燃气轮机叶片变异和缺陷的无损检测方法

    1　引言

    对于整个动力装置而言,气轮机叶片的使用寿命是非常重要的。由于热应力、腐蚀、氧化、侵蚀等因素的影响,在高温下运作的零部件的使用寿命尤为重要。在使用中,由于叶片工作环境中的许多不可预见的变化,叶片的寿命会突然变化。另外,生产或修理中的偏差会损蚀材质,同时缩短零部件的寿命。

    着色探伤法是最常用的检测气轮机叶片和轮叶的无损检测方法,通常建议使用荧光着色渗透剂进行检查。叶片在使用一段时间后,表面常会被腐蚀。在这种情况下,不推荐用荧光着色渗透剂,而使用普通着色渗透剂。 着色渗透探伤的缺点是它只适合于检查表面开口裂纹,而不能检测出近表面的缺陷。用着色渗透法发现了裂纹之后,因不能估计出裂纹的深度,为此需要采用其它的检测方法。

    有许多方法可用于探测涂层的裂纹、老化、剥蚀,以及测量涂层的厚度。热测法可用来测量壁厚和探测象剥离这样的近表面的变异以及探测冷却通道的缺陷等。

    人们已注意到,对于涂有MCrAlY涂层的零部件,其基体金属以及涂层的导磁率在零部件使用期限内会不断变化。对于MCrAlY涂层,Cr含量和/或β相位的减少会改变磁性,使其变得具有更强的铁磁性。即使这种效应并不大,但在某些情况下仍能被探测到。Czech等人用线圈和永磁铁测量出了导磁率,因此便可估测出涂层的使用寿命。使用ENEL开发的涡流法亦能达到这个目的。ENEL开发的这种方法也能用于确定MCrAlY的涂层厚度。

    2　涡流技术

    涡流技术用于探测裂纹及测定裂纹的大小。最好使用与实际工件相同材料制成的校准块进行校准。这意味着成本增高,但是却肯定能够获得更可靠的检测结果。Ludwig等人声称,采用涡流技术能分辨开口裂纹和细密裂纹。然而,对于等晶裂纹,显然用这种方法估测裂纹大小会更困难。估测有裂纹叶片的使用寿命是个难题。

    如果导磁率没有大的变化,用涡流技术能轻易地测量涂层厚度。另外,叶片的几何形状会使测量复杂化。第一级叶片的材料为X45,涂层是非导电的陶瓷材料。在这种情况下,用普通的涡流技术能轻易地完成测量工作。

    经常要求进行的是测量导电性良好的金属涂层,如MCrAlY涂层。要非常谨慎地选好厚度测量校准点,这是因为由于叶片基材的位置不同,所观测到的基材会有很大差异。这当然会对测量有影响。用ENEL开发的检测法进行厚度测量时是不需要校准块的。

    在材料的使用期限内,其特性发生很大变化。在这种情况下,导磁率产生的强烈影响也就不易校正。在IN738叶片的涂层受损的情况下,受损区域发生类似铁素体钢的信号,而同时在未受损区域所测出的信号却类似不锈钢的信号(AISI 316)。叶片表层材料特性的变化会使裂纹检查和涂层厚度测量变得更困难。