磁粉探傷在汽輪機葉片質量檢測中的應用

張成俠

摘 要：我們知道汽輪機動葉片形狀復雜，動葉片在精加工后的表面如果存在表面裂紋、折疊、夾雜、縮孔等缺陷將對汽輪機運行帶來嚴重的影響。所以需要對汽輪機葉片的工作狀況進行剖析，給出了葉片質量的熒光磁粉探傷檢驗措施，并且對一些偽磁痕現象進行查找并且消除，為汽輪機葉片的質量檢查提供借鑒。

關鍵詞：汽輪機葉片;磁粉探傷;偽磁痕消除;質量檢測

中圖分類號：TK263.3? ? ? 文獻標志碼：A

1 蒸汽輪機葉片的功用

1.1 汽輪機葉片的工作原理

汽輪機葉片是汽輪機的關鍵零件，也是汽輪機當中最為重要的零件之一。蒸汽氣流通過汽輪機當中的葉片將自身的動能轉換成為汽輪機轉子的動能，并通過發電機組將動能轉換為電能。汽輪機葉片主要分為動葉片和靜葉片兩大類型。它在工作過程中需要承受高溫高壓、巨大的離心力、蒸汽推動力、腐蝕、振動等破壞性條件。其空氣動力學性能、表面粗糙度、安裝精度等因素都會影響汽輪機的工作效率;而它自身的力學特點、材料、自身缺陷等都會直接影響機組的安全可靠性。

1.2 汽輪機葉片的主要缺陷及影響

如果在進行精密加工以后汽輪機動葉片的表面存在裂紋、夾雜、縮孔等缺陷將對汽輪機運行帶來嚴重的影響。汽輪機的動葉片所處的工作條件是極其惡劣的：第一級動葉片的工作環境溫度最高，接近于進口蒸汽溫度。由于蒸汽的能量逐漸轉換成為葉片的勢能，氣體溫度隨著葉片級數慢慢降低，直到末級葉片;另外，葉片在含有大量水蒸氣的空氣當中運動，初級葉片由于處在過熱蒸汽中，這時空氣中的氧氣會對葉片造成高溫氧化腐蝕，使葉片的疲勞強度降低。末級葉片所處工作環境屬于濕蒸汽區域，當中的可溶性鹽垢在水中會產生電化學腐蝕。另外，在汽輪機工作的末級區域當中由于自然冷卻的影響，水蒸氣已經有很多進行冷凝而產生了大量水滴。這些水滴會造成區域當中的氣體密度偏大，在推動葉片轉動過程中會對葉片產生較大的沖擊力。

由于以上原因，如果葉片有很小的質量問題，會在實際運行當中將這個缺陷逐漸放大，會造成葉片的失效斷裂。葉片斷裂后的碎片在擴散過程中也會有很大可能對其余沒有問題的葉片造成損傷，而這種損傷也會在以上過程中放大，這會讓整個工作機組不斷地出現類似的問題，造成巨大的經濟損失，影響生產效率。

2 磁粉探傷在葉片質量檢測當中的應用

2.1 磁粉探傷原理及其特點

磁粉探傷是通過磁粉在缺陷附近漏磁場中的堆積以檢測鐵磁性材料表面或近表面處缺陷的一種無損檢測方法。在檢測時需要首先磁化待檢測的磁性材料，磁化之后的材料缺陷附近出現漏磁現象，然后吸附磁粉，出現明顯特征，然后就可以顯示被檢測物品的缺陷。這種操作簡便結果顯示直觀的檢測方法成為人們檢測的首選。除此之外還有一種漏磁探傷，它主要是通過感應來反映出檢測缺陷的方法，不需要使用磁粉顯示。這種檢測方法干凈衛生，不會產生其他類型的污染，但是顯示不夠直觀。

磁粉探傷的優點：可發現裂紋、折疊、疏松等缺陷，具有很高的靈敏度，能夠檢測象發紋這樣的細小缺陷。合理地選用不同的磁化方法，基本上可以檢測出任何形狀和大小的零件。相對于其他表面探傷方法，其成本低、速度快，能直觀地顯示出不連續的形狀、位置和尺寸，可以根據這些判斷出缺陷的類型。磁粉檢測的精度和靈敏度非常高，接近于0.1 μm。綜合使用多種磁化方法，磁粉檢測能檢測出工件各個方向的缺陷。

