[发明专利]一种基于X射线线衰减系数差异的燃气轮机叶片缺陷辨别方法

说明书

本发明公开了一种基于X射线线衰减系数差异的燃气轮机叶片缺陷辨别方法，通过形态学和线衰减系数结合的方法，首先通过对缺陷外形形状因子λ的计算区分出裂纹和疏松缺陷；在形态难以区分的情况下通过计算未知种类缺陷区域和背景区域的线性平均灰度值，背景区域的线性平均灰度值的标准差，求得该缺陷区域相对于X射线的线衰减系数，由于在射线能量一定的情况下，线衰减系数只与吸收体本身材料性质有关，通过计算缺陷区域线衰减系数与叶片本身的线衰减系数的对比，完成对气孔和夹渣缺陷的区分，判断出该缺陷区域内缺陷的种类，最终实现对燃气轮机四大常见缺陷的精确分类。

技术领域

本发明属于工业射线无损检测领域，涉及一种基于X射线线衰减系数差异的燃气轮机叶片缺陷辨别方法。

背景技术

燃气轮机是目前世界上最为先进和复杂的高端动力装备，是一个国家综合国力、工业基础和科技水平的集中体现。构成透平部件的高温叶片(以下简称“叶片”)是在燃气轮机上大量采用的复杂气动零件，服役的叶片需要在高速旋转(可达3600转/分)的同时与高温(可达1600℃)、高压(可达1600kPa)的燃气相互作用并承受巨大的载荷，极端恶劣的服役环境和超高的工作载荷导致缺陷的急剧生长。

燃气轮机叶片制造通常采用精密铸造成型工艺，如图1所示，内部形成的缺陷主要以疏松(a)、夹渣(b)、气孔(c)、裂纹(d)的形式存在。疏松指铸件最后凝固的区域由于没有足够的金属液而形成的细小密集的孔洞缺陷，一般在透照图像上呈现细小而密集的特征。夹渣指金属液内的杂质所形成的缺陷，一般在透照图像上呈现不规则的形状；气孔指在铸件在凝固过程中由于气体没有及时排出而在内部形成的空腔，一般在透照图像上呈现圆形或者椭圆形；裂纹指在铸件凝固过程中由于应力过大出现的断裂缺陷，一般在透照图像上呈现轮廓分明的黑线，有分叉和锯齿。

不同种类的缺陷对燃气轮机整机的工作性能、使用寿命以及运行的安全可靠性影响不同，武断地将其统归为缺陷并不合理。因此研究叶片缺陷辨别，针对不同种类缺陷采用相应的补救处理，对提高我国燃气轮机检测水平、增强燃气轮机经济效益，完善燃气轮机状态检测具有重大而深远的战略意义。

由于叶片材料的特殊性和其表面形状的复杂性件，通常对其采用基于X射线的无损检测方法，通过X射线对叶片进行透照，借助胶片或数字探测器成像对物体内部特征进行直观地成像，实现对叶片缺陷的检测。该方法具有成像分辨率高、灵敏度高、直观可靠，效率高和成本低的优点。

此方法本质上是将叶片沿透照方向进行投影成像，仅能够显示出缺陷在垂直于透照方向的投影平面内的二维形状信息，通过形状信息可轻松判断出裂纹缺陷和疏松缺陷，却无法对气孔和夹渣这两种类型缺陷进行有效区分。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种基于X射线线衰减系数差异的燃气轮机叶片缺陷辨别方法，实现对燃气轮机叶片缺陷的精确辨别和分类。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于X射线线衰减系数差异的燃气轮机叶片缺陷辨别方法，包括以下步骤：

步骤一、通过所探测叶片的材料组分和美国国家标准技术研究所XCOM数据库，结合混合物总的质量衰减系数求解公式，计算出叶片的质量衰减系数，再除以叶片的密度，获得叶片的线衰减系数μ₁；

步骤二、使用数字射线无损检测系统透射被测叶片，信息由辐射平板探测器接收，经过光电转换和模数转换最终成像并存储在计算机中，得到叶片透照图像；

步骤三、对透照图片采用自适应加权均值滤波去除存在的高斯噪声，使用自适应阈值的Canny边缘检测方法实现边缘的初步提取；观察所提取的缺陷仍然存在少量干扰，再通过形态学开闭操作使得图像失真最小化；

步骤四、定义图像缺陷形状因子λ的计算公式如下：