支柱绝缘子及瓷套超声波探伤工艺方法研究

　　1　支柱绝缘子及瓷套裂纹检测现状

　　在役支柱绝缘子及瓷套易在法兰处折断,原因在于支柱绝缘子是高温烧结成的瓷件,如果在制作过程中配方不当,原料混合不均,易形成瓷件内部缺陷,由于没有固有的形变能且韧性极低,长期承受运行中的机械负荷和风雨等,从而使末裙与法兰交界处附加应力增大,若瓷体存在微小缺陷,可能造成破坏。根据国家电网公司生技[2005]174号《72.5 kV及以上电压等级支柱绝缘子技术监督规定》的要求,进行调查得出断裂部位95%以上是在法兰口内3 mm到与瓷体相交附近的区域内(图1)。

　　2　超声检测方法准备

　　2.1　并联式爬波探头

　　爬波是折射角为90°的压缩纵波,对表面的粗糙度不敏感,将爬波探头的入射角α固定在第一临界角,根据探测距离选择适当的晶片面积,组成并联式结构,由于爬波仅仅对距表面深度8 mm内缺陷有效,因此应调整晶片与探测面间的夹角θ尽可能增加检测距离。由于爬波声速很大,因此回波距离始脉冲较近,而同时出现的横波声速仅为爬波的一半,由横波产生的信号在时基线上位置明显滞后,不会干扰检测。

　　2.2　纵波斜探头

　　爬波检验范围虽然有限,但对工程量大的普查无疑是一种快速简便的检验方法。由于爬波仅对支柱绝缘子及瓷套的表面下8 mm内的裂纹有效,对支柱绝缘子的内部以及瓷套的内壁缺陷无法检测,因此必须找到既有横波扫查功能又要保证在狭窄区域能有效扫查到内部及对称面微裂纹等缺陷的探头,同时还要考虑不同直径、不同配方及窑次烧结的不同晶粒度等因素对探伤灵敏度的影响,因此需要找出适应上述条件的最佳频率及合适的探头折射角范围。研制得出的纵波入射角分别为5°~8°。

　　2.3　专用钢质系列标准试块

　　检验必须依据标准声速试块测定专用探头的入射点和折射角,调整扫描速度,确定探伤灵敏度和支柱绝缘子及瓷套的声速转换,比较缺陷的当量。超声波探伤试块的合理与否,直接关系到测试结果的准确性。陶瓷在原料配方、烧接工艺方面存在差异,常规测定普通瓷的声速为5 700~6 100 m/s,高强瓷则>6 200 m/s,声速的变化说明支柱绝缘子及瓷套具有不同的晶粒度,而晶粒度的变化将导致底波的位移,由于每个支柱绝缘子及瓷套的声速均不同,当利用瓷柱刻人工槽作为试块势必造成因每个瓷柱声速不同而无参考价值,且瓷柱试块无法做到和支柱绝缘子及瓷套不断变化的外径相吻合,导致声耦合不良而失去比较意义。这里采用了材料为20号优质钢作为试块,经锻打正火处理晶粒度为8级(此时的声速为5 910±50 m/s的标准声速)。试块的形状与规格见图2。其中的L,T,r,R和1 mm横通孔深度可按实测工件的直径和厚度确定。