[发明专利]航空发动机盘类零件的水浸超声相控阵检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测领域，涉及一种航空发动机盘类零件的水浸超声相控阵检测装置及检测方法。

背景技术

涡轮盘是航空发动机重要的关键热端部件，随着高推重比、高功重比发动机的发展，对涡轮盘强韧性、疲劳性能、可靠性及耐久性提出了更高的要求。多数盘件，特别是一些高温合金盘件需要在高温、高载荷下工作，这就要求其具有在恶劣的条件仍保持较高使用性能的能力。而由于材料本身对缺陷的敏感性，夹杂物等小缺陷的存在将严重影响盘件使用的安全性。能否可靠地检测出小尺寸夹杂缺陷成为盘件安全可靠运行的关键，因此无损检测技术被认为是盘件质量控制的重要手段和关键技术之一。由于多数盘件中要求检出的缺陷尺寸很小，人工检测极易漏检，所以目前一般采用水浸C扫描自动检测系统，根据探头声束直径，规定相应的扫描步进量，进行自动成像检测。由于聚焦探头对于小缺陷的检测具有较高的灵敏度，所以盘件自动成像检测需要采取聚焦方式。但存在的问题是，聚焦探头的焦区长度有限，检测的厚度范围一般较小，焦区外灵敏度急剧下降。因此为了实现厚度较大盘件的高灵敏度检测，需要采用多个不同焦距的探头检测不同深度区域，在整个检测范围内实现超声声束的聚焦。在检测过程中需要频繁更换探头，造成检测效率下降。

发明内容

本发明的目的是：提出一种航空发动机盘类零件的水浸超声相控阵检测装置及检测方法，以避免频繁更换探头，提高检测效率。

本发明的技术方案是：航空发动机盘类零件的水浸超声相控阵检测装置，包括一个由探伤水槽1、转台2、控制柜3、三维移动装置4、超声探伤仪、控制计算机6、探头夹具7和超声探头；转台2位于探伤水槽1内的水面以下，三维移动装置4位于探伤水槽1的外面，三维移动装置4的第一水平移动轴为X轴，探头夹具7的上端固定在X轴的移动单元上，探头夹具7可以沿X轴水平移动，超声探头安装在探头夹具7的下端，被检测航空发动机盘类零件9固定在转台2工作台的上表面上，三维移动装置4的垂直移动轴为Z轴，X轴固定在Z轴的移动单元上，X轴可以沿Z轴垂直移动，三维移动装置4的第二水平移动轴为Y轴，Z轴的下端固定在Y轴的移动单元上，Z轴可以沿Y轴水平移动，X轴与Y轴垂直；三维移动装置4的控制信号输入端通过电缆与控制柜3的三维移动装置控制信号输出端连接，三维移动装置4的位置信号输出端通过电缆与控制柜3的三维移动装置位置信号输入端连接，转台2的控制信号输入端通过电缆与控制柜3的转台控制信号输出端连接，转台2的位置信号输出端通过电缆与控制柜3的转台位置信号输入端连接，控制柜3的总线接口通过电缆与控制计算机6的总线接口连接，其特征在于：所说的超声探伤仪是超声相控阵探伤仪5，所说的超声探头是环阵超声相控阵探头8，超声相控阵探伤仪5超声回波信号输出端通过电缆与控制计算机6的超声回波信号输入端连接，环阵超声相控阵探头8的探头激励信号输入端通过电缆与超声相控阵探伤仪5的探头激励信号输出端连接，环阵超声相控阵探头8的轴线垂直于被检测航空发动机盘类零件9的上表面。

航空发动机盘类零件的水浸超声相控阵检测方法，基于上面所述的航空发动机盘类零件的水浸超声相控阵检测装置，其特征在于，检测的步骤如下：

1、系统连接：将环阵超声相控阵探头8和待检的航空发动机盘类零件9浸没于探伤水槽1中，连接好转台2、控制柜3、三维移动装置4、超声相控阵探伤仪5、控制计算机6和环阵超声相控阵探头8的电缆；

2、获取和记录超声回波信号：

2.1、确定初始位置：确定当前转台2的初始角度α₁，利用三维移动装置4移动环阵超声相控阵探头8使其中心轴线位于航空发动机盘类零件9的外圆边缘，作为环阵超声相控阵探头8的初始位置；

2.2、确定超声信号发射和接收的延迟时间：

确定环阵超声相控阵探头8的第一聚焦深度δ₁，δ₁=6mm～12mm，超声相控阵探伤仪5根据第一聚焦深度δ₁确定环阵超声相控阵探头8各个晶片的延迟时间τ_i，i为环阵超声相控阵探头8上晶片的序号，i=1，2，……，n；延迟时间τ_i既是超声信号发射的延迟时间，又是超声信号接收的延迟时间；

2.3、超声信号的发射：超声相控阵探伤仪5根据延迟时间τ_i分别输出各个晶片的探头激励信号，通过线缆传递给环阵超声相控阵探头8内的不同环形晶片，使环形晶片顺次产生振动并发出超声波，最后各个环形晶片发出的超声波合成为带有聚焦效果的超声波进入航空发动机盘类零件9；