[发明专利]一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法

说明书

本发明属于特种加工技术领域，涉及一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，包括以下步骤：电火花制孔过程中实时调节脉冲电源输出电压周期，在电压波形中附加预设的频率成分，且随时间进行预设的变化；利用声音传感器采集涡轮叶片和电极之间火花放电产生的声波，对声音信号进行频谱分析，若检测到预设频率成分的子带能量超过特定的阈值，且随时间进行预设的变化，则判定为贯穿状态；若检测到预设频率成分的子带能量超过特定的阈值，但没有进行预设的变化，则判定存在干扰；否则判定为非贯穿状态。该涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，解决了涡轮叶片，特别是双层壁叶片电火花制孔的对壁损伤和盲孔问题，提高叶片制孔质量和合格率。

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，涉及一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方 法。

背景技术

气膜冷却技术是沿零件表面喷射冷却气体形成气膜，使零件表面与高温介 质隔开，从而起到隔热散热的作用，已广泛应用于航空发动机的涡轮叶片，以 保证其在高于叶片材料熔点的环境温度下可靠工作。气膜冷却技术实现的关键 在于气膜孔的加工，由于涡轮叶片采用的铸造高温合金属于难加工材料，且气 膜孔具有孔径小、深径比大、倾角大的特点，目前国内外广泛采用电火花制孔 工艺进行气膜孔的加工。

电火花制孔利用涡轮叶片和电极之间的火花放电对叶片材料进行蚀除，从 而加工出气膜孔。加工过程中电极会发生损耗，使其长度变短，且电极损耗受 多种因素影响，因此无法准确预测加工过程中气膜孔何时贯穿。气膜孔的出口 位于涡轮叶片内腔，若在孔贯穿后没有及时停止加工，会使涡轮叶片内腔出现 对壁损伤，降低叶片的服役寿命，甚至造成叶片报废，因此需要在电火花制孔 过程中实时进行贯穿检测。目前电火花制孔贯穿检测均采用基于电信号、电极 运动以及内冲液压力的检测方法，可有效防止涡轮叶片内部间隙1mm以上部位 的对壁损伤。2020年，本人提出基于声音信号的涡轮叶片电火花制孔贯穿检测 方法，在理论上验证了利用声音信号进行贯穿检测的可行性。然而，该方法存 在机床运行和厂房环境干扰对检测结果影响较大的问题，可靠性较差，尚不具 备实用性。

随着航空发动机涡轮前温度的不断提升，双层壁作为一种高效的冷却结构， 是新一代航空发动机的重要发展方向。一种双层壁叶片气膜孔结构如图2所示。 其外层壁200上需要加工气膜孔100，气膜孔100出口与内侧壁300距离较近， 某些部位间隙小于1mm。目前的基于电信号、电极运动以及内冲液压力的贯穿 检测方法受电火花加工放电状态和孔形的影响较大，在双层壁叶片的制孔过程 中极易出现漏检和误检，造成对壁损伤和盲孔。例如某型航空发动机双层壁高 压涡轮导向叶片电火花制孔后出现大量对壁损伤，叶片批次性报废，已成为该 型发动机涡轮叶片研制的瓶颈问题。因此，研究一种新型涡轮叶片电火花制孔 的贯穿检测方法，避免对壁损伤和盲孔，提升叶片制孔合格率，是目前涡轮叶 片特种加工领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种新型涡轮叶片电火花制孔的贯穿检测方法，避 免对壁损伤和盲孔，提升叶片制孔合格率，特别是针对双层壁高压涡轮导向叶 片的贯穿检测。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，包括以下步骤：

步骤一、电火花制孔过程中实时调节脉冲电源输出电压周期，在电压波形 中附加预设的频率成分，且随时间进行预设的变化；

步骤二、利用声音传感器采集涡轮叶片和电极之间火花放电产生的声波， 对声音信号进行频谱分析，若检测到预设频率成分的子带能量超过特定的阈值， 且随时间进行预设的变化，则判定为贯穿状态；若检测到预设频率成分的子带 能量超过特定的阈值，但没有进行预设的变化，则判定存在干扰；否则判定为 非贯穿状态。

所述步骤一具体为：