[发明专利]转子盘焊缝检测方法及布置

说明书

技术领域

本公开涉及焊缝检测方法及适当的布置。

发明背景

通常通过将多个盘焊接在一起来形成转子，特别是较大型的涡轮 机中的转子。因为在这些机器的运行期间所经受的轴向温度梯度，因 此盘在沿着转子轴线的不同位置处由不同的材料制成。例如，在其中 需要高的抗蠕变强度的转子的最高温区段中，可以使用具有面心 (face-centred)立方原子结构和高比例的铬的镍合金。可使用诸如钼、 钨和钒的其它合金元素来额外地提高抗蠕变强度。因此在这个区域中 的转子可以包括由镍合金制成的焊缝焊接在一起的多个镍合金盘。

在其中可使用具有高屈服强度和刚度的较低成本的材料的低温 度区段中，转子可由具有体心(body-centred)立方原子结构的铁素体- 马氏体钢制成。因此在这个区域中的转子可以包括由钢制成的焊缝焊 接在一起的多个钢盘。

在高温和较低温区域之间的界面势垒处，可使用镍合金的焊缝来 将镍合金盘和钢盘焊接在一起。

特别是在大型蒸汽轮机或燃气轮机的转子的情况下，单个转子盘 之间的焊缝的质量对于确保转子的机械完整性而言是至关重要的。因 此，非常需要的是使用诸如超声波或同位素检测的非破坏性检测方 法，尽可能精确地且分辨度尽可能高地对焊缝进行缺陷检测。这可能 涉及使检测信号传播通过朝连接焊缝成角度或通过连接焊缝的转子 的外表面。

与同位素方法相比，超声波检测方法具有显著的优点。但是，超 声波检测信号的衰减可能会降低检测方法的分辨度，特别是在远离检 测信号源的焊缝的检测点处，从而使检测方法失效。有许多导致衰减 的原因。其中一个原因是一些材料(例如镍合金)中的高衰减。反射和 折射是另一个原因，而且当超声波传播通过具有不同的原子结构的两 种材料时最为明显，例如从具有低衰减特性的钢进入镍合金制成的焊 缝中时。虽然与穿过原子结构边界的程度不同，但是另外的衰减也可 能会发生在整个微结构界面上，例如在镍合金盘和镍焊缝之间。

在盘的制造期间，为了确保最优的机械特性，盘会经历大量热处 理和准备步骤。相反，虽然焊缝可能具有与盘相同的材料成分，但是 焊缝不会经历相同的热处理步骤。因此，在盘和焊缝之间会产生伪锻 铸边界和因此产生的微结构差异，其中焊缝金属显示出“铸造”特性， 而盘则显示出“锻造”特性。由于超声波检测信号从镍合金盘传播通 过镍焊缝，所以在盘/焊缝微结构界面处发生衰减。

虽然使用同位素放射的检测方法不会经受与使用超声波的检测 方法相同的衰减和反射/折射问题，但已知的是同位素放射的角度从正 被检测的焊缝的径向中心线仅偏离几度。因此，同位素检测方法在确 定任何缺陷的尺寸和深度的能力方面受到限制。由于修复缺陷焊缝的 正常过程是仅将有缺陷的焊缝部分移除，缺陷的不精确的定位使得必 将移除比必需的量更多的焊缝。

发明内容

本公开提供了用于检测连接转子盘的焊缝中的缺陷的改进的检 测方法。

通过独立权利要求的主题来解决此问题。从属权利要求中给出了 有利的实施例。

本公开是基于这样的总体构思的，即：最大程度地减小检测信号 必须传播的距离，以便通过在转子盘中设置槽来检测焊缝的全部长 度，可在槽中容纳检测信号源。

本公开的一个方面提供用于检测使第一转子盘连接到第二转子 盘上的焊缝的方法，第一转子盘由镍合金制成，并且具有与转子的纵 向轴线同心的内表面和外表面，第二转子盘包括与转子的纵向轴线同 心的内表面和外表面。由镍合金制成的焊缝填充转子盘之间的径向间 隙，且具有与转子盘中的任何一个转子盘不同的微结构。该方法包括 以下步骤：

a)在所述第一转子盘中形成至少一个槽，该至少一个槽从所述第 一转子盘的所述内表面或所述外表面部分地通过所述第一转子盘；以 及

b)将检测信号从所述第一槽传播到焊缝，以便检测焊缝的缺陷。

与其中检测信号源自转子的外表面的方法相比，槽允许减小检测 信号流路径长度。当检测信号为超声波检测装置时，由盘的镍合金所 造成的检测信号衰减效应以及在焊缝-盘边界处的微结构界面的反射/ 折射得到减轻。