磁粉探傷的缺點：磁粉檢測只能應用在磁性材料的表面或近表面的缺陷檢測;除了能夠顯示出長度和缺陷形狀之外，并不能夠檢測出缺陷的深度;磁粉探傷之后工件內部會有剩磁現象。對于某些工件剩磁現象會對其正常使用有影響，這時就需要退磁和清洗。磁粉檢測不能用于導磁性差（如奧氏體鋼）的材料，也不能檢測比較深的缺陷。檢測材料需要表面光滑，否則需要打磨后才能進行。

2.2 磁粉探傷檢測葉片表面質量的方法

2.2.1 干濕法檢測

濕法檢測是指磁粉懸浮在水、油或其他液體介質中使用的方法。進行檢測時采用軟管澆淋或浸漬法施加于葉片，將磁懸液比較均勻地涂在葉片需要檢測的位置，通過懸濁液的流動和漏磁場對磁粉的吸引，然后就可以通過磁粉的堆積情況顯示出缺陷。在制作磁粉懸濁液時需要將磁粉做成很小的顆粒，所以說這種檢測方法的靈敏度更高，能夠檢測出零件表面更加微小的缺陷。

干法也叫作干粉法，它是將磁粉混在其他粉末中進行檢測的方法。由于特殊的場地要求，需要使用特制的干磁粉進行檢測，并除去過量的磁粉，輕輕地震動試件，將磁粉均勻地分布在檢測物表面，葉片上的缺陷處就會顯示出磁痕。

2.2.2 連續法和剩磁法

連續法也叫作現磁法，是指通過外加的磁場使工件產生磁化，然后將探傷用的磁粉均勻地分布在工件上進行探傷。完畢后可以繼續施加磁場或者是將磁場進行中斷，然后查找工件缺陷。剩磁法需要將零部件進行磁化，之后利用工件上剩余的磁力進行磁粉檢測，等顯示出具體形狀后再進行觀察。

2.2.3 使用周向磁化法和縱向磁化法檢測葉片缺陷

周向磁化檢測是指磁化產生的磁力線方向與磁化電流方向垂直，并垂直于工件縱向分布，磁場方向符合右手定則。這種磁化可以檢測出與葉片軸線基本平行的縱向存在的缺陷。

縱向磁化檢測是指葉片當中產生的感應磁場方向與工件軸線平行的磁化方法。該磁化法主要檢測工件表面或近表面的橫向缺陷。為了得到充分的磁化，試件應放在螺線圈內的適當位置上，螺線圈的尺寸應足以容納試件，因此葉片的檢測不適宜采用這種方法。

3 消除磁粉探傷當中的偽磁痕現象

由于汽輪機的動葉片的工作環境十分惡劣，工作過程中會受到很大的沖擊力的作用，而其外形的復雜性也會增加制作難度。在制作葉片過程中，對材料的熱處理工序一定要嚴格要求，避免由于某些小的因素而導致表面缺陷檢測過程中檢測不合格，由此來判斷葉片汽輪機運行帶來嚴重的影響，當中也會直接導致生產的不順利。

3.1 偽磁痕現場產生的原因分析

有些葉片在磁粉檢測當中雖然出現了磁粉堆積現象，但是在進行進一步的細致檢測時并不存在裂紋等缺陷的，這就是我們檢查當中所出現的偽磁痕現象。偽磁痕現象的出現會大大影響工作效率，產生很多重復性的勞動，一時疏忽就會由于葉片檢測上的不合格而報廢。這直接造成了原材料的浪費、工期的浪費等。因此在葉片檢測過程當中消除偽磁痕現象就會顯得尤為重要。

由于動葉片在加工過程當中受到加工應力的影響，金屬會產生加工硬化和應力集中效應，附近的晶粒或部分晶體的正常晶格被擠亂或破碎，這會使這一部分的磁導率變低，因此會出現漏磁而產生磁粉堆積的磁痕現象。另外，由于不同的金相組織其磁導率是不一樣的，當葉片當中有多處不同的金相組織交叉時，組織分界部位會在磁粉檢測過程中產生磁痕，這種磁痕并不是因為葉片質量不合格造成的，對葉片質量也沒有大的影響。

3.2 消除偽磁痕現象的方法

在進行檢測的過程中檢測人員可以對葉片磁粉探傷出現的一些偽磁痕現象進行正確的判斷，避免造成重復性的工作，造成時間上的浪費。針對以上提出的偽磁痕現象的出現原因，在葉片制作過程當中需要針對性地制定相關工藝措施，以便消除這種不良影響。對于葉片不同類型的偽磁痕現象，革新制造工藝，增加必要的應力消除工藝步驟，增加熱處理工序來改變金相組織，消除偽磁痕。

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