超导量子干涉器在汽轮机钛合金叶片检测中的应用

合金钢差 ， 但抗腐蚀 性 和抗水蚀 性 比合 金钢好 得 多， 适合 用 做汽轮机 的扭 叶片。利用 Ａ Ｓ Ｓ软件分 析 ， ＮＹ 在尺 寸和安 全
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摘要 ： 随着汽 轮机 发电容量 的增加 ， 对汽轮机 叶片的性能要求也不断提高 ， 统的常规 材料 已经 无法胜任 。钛合 金 传 材料拥有抗腐蚀能力强 、 比强度高和综合性能强等优势 而成 为新型 的结构 材料 ， 因此在 汽轮机 叶片 中的也得 到 了 广泛应用 ， 混入不合适的金属杂质将成为关键部位 的裂纹源 。因此从 材料的生产开 始 ， 至设备制造 、 但 直 保养 的每 个环节都有必要进行检测 。常规 的检测存在着不 足之处 ， 小缺 陷发生误 判和漏 检 。因此 ， 找一种更 为精密 和 对 寻 更高灵敏度 的检测方法是 十分迫切 的。而超导量子干涉器对于弱磁场 的检测 十分灵敏 ， 对其应用 于汽轮机 叶片制 作过程 中的检测进行研究是很有必要 的。 关键词 ： 超导量子 ； 干涉器 ； 钛合金 ；Ｑ Ｉ 无损检测 Ｓ ＵＤ；
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了在势垒处的反射外 ， 还有 透过 势垒 的波 函数 ， 表明在 势 这
１ 钛合金叶片简介
了解 汽轮机钛 合金叶 片优越性 所在和对 加工工艺 的熟 悉， 方便 清楚部件 制造 的过程 中经历 了哪些 步骤 ， 每种 加工 方法带来 了哪些杂质的混入及 内应力 的产 生 ， 引入 超导量 为
，
ｓｒ ｎ ｔ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｅ ｏｍａ ｃ ｎ ｉｈ ｓ ｅ ｉ ｃｅ ａ ｉ ， ｎ ｅ ｒ ｌ ｄ ｌ ｓ ｄ ａ ａ ｔ ｒ ｌ ｉ ｈ ｒ ｃ ｓ ｔｅ ｇｈ， ｏ ｒ ｈ ｎ ｉｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｈ ｇ ｐ ｃｆ ｔ ｎ ｃｔ ａ ｄ ｔ ｙ ａ ｅ ａｓ ｗｉｅ ｙｕ ｅ ｓｒ ｗ ｍａ ｅ ａ ｓ ｎ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｆ ｉ ｙ ｈ ｏ ｉ
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由于钛合金对 于杂质元 素的敏感 性 ， 加工 中混 人的不 在 必要 的杂质元素将很可能成 为部 件在工作 中的裂纹源 ， 以 所 需要 寻求更精准 的检测 手段 。超 导量子干涉器 ， 对弱 磁场检 测非常灵敏 ， 通过磁场的突变来寻找材料 中应力集 中部分或
者不必要 的杂质 ， 全有 可能使得 汽轮 机 的叶片更 为优质 ， 完
夫 森结 构成 ， 图 ３所 示 ， Ｒ 如 其 Ｆ—Ｓ Ｕ Ｄ如 图 ４所示 。 Ｑ Ｉ
文献 ［ ］ ， ４ 中 毛汉忠 等人对钛合 金扭 叶片进行极 限转 速 的研 究 ， 中指 出钛 合金 材料必 须冷锻 ， 文 以避免金 相结构 发
生 变 化 ， 致 韧 性 降 低 。钛 合 金 材 料 的 切 削 性 和 焊 接 性 都 较 导
从而保 障电力供应稳定 。 由于加工及 热处理 对钛 合金 的性能影 响重 大。本文 将 先对汽轮机钛合ห้องสมุดไป่ตู้ 叶片的性 能和加 工做简易介 绍 ， 对超导 再 量子 干涉器 的工作 原理 作简易介 绍 ， 后实验校 核超 导量子 最
容易将一些组织反射信号作 为缺陷信号造 成误判 ， Ｘ射 线照 扭捡 ， 受到射线逯 度 盟 显影液 、 人工探针 等 多方 面 的
组织 。
匹 】■口
图 １ 约瑟 夫森 结
其 中直 流量子干涉器 Ｄ Ｃ—Ｓ Ｕ Ｄ如 图２所示 ， ＱＩ 电流 ， 分
成 ， 和 ， 流 过 上下 约瑟 夫森 结 ， 以直 接 观 测 电 流 ， 的 ２ 可 一
特性 。另外一种是 Ｒ Ｆ—Ｓ Ｕ Ｄ， Ｑ Ｉ 超导环路包含一个超导结导 环并 采取射频偏 置 ， 由一个 电感 为 的超 导环和 一个 约瑟
薄 膜 层
汽轮机 叶片通 常采用 不锈钢 制造 ， 由于其 密度 大 ， 工况 下离心力也大 ， 随着发 电设备 的大 型化 ， 叶片转速 要求提 对 高， 对材料的要求越来越趋向于耐腐蚀性好 和比强度高 的材 料， 因此开始大量应用钛合金作为叶片材料。文献 ［ ］ 吴 ３ 中， 静等人从 Ｔ ４钛合 金锻造后 的组织 与性 能上 与低压 不锈 钢 Ｃ 材料 叶片进行 对比发现 ， 完全可 以替代 低压 不锈钢 ， 其 且解 决 了比重 大与离心力大 等 问题 ， 过高低 倍组 织检验 ， 现 通 发 组织均匀 ， 合理的锻造工艺能够得到较好的 ０和 型 的双相 １
