磁粉探伤在汽轮机叶片质量检测中的应用

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　　摘 要：我们知道汽轮机动叶片形状复杂，动叶片在精加工后的表面如果存在表面裂纹、折叠、夹杂、缩孔等缺陷将对汽轮机运行带来严重的影响。所以需要对汽轮机叶片的工作状况进行剖析，给出了叶片质量的荧光磁粉探伤检验措施，并且对一些伪磁痕现象进行查找并且消除，为汽轮机叶片的质量检查提供借鉴。
　　关键词：汽轮机叶片;磁粉探伤;伪磁痕消除;质量检测
　　中图分类号：TK263.3      文献标志码：A
　　1 蒸汽轮机叶片的功用
　　1.1 汽轮机叶片的工作原理
　　汽轮机叶片是汽轮机的关键零件，也是汽轮机当中最为重要的零件之一。蒸汽气流通过汽轮机当中的叶片将自身的动能转换成为汽轮机转子的动能，并通过发电机组将动能转换为电能。汽轮机叶片主要分为动叶片和静叶片两大类型。它在工作过程中需要承受高温高压、巨大的离心力、蒸汽推动力、腐蚀、振动等破坏性条件。其空气动力学性能、表面粗糙度、安装精度等因素都会影响汽轮机的工作效率;而它自身的力学特点、材料、自身缺陷等都会直接影响机组的安全可靠性。
　　1.2 汽轮机叶片的主要缺陷及影响
　　如果在进行精密加工以后汽轮机动叶片的表面存在裂纹、夹杂、缩孔等缺陷将对汽轮机运行带来严重的影响。汽轮机的动叶片所处的工作条件是极其恶劣的：第一级动叶片的工作环境温度最高，接近于进口蒸汽温度。由于蒸汽的能量逐渐转换成为叶片的勢能，气体温度随着叶片级数慢慢降低，直到末级叶片;另外，叶片在含有大量水蒸气的空气当中运动，初级叶片由于处在过热蒸汽中，这时空气中的氧气会对叶片造成高温氧化腐蚀，使叶片的疲劳强度降低。末级叶片所处工作环境属于湿蒸汽区域，当中的可溶性盐垢在水中会产生电化学腐蚀。另外，在汽轮机工作的末级区域当中由于自然冷却的影响，水蒸气已经有很多进行冷凝而产生了大量水滴。这些水滴会造成区域当中的气体密度偏大，在推动叶片转动过程中会对叶片产生较大的冲击力。
　　由于以上原因，如果叶片有很小的质量问题，会在实际运行当中将这个缺陷逐渐放大，会造成叶片的失效断裂。叶片断裂后的碎片在扩散过程中也会有很大可能对其余没有问题的叶片造成损伤，而这种损伤也会在以上过程中放大，这会让整个工作机组不断地出现类似的问题，造成巨大的经济损失，影响生产效率。
　　2 磁粉探伤在叶片质量检测当中的应用
　　2.1 磁粉探伤原理及其特点
　　磁粉探伤是通过磁粉在缺陷附近漏磁场中的堆积以检测铁磁性材料表面或近表面处缺陷的一种无损检测方法。在检测时需要首先磁化待检测的磁性材料，磁化之后的材料缺陷附近出现漏磁现象，然后吸附磁粉，出现明显特征，然后就可以显示被检测物品的缺陷。这种操作简便结果显示直观的检测方法成为人们检测的首选。除此之外还有一种漏磁探伤，它主要是通过感应来反映出检测缺陷的方法，不需要使用磁粉显示。这种检测方法干净卫生，不会产生其他类型的污染，但是显示不够直观。
　　磁粉探伤的优点：可发现裂纹、折叠、疏松等缺陷，具有很高的灵敏度，能够检测象发纹这样的细小缺陷。合理地选用不同的磁化方法，基本上可以检测出任何形状和大小的零件。相对于其他表面探伤方法，其成本低、速度快，能直观地显示出不连续的形状、位置和尺寸，可以根据这些判断出缺陷的类型。磁粉检测的精度和灵敏度非常高，接近于0.1 μm。综合使用多种磁化方法，磁粉检测能检测出工件各个方向的缺陷。
　　磁粉探伤的缺点：磁粉检测只能应用在磁性材料的表面或近表面的缺陷检测;除了能够显示出长度和缺陷形状之外，并不能够检测出缺陷的深度;磁粉探伤之后工件内部会有剩磁现象。对于某些工件剩磁现象会对其正常使用有影响，这时就需要退磁和清洗。磁粉检测不能用于导磁性差（如奥氏体钢）的材料，也不能检测比较深的缺陷。检测材料需要表面光滑，否则需要打磨后才能进行。
