陶瓷的超声波探伤

以电力工业的支柱绝缘子及瓷套为例，高温烧结而成的支柱绝缘子及瓷套是发电厂和变电站运行时起着支撑导线和绝缘作用的重要零件，如果在制作过程中配方不当，工艺流程中原料不均匀，均容易形成瓷件的内部缺陷，加上瓷件本身的特点就是韧性极低，在使用中因为要长期承受运行中的机械负荷，以及风雨雪等气候冷热变化还会使附加应力增大，如果这些瓷件存在或产生缺陷，就有可能在运行中突然断裂导致电力系统的破坏。

绝缘子及瓷套一般采用白瓷、金具和水泥等多种材料组合而成，瓷体主要由瓷土、长石、石英等铝硅酸盐粉末原料混合配制，加工成一定形状后，在高温下烧结而成，属于由许多微晶聚集的多晶体构成的无机绝缘材料，瓷表面还覆盖了一层玻璃质平滑薄层釉。

陶瓷材料的特点是显微组织复杂且不均匀，对于绝缘子及瓷套来说，检测的任务最主要的是检测有无裂纹存在，也有点状、多个或丛状缺陷。绝缘子及瓷套超声波检测方法主要有纵波法、爬波法。

绝缘子及瓷套的超声波检测时机主要有单个零件检测和在役带电原位检查，需要有相适应的调整探伤灵敏度专用模拟裂纹试块和入射点、折射角、定标的校验试块以及特制探头，例如频率2.5MHz、晶片尺寸8mm*10mm*2mm（或10mm*10mm*2mm，9mm*9mm*2mm等）、有机玻璃斜楔，折射角85°的双晶（一发一收并列式）爬波探头；频率2.5MHz或5MHz，φ10~12mm的直探头等。常用频率2.5Mhz。利用小角度纵波方法可检测瓷件的中心部位缺陷，利用爬波法可检测表面下1~15mm范围内的缺陷，当采用一种检测方法发现缺陷时，还可采用其他检测方法进行验证。

绝缘子及瓷套的超声波检测耦合剂：甘油、机油、化学糨糊。

支柱瓷绝缘子使用的高强度陶瓷晶粒细小、均匀程度高，气孔和玻璃相含量较普通瓷低，具有良好的强度，纵波声速可达6700m/s左右（普通瓷的声速一般在5600m/s左右），常见的缺陷有裂纹（中心孔隙裂纹、铸铁法兰和瓷绝缘子结合部裂纹）、黄芯（瓷绝缘子烧制时未完全烧熟造成的中心区域局部缺陷，芯部为浅黄色，结构较疏松。

含有较多的闭合气孔—氧化泡，黄芯部分的电性能很差、机械强度很低，甚至产生断裂）等。

有的超声波检测标准规定直接使用与高压支柱瓷绝缘子相同声学性能的高强度陶瓷或普通瓷加工人工缺陷（按标准规定钻孔或刻槽）作为超声波检测参考对比试块（专用模拟裂纹试块），试块外表面或内部应无缺陷，内部组织结构均匀，衰减系数中等，晶粒度中等，试块外形尺寸应按标准规定与被检对象相容或相近，以适合不同材料，不同规格的高压支柱瓷绝缘子。

也有的超声波检测标准采用铝合金材料（纵波声速6350m/s左右）代替陶瓷制作专用模拟裂纹试块，试块的合理与否，直接关系到测试结果的准确性。

根据绝缘子及瓷套的应用场合、安置位置、结构特点（例如支柱绝缘子有平直型、小角度锥体形，瓷套的特点是空腹）以及尺寸大小等，考虑其容易开裂的位置，决定检测部位、超声波的波型及投射方向，例如在役支柱绝缘子的检测重点范围是在支柱瓷体插入部分均约20mm，法兰端面的水泥沙浆胶结区，支柱绝缘子易断裂的部位是应力集中的铸铁法兰与瓷体的结合部，在可能的情况下，应尽可能选择较高频率，以提高缺陷的分辨率。

支柱绝缘子及瓷套超声波检测中的波形判别与金属超声波检测基本相似，例如纵波检测时通常也是缺陷波与底波或形状反射波同时存在（爬波检测时通常没有底波），也有晶粒粗大引起的杂波，半波高度法则长，但是对于组合件检测时，要注意例如制造厂将支柱瓷绝缘子插入铸铁法兰时在圆周填充灌注的水泥胶与砂粒，这些胶合的砂粒作为过渡加强部分环绕在铸铁法兰与瓷体的交接面上，因此会出现当探头沿圆周转动时，底波附近无缺陷部位可能出现类似缺陷的较强反射波群，此时除底波反射当量较强外，其他杂波起伏不定，移动探头此起彼伏，无指示长度，变化较大，反射当量偏低，属较明显的点状缺陷反射波的情况，然后这里也是裂纹容易形成的区域，要注意将这种波与裂纹波区分开来，还应注意把裂纹波与底波区分开来。

在役带电进行支柱绝缘子及瓷套探伤能有效地早期发现瓷件内部裂纹,从而提前预防事故的发生,是状态检修的一项新突破,对电厂、变电所避雷器、支柱绝缘子等因瓷件断裂造成停电事故提供了有效的预防手段。

带电探伤时,一定要注意做好试验前的准备能确保人身安全,如要求天气良好,准备绝缘梯,穿戴绝缘鞋及绝缘手套,试验前先测量检测位置的感应电压,当感应电压达到要求时,方可进行带电操作。

检测时应采用棉纱或卫生纸,将被检部位擦拭干浄,涂上耦合剂,测试结束时,应将被检部位擦拭干净。

图4-7-5示出支柱绝缘子及瓷套超声波检测示意图。