谷昊
【摘 要】文章介绍了核电厂汽轮机转子焊接接头自动检测系统的研发背景，扫查方案的选择，检测系统构成及技术说明，在现场检测中的应用等。文章体现了该系统设计的独创性，系统设计及检测手段的先进性等，展现了该系统广阔的应用前景以及在保证核电汽轮机安全稳定运行，保证核安全方面的重要作用。
【关键词】汽轮机转子焊缝;检测系统;核电机组
中图分类号： TG441.7文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）01-0035-002
汽轮机是整个核电站常规岛的核心组成部分，作为汽轮机中的高速运转部件，汽轮机转子的安全性与可靠性至关重要。焊接转子具有结构紧凑、强度高、加工方便、材料利用合理和转子刚性好等诸多优点;但在优点突出的背后也存在不足，例如对材料的焊接性能要求高、对焊接工艺及检验检测技术要求高、存在焊接接头性能薄弱区等。由于薄弱区的存在，为保证转子的安全运行，定期检查焊接接头质量和性能无疑是非常重要的。
为保证汽轮机的正常运行，引入了汽轮机焊接转子自动化检测系统，在机组大修停机期间对转子焊缝进行在役检测，检测方法包括目视、相控阵超声及阵列涡流的自动化检测。实现了转子焊缝全范围的高精度检测覆盖，进一步保障了核电的运行安全。
1 转子结构及检测系统
本次实施检测的是高中压转子，共包含3条焊缝，如图1所示：
其中黑色线条代表三条对接焊缝，分别位于转子两侧及正中，由于叶片及轮盘间距较小，手动检测难度很大。
整套系统由检测机器人、清洁机器人、各类检测仪器以及辅助装置构成。检测机器人吸附于转子表面，定位探头并执行检测工作，其中耦合装置用于超声检测耦合剂的施加，机器人两侧配备相应传感器，保证探头定位准确。该设备可以根据检测需求安装多种探头，如：常规超声、常规涡流、超声相控阵、TOFD、阵列涡流、视频检测及测量探头等。
传统的检测方案使用机械臂模式，只能携带功能单一的常规超声或相控阵探头，且不具备焊接接头表面的清理功能。焊接接头表面清洁度直接关系到检测方法可否可行或检测信号的有效性。故检测中我们先使用清洁机器人对焊缝的表面状况进行清理，使其满足检测需求。其小巧便携，可以在检测机器人进行焊接接头检测时，在其他焊接接头区域进行清洁工作，互不影响
清洁机器人用于焊缝及热影响区表面的清理工作，其结构示意见图2，车体下方永磁体保证机器人工作时可吸附在转子表面，同时使用清洁滚刷对表面进行清理，满足检测需要。
检测机器人的结构示意图如图3，通过磁轮吸附于转子的表面，并携带探头进行检测，通过传感器保证其轨迹不会偏移。检测机器人内置的耦合装置使得耦合剂的施加简单高效，检测速度可以根据需要进行调节，在不同检测阶段安装相应探头。与扫查臂相比，使用检测机器人方案转子现场发生窜动风险相对较小，实施检测的同时保證现场安全稳定。并且探头安装后，在三个维度上均可以自由移动，灵活控制检测探头位置，并保证结果可靠。
该设计方案具有结构小巧、检测高效、适合执行多种方法检测工作等特点。
2 现场检测工作实施过程
现场检测工作在某核电厂机组大修期间实施，实施检测前先使用清洁机器人对焊缝及热影响区进行初步清理，清理完成后可进行表面目视宏观检查，并对疑似问题使用测量镜头确认尺寸深度;视频检测探头和阵列涡流探头可同时安装于检测机器人探头夹具处，在对表面及近表面缺陷进行检测时，可以相互验证，提高效率。
如图4所示，由于焊接转子焊缝厚度较大，相控阵探头并无法一次覆盖焊缝及热影响区，需叠加多次检测结果，故相控阵检测将分区进行。
3 检测结果的分析及评判
由于采用自动检测手段，故检测方法选用了阵列涡流及相控阵超声，相比传统检测方法效率、灵敏度均有提高。
阵列涡流技术将多个涡流检测线圈进行特殊设计封装（如图5），并借助计算机对激励次序快速控制和处理，从而实现对材料和零件快速、有效地检测。
阵列涡流探头能够实现导电材料的大面积高速扫描。不同走向的裂纹对线圈问互感的影响是不同的，因此，在标定试板上加工了不同方向的人工缺陷，可以看到图6中不同类型方向的缺陷均可灵敏检出。
相控阵超声探头是由许多独立的晶片构成的，每个晶片都能被单独激发。这些探头由特殊的装置驱动，能够在每个通道独立的、同步的发射和接收信号。超声相控阵的一个重要特性就是可以通过软件来改变超声波束的特性。根据系统软件设置，每个晶片都能通过不同的时间延时来激活，并发射和接收超声信号。图7为相控阵超声在检测试块上的信号图。
4 结论
整套汽轮机转子焊缝检测系统在进行了几次改进升级之后，现有系统与初版相比，系统更加小巧轻便，检测效率更高，现场实施更加可靠安全，在大修中进行了完整检测，从项目开工到主要工作结束，整套系统运行情况良好，检测工作按时按量完成，取得了圆满的成功。
【参考文献】
[1]李本祥.在役压力容器无损检测机器人控制系统研究[D].中国石油大学，2011.
[2]何永勃，邵雨果.基于阵列涡流技术的裂纹特征量研究[J].传感器与微系统，2010，29（2）：80-82.
[3]赵磊.阵列涡流无损检测技术的研究及进展[J].无损探伤，2009，33（2）：19-22.
[4]李衍.相控阵超声检测国际动态[J].无损探伤，2008，32（6）：56-60.
[5]胡凤菊，孔辉，韩双凤，等.基于永磁吸附的爬壁机器人本体设计与研究[J].制造业自动化，2015（20）：150-152.
[6]孙晓晴，王渝.便携式无损检测机器人的运动控制研究[C].制造业自动化与网络化制造学术交流会论文集.2004.
