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钎焊叶轮的无损检测

倪海毅/西安陕鼓动力股份有限公司    

摘要:对可用于钎焊叶轮钎缝质量的无损检测方法进行了分析,提出了适宜的检测方法,并对实际检测过程中遇到难以进行 C 扫描成像的特殊形状的钎焊叶轮提出了可行的解决方案。

关键词:钎焊叶轮;钎缝无损检测

中图分类号: TH131.2 文献标识码: B

Nondestructive Testing for Brazed Impeller

Abstract: The nondestructive testing methods for seam quality of brazed impeller are analyzed and some appropriate detection methods are pointed out. Then a feasible plan for brazed impeller with special form that made it difficult to image with C- scanning is put forward.

Keywords: brazed impeller; nondestructive testing for brazing seam

0 引言

  真实气体高压离心压缩机属压缩机领域中的高端产品,其中闭式高压离心窄流道叶轮的制造技术更是该领域内的关键制造技术。目前国际上对于这类叶轮比较先进的制造技术主要是采用钎焊方法,但是钎焊后如何检测,钎缝内在质量如何判定,这对于其使用是否安全可靠是一个非常重要的课题。

1 钎焊叶轮的无损检测方法分析

  钎焊叶轮结构(见图 1 )是在叶轮轮盖(或盘)与叶片之间通过填充钎料进行真空钎焊后形成的一种钎缝连接,在外观上没有明显的焊缝形状,通常情况下肉眼不易观察。检测钎焊缝的内在质量有以下几种方法。

1.1 磁粉检测

  磁粉检测是对铁磁性材料表面和近表面线状冶金质量缺陷进行检测的一种方法,工程上主要用于对零部件表面线状冶金缺陷的检测。对于钎焊叶轮来讲,如果填充钎料与叶轮母体导磁性能差异较大,就会在钎缝附近产生磁粉堆积,从而出现非相关显示,况且它仅是对于焊缝表面和近表面的质量检测,而对于钎缝内部钎透状况不能进行检测。所以不适合对钎焊叶轮钎缝的质量检测。

1.2 渗透检测

  渗透检测是对材料表面开口性缺陷进行检测的一种方法,工程上主要用于对零部件表面的开口性缺陷检测。基于其应用特点,对于钎焊叶轮来讲,渗透检测也只能检测钎缝外周开口性缺陷,但不能对钎缝内部渗透状况进行检测,因此它可以用来对钎焊叶轮超转后钎缝是否开裂进行确认,而不能完全担当对钎缝的质量检测。

1.3 射线检测

  射线检测是对材料内部缺陷进行检测的一种方法,工程上主要用在对使用要求较高的重要零部件的内部质量缺陷进行检测。在实际检测时,一般可以检测到点状、线状和面状等质量缺陷。但对于钎焊叶轮来讲,叶轮流道很窄且钎缝内部的不连续性缺陷一般为间隙很小的面状缺陷,由于受到射线照射方向和底片布片的限制,这种间隙很小的面状缺陷很难发现。因此射线检测也不适合对钎焊叶轮钎缝的内在质量检测。

1.4 超声波扫描检测 [1]

  超声波扫描检测一般分为 A 扫描、 B 扫描和 C 扫描 3 种检测。现以图 2 为例简要说明(图 2a 为板材中的分层示例)。

  A 扫描检测是沿传播方向的一维超声信号,见图 2b ,如果声程上有一个不连续性,超声波显示会出现相对于材料前表面和背表面反射的信号,声程时间表示不连续性存在的深度,不连续性的大小根据反射信号的幅值确定。 B 扫描检测提供了一幅与声传播方向平行平面的不连续性图像,见图 2c ,其中 X 轴表示沿扫描轨迹位置, Y 轴表示声程时间值, B 扫描检测常用于医疗诊断。 C 扫描检测则提供了一幅不连续性位置和大小的平面图像见图 2d 。其投影平面与声传播方向垂直。

  因此,不难看出 C 扫描检测方法比较适合对钎焊叶轮钎缝的内在质量检测。

2 钎焊叶轮的 C 扫描检测应用

  在实际检测过程中,对于图 1 结构的钎焊叶轮在实际进行 C 扫描检测时基本上不存在问题,一般比较容易实现,可以直接进行 C 扫描检测。

  但是对于钎缝为坐标曲面的钎焊叶轮结构(见图 3 ),其叶轮轮盖与叶片之间的连接钎缝为坐标曲面时,在进行 C 扫描检测过程中,因为难以成像而导致检测失败。

  经过分析后认为,这类情况主要是由于叶轮在钎焊后进行 C 扫描检测时都留有加工余量,实际生产中为了方便生产,一般对叶轮轮盖(见图 4 )的外表面进行简化加工(如按折线 A 加工),在进行 C 扫描检测时,打到钎缝表面的超声波反射后发生散射,不能通过叶轮轮盖外表面聚焦成像所致。因此,实践中对图 3 结构的某钎焊叶轮通过采取改变其叶轮轮盖外表面形状,使其与形成钎缝侧的坐标曲面等距δ后的方法(确保外表面 C1 与钎缝侧表面 C 各自坐标曲面的法线重合),从而解决了这类产品不能 C 扫描的问题。

  图 5 为改变轮盖外表面形状后得到的钎缝为坐标曲面的某钎焊叶轮 C 扫描检测结果图,使用设备 USPC2100 ,探头 17-0512RG 。

  在完成 C 扫描后,就可以根据钎缝的钎着率情况判定钎缝内部是否钎焊牢固。

3  结论

  采用 C 扫描方法检测钎焊叶轮钎缝质量是方便可行的,根据钎缝的钎着率就可以判定钎缝内部是否钎焊牢固。

  对于特殊形状难以进行 C 扫描成像的钎焊叶轮可以通过改变叶轮轮盖(或盘)的外表面形状实现对钎缝的 C 扫描检测。

  采用渗透方法可以检测确认钎焊叶轮超转后钎缝是否开裂。

  经过多年的实际产品运行验证,对钎焊叶轮焊接后进行 C 扫描检测,加上叶轮超转后采用渗透检测的组合方法是安全可靠的。

参 考 文 献

[ 1 ] 美国无损检测学会 . 《美国无损检测手册》 [M]. 世界图书出版公司, 1996.