[发明专利]一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展在线超声检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展在线超声检测装置及其方法，装置主要包括探头安置盖、超声检测子系统、高速滑环、工控机四大部分。其中，相控阵全聚焦探头和校准用相控阵全聚焦探头通过螺纹安装在探头安置盘上。采用内部缺陷在线超声检测技术，实现了在旋转状态下进行涡轮发动机转子内部缺陷在线检测，克服了需使工件处于静止状态、移下试验系统、拆解后再检测的问题；压缩了检测工作量及对试验进度的影响；解决了合理制定检测周期问题；达到高效识别内部缺陷、裂纹及其变化的目的。本专利涉及的发明在涡轮发动机转子内部缺陷在线检测方法具有内部缺陷扫查效率高、识别能力强的特点，解决了现有内部缺陷无损检测技术不足之处。

技术领域

本发明属于用于指示或测量工件特性的技术领域，具体为一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展在线无损检测方法。

背景技术

涡轮发动机转子转速高、温度高，安全性要求高；同时涡轮发动机转子通常含有微裂纹和微孔洞等缺陷，易成为疲劳源源，大幅缩减疲劳寿命，严重威胁航空发动机的安全可靠性。因此，需对其内部缺陷及其扩展开展高精度的检测工作，为涡轮发动机转子的裂纹扩展研究与损伤容限研究提供支撑。涡轮发动机转子停机时，内部缺陷造成的裂纹发生闭合，具有检测信号弱、不易识别的特点。

现有的内部缺陷扩展无损检测方法主要有射线法、超声波法。传统的射线法、超声波法需让试验件停机，移下试验系统，拆解，进行移位检测；或让试验件保持低速运动、超声检测探头保持静止；或者让试验件保持静止，通过设置转动轴带动探头旋转、提升。在用于涡轮发动机转子时上述方法存在以下问题：移位检测方式需要拆除工装，严重影响试验进度，工作量大，进而导致试验的检测周期长，轮盘破裂前的检测过程往往不能发现裂纹，同时，由于检测时工件不受载，裂纹处于闭合状态，裂纹检出率低；试验件保持低速运动、超声检测探头保持静止的方式则受限于工装遮挡涡轮发动机转子盘心等关键部位、中心孔或偏心孔尺寸小，不能观察到缺陷部位，受限于楔块与试验件间存在摩擦、磨损，不能应用于涡轮发动机转子的旋转试验，受限于其转动方式其只能对轮心部位进行定角度检测，且很难均匀地给探头施加压力保证探头的良好耦合。因而，对于涡轮发动机转子内部缺陷，这些方法都或多或少存在扫查效率低、扫查效果差的问题。

发明内容

为解决上述技术背景中提出的涡轮发动机转子内部缺陷扩展无损检测效率低、效果差的问题，本发明提供了一种基于在线检测的超声波无损检测方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案是：

涡轮发动机转子内部缺陷扩展在线超声检测装置包括探头安置盖、探头、楔块、超声收发仪、高速滑环、工控机、芯轴和高速柔性轴；待测涡轮发动机转子通过锁紧螺母紧固，与芯轴、探头安置盖、下盖形成一个整体；所述的探头安置盖上开有第一螺栓孔，第一螺栓孔内安放相控阵全聚焦探头；所述第一螺栓孔靠涡轮发动机转子端设置第一凹槽，第一凹槽内放置第一楔块；所述探头安置盖在关于第一螺栓孔的对称位置开有第二螺栓孔，第二螺栓孔内安放校准用相控阵全聚焦探头，所述第二螺栓孔靠涡轮发动机转子端设置第二凹槽，第二凹槽内放置第二楔块；所述相控阵全聚焦探头和校准用相控阵全聚焦探头通过螺纹安装在各自的螺栓孔内；所述第一楔块和第二楔块通过探头安置盘和涡轮发动机转子的压紧作用固定；

芯轴中心开设中空安装部用于安装和固定超声收发仪；超声收发仪通过数据线与相控阵全聚焦探头相连；芯轴与高速柔性轴同轴安装，高速柔性轴的端部连接高速滑环；超声收发仪通过贯穿高速柔性轴的数据线与高速滑环的动环接线端相连，高速滑环的静环接线端通过导线与工控机相连。

优选的，所述探头采用频率大于5MHz、64晶片、耐高速旋转的线阵或面阵相控阵全聚焦探头。

优选的，所述高速滑环采用高速滑环引电器，对旋转状态下探头超声波测试数据进行传输；如可以采用CX-24-20000RPM型高速滑环引电器，其滑环通道数为24个；在需要时，也可采用更高通道数的高速滑环引电器。