Identification of the material state of turbine rotors using non-destructive methods

Abstract

During durability assessment of steam turbine rotors it is problematic to determine the actual properties of the material. Analysis of microstructure, chemical composition, hardness measurements and defectoscopic examinations are the contemporary methods used in the assessment of such objects. Usually the real macroscopic mechanical properties remains unknown because their determination requires a destructive testing that requires large specimens to be taken from the rotor, which is not practically practiced. The paper presents the possibilities of the small punch test method (SPT) which bases on small specimens. The SPT method is a formally destructive method of material examination, however, because of the insufficient amount of material necessary to prepare specimens, it can be treated as a non- destructive method of material testing. Moreover the place of sampling does not require repair. Using the SPT method, it is possible to determine the basic mechanical properties of a material normally determined by a tensile test such as the Youngs modulus E, yield stress Re or ultimate stress Rm, and properties determined by Charpy impact test in example fracture appearance transition temperature or fracture strength. It is also possible to determine the material properties under creep conditions.

in polish

Identyfikacja stanu tworzywa wirników turbin parowych metodami nieniszczącymi

Przy ocenie stanu technicznego wirników turbin parowych problematyczne jest określenie rzeczywistych własności tworzywa. Analiza mikrostruktury, składu chemicznego, pomiary twardości oraz badania defektoskopowe stanowią współcześnie obowiązujący w diagnostyce tego typu obiektów kanon metod badawczych. Najczęściej nieznane pozostają rzeczywiste makroskopowe własności wytrzymałościowe, ponieważ ich wyznaczenie wymaga przeprowadzenia badań niszczących, które wymagają pobrania z wirnika próbek o znacznych rozmiarach, czego w zasadzie się nie praktykuje. W artykule pokazano możliwości metody badawczej wykorzystującej małe próbki Small Punch Test (SPT). Metoda SPT jest formalnie metodą niszczącą, jednak ze względu na znikomą ilość materiału pobieranego do badania można ją traktować jako metodę nieniszczącą, a miejsce pobrania próbki z wirnika nie wymaga naprawy. Za pomocą metody SPT możliwe jest wyznaczanie podstawowych własności mechanicznych materiału, określanych normalnie za pomocą statycznej próby rozciągania, takich jak moduł Younga E, granica plastyczności Re czy wytrzymałość na rozciąganie Rm oraz wielkości normalnie wyznaczanych za pomocą badania udarności, tj. temperatury przejścia plastyczno-kruchego czy odporności materiału na pękanie. Istnieje również możliwość okre ślania własności materiału przy pełzaniu.