[发明专利]一种航空发动机叶片裂纹与残余应力集成检测方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机叶片裂纹与残余应力集成检测方法，基于红外热成像技术与双目视觉技术，可在不拆装航空发动机的情况下对叶片进行裂纹与残余应力检测的快速原位检测。通过计算机控制阵列热气流喷嘴或单个热气流喷嘴产生热气流对航空发动机叶片进行热激励，在热气流的激励下，不同的残余应力的释放将导致叶片产生不同的扭转和弯曲变形，同时裂纹会引起叶片表面的异常温度响应，利用双目视觉相机以及红外热像仪分别检测叶片在受到热激励过程中所产生热变形以及叶片在受到热激励时的温度响应情况，通过叶片的变形程度与温度响应特征来分别评价叶片的残余应力大小与裂纹情况。

技术领域

本发明涉及缺陷检测领域，具体涉及一种航空发动机叶片裂纹与残余应力集成检测方法。

背景技术

航空发动机是飞机的核心动力来源，其复杂且精密的结构展现了飞机智能制造技术的高标准。发动机叶片作为发挥发动机性能的重要部件，大多型面复杂，且常年工作在恶劣工况下，会受到离心负荷、气动负荷、温度负荷、冲击载荷、环境侵蚀等影响。因此，发动机叶片在设计制造时，会通过预留表面残余应力来抵消叶片高速旋转时产生的部分离心载荷，提高叶片的稳定性和使用寿命，但是随着服役时间的增加，残余应力将逐渐衰减，当残余应力发生骤降时，表明叶片表层微观晶格发生了明显变化，可能会进一步形成微裂纹；而在复杂的交变载荷的作用下，叶片的应力集中部位将逐渐产生宏观疲劳裂纹，其中，叶根与叶尖进气边等部位因残余应力衰减速度更快，更容易形成宏观裂纹缺陷。以往的残余应力与裂纹检测方法，例如衍射法，超声波法等，受限与检测原理，都需要近距离接触叶片才能实施检测，无法在不拆卸发动机的情况下对叶片进行检测。

叶片是航空发动机的核心部件之一，其质量检测与寿命预测是发动机安全运行的基础。然而发动机拆装难度大、成本高，目前只能进行长周期的拆装检测，缺少一种能在不拆装发动机的情况下对叶片进行质量检测的快速原位检测方法。

发动机叶片检测的检测项目主要为微观残余应力检测与宏观裂纹检测，目前针对微观残余应力的检测方法主要分为机械释放测量法与非破坏测量法两类；针对叶片宏观裂纹的检测方法主要有内窥镜法，渗透法，涡流检测法，超声波检测法等。

针对残余应力的机械释放测量法主要包括有盲孔法，环芯法，剖分发，轮廓法等，检测时将含有残余应力的部件从构建中分离或者切割出来使应力释放，然后测量应变来计算残余应力。这种检测方法的精度较高，但是会对叶片造成破坏性损伤，因此不能用于叶片残余应力的原位检测。而残余应力的无损检测法主要包括磁性法，巴克豪森噪声法，超声波法，射线衍射法等。磁性法与巴克豪森噪声法只适用于铁磁性材料的残余应力检测，不适用航空发动机钛合金叶片的原位检测。超声波法对表面处理要求高，需要耦合剂，不适用于具有复杂结构的发动机叶片残余应力原位检测，射线衍射法是目前最成熟的残余应力检测与评价方法，但是射线源体积庞大，不具有便携性，无法在不拆卸发动机的情况下对叶片进行检测。

针对宏观裂纹的内窥镜检测法是航空发动机原位检测技术中最为成熟的手段，将内窥镜从航空发动机预留的检测孔中深入到叶片部位进行视觉检测，然而机器视觉只能发现叶片的表面开口缺陷，无法检测微细裂纹以及表面闭口缺陷，同样的，渗透法也只能检测表面开口裂纹。虽然涡流检测法可以实现表面以及近表面裂纹的高精度检测，但是在叶片原位检测的过程中，涡流探头需要进入发动机内部并与发动机表面形成良好的接触状态，难度较大。超声波法也具有较高的检测精度，但是超声探头需要与叶片形成耦合状态，需要耦合剂，并且对耦合的要求较高，因此，该方法也不适用于发动机叶片裂纹的原位检测。综上所述，目前并没有方法能实现航空发动机叶片残余应力与裂纹的快速原位检测方法。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种航空发动机叶片裂纹与残余应力集成检测方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种航空发动机叶片裂纹与残余应力集成检测方法，包括如下步骤：

S1、构建检测系统，将热气流激励源、双目视觉相机以及红外热成像仪固定于检测位；