收 稿 日期 ：０ １１ －４ ２ １ ．１２
作 者简 介： 夏
超 （９ ５ ） 男， １８ 一 ， 研究生 ， 现主要研究方 向无损检测新技术等。
３４ １
干 涉 器对 钛 合 金 叶 片 的 检 测 能 力 。
汽
轮
机
技
术
第５ ４卷
力 学 ， 子 是 不 可 能 越 过 势 垒 的 ； 照 量 子 力 学 可 以 解 出 除 粒 按
子干涉器检测作铺垫 。 １ １ 钛 合金 叶片 特 点 ．
垒的另一边 ， 粒子具有一定的概率贯穿势垒 Ｊ 。 Ｓ Ｕ Ｄ的对弱磁场 的高灵敏度 是 由于约瑟 夫森 结对 两 Ｑ Ｉ 端 的超导波 函数相位差的敏感性 ’ 如图 １ ， 所示 ， 以把 这 所 样 的两个结并联起来 构成一个 干涉仪 ， 中 ， 其 和 为 两端 超导体 的量子位相。
分 类 号 ：Ｇ１５２ Ｔ １ ．８ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １ ８４ ２ １ ）４０ １ ４ １０ — ８ （０ ２ ０ －３ ３ ３ ５ ４
Ａ ｐｉ ｔｎｏＳｐｒｏｄｃｎ ｕｎ ｍ Ｉｔｆ ｅｃ ｅｉ ｅＤｔ ｔｎ ｐｌａｏ ｆ ｕｅ ｎｕｔｇＱ ａｔ ｅ ｅ ｎｅＤ ｖ ｅｎｔ ｅ ｃｏ ｃｉ ｃ ｉ ｕ ｎ ｒｒ ｃｉ ｈ ｅｉ
Ｔ ｅｅａｅｓｍｅｓｏｔｏ ｎ ｓｉ ｒｕｉ ｈ ｃ ｓ ｂ ｕ ｓ ａｌ ｅ ｃ ｈｃ ｉ ａ ｏ ｅｍｉ ｕ ｇ ｅ ｔ ａ ｄｌａ ｓ ｏ ａ ｈ ｒ ｒ ｏ ｈ ｒ ｍｉｇ ｎ ｏ ｔ ｅ ｃ ｅ ｋ ｏ ｔ ｍ ｌ ｄ ｆ ｔ ｗ ｉ ｗｌ ｌ ｄ ｔ ｓｍ ｓ ｄ ｍ ｎｓ ｎ ｅ ｋ ．Ｓ ， ｃ ｎ ａ ｅｓ ｈ ｌｅ ｏ ｊ
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第５ ４卷 第 ４期
２１ ０ ２年 ８月
汽
轮
机
技
术
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ４ １５ ． Ａｕ ． ０１ ｇ２ ２
ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＴＥＣＨＮ０Ｌ ０ＧＹ
超 导 量 子 干 涉 器 在 汽轮 机 钛 合 金 叶片 检 测 中 的应 用
夏 超 吴章勤 杨 晓红 ， ，
（ １华 北 电力 大 学云南 电 网工作站 ， 昆明 ６０ １ ； 南 电力试 验研 究院 （ 团） 限公 司电 ５２ ７２云 集 有 力研 究 院金 属研 究所 ， 昆明 ６０ １ ； ５２ ７３华北 电力大 学机械 工程 学 院 ， 定 ０ １０ ） 保 ７０ ３
０ 前
言
件的运行 安全 ， 从而也可推动钛合金加 工与热处 理工艺 的新
发 展 。
钛合金材料 比强度高和耐腐蚀 强等优越 的综 合性能 ， 使 得钛合金叶 片在大 型热 电站与核 电站 的设计 与建 设 中的应 用创造 了条件 。虽然 我 国对大 型汽轮 机末 级钛合 金长 叶片 的精密锻造技术 已经较为先进 ， 但在钛合金 的无损检测 上还 是一些常规 的检测方式 ， 如冶金厂在棒材 和饼 材 出厂 时要做 超声检测 ； 航空厂制成的零件要采取超声波及 ｘ射线 照相等 方法检测 ， 但超声检测 对 于小 于 ０ ４ ｍ 的缺 陷难 以检 出和 ．ｍ
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｐ ｒ ｏ ｄ ｃｉ ｇｑ ａ ｔ ｍ； ｔｒｅｅ ｃ ： ｔｎｕ ａｌ ； ＱＵＩ Ｎ Ｅ ｙ ｗ ｒ ｓ ｓ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｕ ｎ ｕ ｉ ｅ ｆｒｎ ｅ ｔ ａ ｉｍ ｌ ｙ Ｓ ｕ ｎ ｎ ｉ ｏ Ｄ； Ｄ
影 响。因此必须寻 求更 高灵敏 的检 测方法 才能 保障关 键部
ｒ ｑ ｒ ｍｅ ｔｏ ｏ ｋｎｇ ｆｒ ａ ｍｏ ｅ ｐｒ ｃｓ ｎ ｈｇ ｒｓ ｎ ｉ ｖｔ ｅ ｔｎ ｔ ｏ ｓ ｖ ｒ ｇ ｎｔ Ｓ ｐｅｃ ｎ ｃ ｉｇ ｑｕ ｎｕｍ ｅ ｕｉｅ ｎ ｆｌ ｏ ｉ ｏ ｒ ｅ ｉｅ ａ ｄ ｉｈｅ ｅ ｓｔ ｉ ｔ ｓｉｇ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｅ ｕｒ ｅ ． ｕ ｒｏ ｄｕ ｔｎ ａ ｔ ｉ ｙ ｙ