　　2.2 磁粉探伤检测叶片表面质量的方法
　　2.2.1 干湿法检测
　　湿法检测是指磁粉悬浮在水、油或其他液体介质中使用的方法。进行检测时采用软管浇淋或浸渍法施加于叶片，将磁悬液比较均匀地涂在叶片需要检测的位置，通过悬浊液的流动和漏磁场对磁粉的吸引，然后就可以通过磁粉的堆积情况显示出缺陷。在制作磁粉悬浊液时需要将磁粉做成很小的颗粒，所以说这种检测方法的灵敏度更高，能够检测出零件表面更加微小的缺陷。
　　干法也叫作干粉法，它是将磁粉混在其他粉末中进行检测的方法。由于特殊的场地要求，需要使用特制的干磁粉进行检测，并除去过量的磁粉，轻轻地震动试件，将磁粉均匀地分布在检测物表面，叶片上的缺陷处就会显示出磁痕。
　　2.2.2 连续法和剩磁法
　　连续法也叫作现磁法，是指通过外加的磁场使工件产生磁化，然后将探伤用的磁粉均匀地分布在工件上进行探伤。完毕后可以继续施加磁场或者是将磁场进行中断，然后查找工件缺陷。剩磁法需要将零部件进行磁化，之后利用工件上剩余的磁力进行磁粉检测，等显示出具体形状后再进行观察。
　　2.2.3 使用周向磁化法和纵向磁化法检测叶片缺陷
　　周向磁化检测是指磁化产生的磁力线方向与磁化电流方向垂直，并垂直于工件纵向分布，磁场方向符合右手定则。这种磁化可以检测出与叶片轴线基本平行的纵向存在的缺陷。
　　纵向磁化检测是指叶片当中产生的感应磁场方向与工件轴线平行的磁化方法。该磁化法主要检测工件表面或近表面的横向缺陷。为了得到充分的磁化，试件应放在螺线圈内的适当位置上，螺线圈的尺寸应足以容纳试件，因此叶片的检测不适宜采用这种方法。
　　3 消除磁粉探伤当中的伪磁痕现象
　　由于汽轮机的动叶片的工作环境十分恶劣，工作过程中会受到很大的冲击力的作用，而其外形的复杂性也会增加制作难度。在制作叶片过程中，对材料的热处理工序一定要严格要求，避免由于某些小的因素而导致表面缺陷检测过程中检测不合格，由此来判断叶片汽轮机运行带来严重的影响，当中也会直接导致生产的不顺利。
　　3.1 伪磁痕现场产生的原因分析
　　有些叶片在磁粉检测当中虽然出现了磁粉堆积现象，但是在进行进一步的细致检测时并不存在裂纹等缺陷的，这就是我们检查当中所出现的伪磁痕现象。伪磁痕现象的出现会大大影响工作效率，产生很多重复性的劳动，一时疏忽就会由于叶片检测上的不合格而报废。这直接造成了原材料的浪费、工期的浪费等。因此在叶片检测过程当中消除伪磁痕现象就会显得尤为重要。
　　由于动叶片在加工过程当中受到加工应力的影响，金属会产生加工硬化和应力集中效应，附近的晶粒或部分晶体的正常晶格被挤乱或破碎，这会使这一部分的磁导率变低，因此会出现漏磁而产生磁粉堆积的磁痕现象。另外，由于不同的金相组织其磁导率是不一样的，当叶片当中有多处不同的金相组织交叉时，组织分界部位会在磁粉检测过程中产生磁痕，这种磁痕并不是因为叶片质量不合格造成的，对叶片质量也没有大的影响。
　　3.2 消除伪磁痕现象的方法
　　在进行检测的过程中检测人员可以对叶片磁粉探伤出现的一些伪磁痕现象进行正确的判断，避免造成重复性的工作，造成时间上的浪费。针对以上提出的伪磁痕现象的出现原因，在叶片制作过程当中需要针对性地制定相关工艺措施，以便消除这种不良影响。对于叶片不同类型的伪磁痕现象，革新制造工艺，增加必要的应力消除工艺步骤，增加热处理工序来改变金相组织，消除伪磁痕。
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