 按12点钟方位标注周向顺序数值的中点。
信号定位的精度应保证能(néng)使这些信号重新(xīn)定位和复现。
6.1.3除非另有(yǒu)规定，制造厂应将各可(kě)记录信号记入探伤报告。在报告中，各可(kě)记录信号的大小(xiǎo)，应如5.1.3条所述以规定灵敏度下仪器垂直線(xiàn)性范围(即40mm,约1.6英寸)的百分(fēn)数表示。缺陷信号应按正常信号、游动信号、连续信号显示電(diàn)平或上述信号的组合进行分(fēn)类。如果需要估算缺陷尺寸，应按6.1.4条计算，并受附录A3条的制约。
6.1.3.1 正常信号：探头从*大振幅位置向任一方向移动时，信号振幅按常规下降，而且不出现6.1.3.2--6.1.3.4条所述的特征，这样的单个信号就是正常信号。正常信号应在探伤报告中逐一列举。
6.1.3.2 游动信号：探头在锻件表面移动时，信号前沿移动的距离大于或等于25mm(约1英寸)金属厚度，这样的信号就是游动信号。这种缺陷的深度和面积应予以测定并列入报告中。
6.1.3.3 平面缺陷信号：当探头移动距离大于25mm(约1英寸)时缺陷信号连续出现，这样的信号就是平面缺陷信号。缺陷的短轴尺寸，如果按5.1.6条所述方法可(kě)以测出，则应在报告中写出。测量时，应按缺陷深度和工件半径进行修正。
6.1.3.4 显示電(diàn)平：指的是一群振幅大于或等于示波管線(xiàn)性高度(即40mm)的10%的信号,在规定灵敏度下，探头在探测區(qū)移动时，这种信号将在荧光屏上连续出现。
6.1.4需要时，可(kě)按上式把可(kě)记录信号换算成当量反射面积Ar或当量直径dr：
Ar=AR×(a/L)2×P/10
dr=dR×(a/l)×√P/10
式中： Ar ----缺陷当量反射面积;
dr----缺陷当量直径;
AR ----所选参考反射體(tǐ)的面积，mm2(平方英寸);
dR ----所选参考反射體(tǐ)的直径，mm(英寸);
a-----缺陷深度，mm(英寸);
L-----锻件壁厚或半径，mm(英寸);
P-----缺陷波振幅(以示波管線(xiàn)性范围百分(fēn)数值表示)。
6.1.5在扫查灵敏度下可(kě)观察到的试面反射波的降低。
6.1.6仪器型号、扫查方式(手动或自动)、探测频率、探头型号和耦合剂。
6.1.7探伤人员的姓名或代号和探测日期。
附 录 A
灵敏度放大系数的推导
(参考件)
A1与缺陷距离、面积、回波振幅有(yǒu)关的理(lǐ)论公式，可(kě)按各种复杂程度进行推导。这类分(fēn)析方法的详细论述，可(kě)参考有(yǒu)关声學(xué)和超声學(xué)书刊，这里不再叙述。在推导图A1--3的曲線(xiàn)时，使用(yòng)球面波近似法来描述声场特性，采用(yòng)了类似几何光學(xué)的分(fēn)析技巧，得到了下列公式：
来自小(xiǎo)圆片反射體(tǐ)的回波 2dA
-------------------------------= -------
来自大平面或实心圆柱體(tǐ)的回波 a2λ
--
来自小(xiǎo)圆片反射體(tǐ)的回波 (d-b)A /d
---------------------------= -------- √--
来自圆柱形内孔的回波 a2λ b
式中： a----至圆片状反射體(tǐ)(平底孔)的距离;
b----内孔直径;
d----锻件直径;
A----圆片状反射體(tǐ)面积;
λ---用(yòng)于探伤的声波波長(cháng)。
将底面反射波调到40mm（约1.6英寸）后，按图A1查出的放大系数（dB数）提高仪器灵敏度，可(kě)使锻件心部的10%（即4mm高）缺陷信号相当于3mm（约1/8英寸）,或2mm（约5/64英寸）直径的平底孔的信号。计算时，钢中声速取5.85×105cm/s（2.30×105英寸/s），探测频率為(wèi)2MHz、2.25MHz、2.5MHz.
图A1 探测实心锻件时灵敏度放大系数
A2用(yòng)本标准正文(wén)所述的方法，把锻件底部或内孔反射波调到示波管垂直線(xiàn)性范围的100%（即40mm），然后用(yòng)放大系数M来调节探测灵敏度，使锻件心部或内孔表面处面积為(wèi)A的圆片反射體(tǐ)的理(lǐ)论回波达示波管垂直線(xiàn)性范围的10%（即4mm），即放大系数M应為(wèi)：
10 a2b dλ
M=（-----）（-------）＝ ------(适用(yòng)于实心圆柱體(tǐ))
100 2dA 80A
图A2 探测空心锻件时的灵敏度放大系数 图A3 改变参考孔直径时与图A1和
图A2同时使用(yòng)的转换系数
----
(d－b)λ / b
M＝------- √ ---- (适用(yòng)于空心圆柱體(tǐ))
40A d
图A1和图A2中给出的曲線(xiàn)，就是由上述公式计算出来的。如果参考體(tǐ)的直径改变了，可(kě)用(yòng)图A3的辅助放大系数来进一步调节探测灵敏度。
A3因為(wèi)推导时采用(yòng)了近似法，对于3倍近场區(qū)的反射體(tǐ)，不可(kě)使用(yòng)上述公式。此外，上述公式还受下列各项的制约：
a. 参考孔的直径应遠(yuǎn)小(xiǎo)于超声波波束的横截面;
b. 参考孔直径和缺陷当量直径都不得小(xiǎo)于λ/2;
c. 中心孔直径应遠(yuǎn)大于波長(cháng);
d. 被检件的衰减应小(xiǎo)至可(kě)忽略不计。
A4按本标准调整灵敏度时，可(kě)用(yòng)参考孔的面积AR和以荧光屏線(xiàn)性范围百分(fēn)数表示的信号振幅P来计算缺陷当量反射面积AF的理(lǐ)论*小(xiǎo)值：
AF＝2a2ARP/5d2 (适用(yòng)于实心锻件)
AF＝2a2ARP/5(d-b)2 (适用(yòng)于空心锻件)
这样，在中心線(xiàn)(a=1/2d)上或中心孔表面[a=1/2(d-b)]处的10%指示信号，就具有(yǒu)与参考孔面积相等的反射面积。令L=d/2或L=1/2(d-b)，则上述两式可(kě)转换成6.1.4条所述的公式。
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附加说明:
本标准由德阳大型铸锻件研究所提出并归口。
本标准由太原重型机器厂负责起草(cǎo)。
本标准主要起草(cǎo)人阎更生
机械工业部重型矿山(shān)机械工业局1984-05-16发布 1984-10-01实施