螺栓缺陷的无损检测确定及成因分析

骆国防，陆克昀

（国网上海市电力公司电力科学研究院，上海200437）

摘 要：发电机转子磁轭叠片拉紧螺杆主要是对发电机转子铁芯起拉紧、固定作用，一旦断裂，会造成磁轭松动，严重影响机组稳定、安全运行。本文在利用超声波对其检测过程中发现其存在严重裂纹后，对其进行解剖，从而对裂纹形成原因进行深度分析。

0 引言

某厂4号机组发电机转子由主轴、轮幅、磁轭、磁极等组成。发电机转子的磁极为凸极式，是产生磁场的主要部件，磁极铁芯由1.5 mm厚的钢片冲叠成，而发电机转子磁轭叠片拉紧螺杆就主要是对转子铁芯起拉紧、固定作用。

在查阅了4号机组的历次检修记录后，发现最近一次大修时间为2004年9月份，并且为增容进行了改造性大修，当时很多重要设备比如发电机磁轭叠片拉紧螺杆、顶盖紧固螺栓等都没有进行过系统、全面的无损检测。国家电力监管委员会发出的安全生产2010.2号文件，其中第七条明文规定：“(七)加强设备技术监督。结合设备消缺和检修对易产生疲劳损伤的重要设备部件(如水轮机顶盖紧固螺栓等)进行无损探伤。对已存在损伤的设备部件要加强技术监督，对已老化不能满足安全生产要求的设备部件要及时进行更换”。根据这一文件精神，结合该厂一些关键设备的实际运行情况，对其4号机组的一些重要设备和部件进行了金属监督测试。在整个检验检测过程中，对发电机转子320只磁轭叠片拉紧螺杆超声波检测中发现，在#17磁极上靠近#16磁极侧的这1根拉紧螺杆内部存在严重裂纹。详见以下检测数据和裂纹形成原因分析。

1 试验参数及边界条件

本次检测所依据的技术标准为DL/T 694－1999《高温紧固螺栓超声波检验技术导则》。检测所使用的主要仪器设备为EPOCH4型超声波探伤仪。检测参数及边界条件如表1。

2 现场超声波检测结果判断及相关图片

经超声波检测，发现发电机转子磁轭叠片拉紧螺栓检测范围内，在#17磁极上靠近#16磁极侧的这1根拉紧螺杆内部存在严重裂纹，具体检测和分析确定此缺陷为裂纹的过程如下。

其中，图1为在4号机组发电机转子磁轭叠片拉紧螺杆现场超声波检测中，发现在#17磁极上靠近#16磁极侧的这1根拉紧螺杆在1 432.4 mm处存在超标缺陷时的视频截图。为了对此缺陷进行准确定性和定量，从螺栓的两端面分别进行检测，发现该缺陷的位置、波形、当量大小等基本上相同，根据多年的现场经验和缺陷的超声波波形分析，判断此缺陷为裂纹。拆下螺栓后，再根据超声波探头移动的位置，还可判断出该螺杆内的裂纹发展已经基本上贯穿了整个螺杆圆周面，最多不会超过3 mm就会裂穿或断裂。

图2为现场判废后的发电机转子磁轭叠片拉紧螺杆被运回试验室解剖前所拍照片。

图3为判废后的拉紧螺杆在其存在超标缺陷范围内所截取的试样。

图4、图5为试样解剖后的裂纹形状、位置、大小、宽度等。

图6为图5裂纹解剖后的端面图。

根据图4、图5及图6等最后解剖结果来看，基本验证了现场超声波检测结果的判断。

3 裂纹形成原因分析

从图3的螺栓外表可看到裂缝所在位置有明显的缩颈现象，这是螺栓受到拉力产生的，表明螺栓钢材塑性较好。将螺栓裂缝打开，得到裂缝面（见图4、图5）。从裂缝面上可看出，裂源在螺栓中心部位，沿螺栓径向扩展，距外表面约3 mm。

螺栓一般由圆钢制成。钢材在浇铸时，杂质易聚集在钢锭的中心部位，形成夹杂物。在以后轧制成圆钢的过程中，夹杂物依然存在于中心部位。

螺栓承受的应力主要为拉应力，在整个截面上应力基本一致。在螺栓中心有较大夹杂物的部位，夹杂物破坏了金属的连续性，产生应力集中现象，在拉应力的作用下，形成疲劳裂纹，并逐渐向周围扩展。由于螺栓钢材的塑性较好，并且螺栓在拉应力的作用下有所伸长，释放了部分应力，使得裂纹扩展比较缓慢，在检测出裂纹之前螺栓尚未完全断裂。

4 建议

为了电厂及电网安全、高效地运行，建议电厂加强对全厂所有发电机转子磁轭叠片拉紧螺栓的定期监督检测。

来源：电子技术应用ChinaAET