[發明專利]一種渦輪發動機轉子內部缺陷擴展檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201910244315.3
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109959723A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 宣海軍;吳英龍;單曉明;郭小軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/22;G01N29/275
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種渦輪發動機轉子內部缺陷擴展檢測裝置及方法，屬于工件特性檢測領域。針對存在掃查效果差、掃查效率低的問題，本發明采用相控陣全聚焦超聲技術，采用水浸方式，采用使渦輪發動機轉子轉動、探頭只隨徑向位置進行姿態調整、從型面方向和內徑側進行掃查的方式。解決了射線法不能探測大厚度渦輪發動機轉子內部缺陷的問題，解決了水浸超聲C掃描等超聲法參數調整復雜且對內部缺陷識別能力差的問題；解決了手持式掃查中操作人員手持壓力對超聲成像的影響、楔塊適用性差的問題；解決了三坐標式板材特征掃查中不能根據徑向位置調整姿態等的問題；本發明在渦輪發動機轉子內部缺陷檢測方法具有缺陷識別能力強、內部疲勞裂紋掃查能力強、掃查效率高的特點。

技術領域

本發明屬于用于指示或測量工件特性的技術領域，具體為一種渦輪發動機轉子內部缺陷擴展無損檢測方法。

背景技術

渦輪發動機轉子轉速高、溫度高，同時安全性要求高，因此，需對其內部缺陷擴展開展高精度的檢測工作。上述渦輪發動機轉子，具有型面復雜，厚度大，缺陷埋藏深；材質純凈，內部缺陷與基體熔合好，界面不明顯；缺陷主要化學成份與基體類似，其物理屬性相近等特點。

現有的上述渦輪發動機轉子內部缺陷擴展無損檢測方法主要有射線法、超聲波法，上述方法基于手持式掃查裝置、三坐標式板材特征掃查裝置、探頭轉動式轉子連續掃查裝置或吸附式掃查裝置。在用于上述渦輪發動機轉子時上述方法存在以下問題：基于手持式或三坐標式板材特征掃查裝置的X射線法、水浸超聲波C掃描等存在無法識別缺陷的問題；基于手持式或三坐標式板材特征掃查裝置的相控陣全聚焦超聲成像檢測技術雖能較好的識別指定位置處的缺陷，但上述手持式掃查裝置通過添加楔塊實現探頭與工件間界面耦合，手持壓力對超聲成像的效果影響大，嚴重影響檢測精度，楔塊制作周期長，不能簡單的通過添加編碼器連續成像，未開發相應的掃查模塊；上述三坐標式板材特征掃查裝置能實現三維連續成像，但不能根據徑向位置、周向成像的比較設置合理的掃查參數，如探頭高度、角度，同時，未針對裂紋沿徑向發展導致裂紋信號弱不易監控的問題提出解決措施。通過設置轉動軸帶動探頭旋轉、提升，上述基于探頭轉動式轉子連續掃查裝置超聲檢測法能完成待檢轉子輪心位置處的檢測，但受限于其轉動方式其只能對輪心部位進行定角度檢測，且很難均勻地給探頭施加壓力保證探頭的良好耦合；受限于傳統相控陣全聚焦探頭晶片的排布方式，探頭尺寸較大，不適用于檢測大多數的渦輪發動機轉子中心孔及偏心孔。上述吸附式連續掃查裝置往往采用楔塊，不適用于型面復雜的小型構件。因而，對于渦輪發動機轉子內部缺陷，這些方法都或多或少存在掃查效果差、掃查效率低的問題。

發明內容

為解決上述技術背景中提出的渦輪發動機轉子內部缺陷、內部裂紋擴展無損檢測效率低、效果差的問題，本發明提供了一種基于含凸輪、摩擦件傳動裝置的超聲波無損檢測方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案是：

一種渦輪發動機轉子內部缺陷擴展檢測裝置包括機械掃查子系統、超聲檢測子系統和工控機；所述的機械掃查子系統包括掃查架、水槽和電氣控制系統；掃查架為檢測裝置的支撐結構；所述水槽安置在掃查架上，水槽使測試工件和超聲檢測子系統的探頭處于水浸狀態；所述水槽底部中心位置安置水平凸輪，所述水平凸輪在檢測過程中帶動被檢測的渦輪發動機轉子轉動；所述水槽側面中心位置安置豎直凸輪，所述豎直凸輪的側面設置螺栓孔，用于安置夾具固定渦輪發動機轉子；所述水平凸輪通過傳動帶與驅動軸連接，所述豎直凸輪通過齒輪副與所述驅動軸連接；所述驅動軸頂端設有凸輪轉動電機。

所述的探頭包括相控陣全聚焦探頭和棒式相控陣全聚焦探頭；超聲檢測子系統和工控機相連；電氣控制系統包含XYZ三向運動機構、探頭角度調整機構；探頭角度調整機構由球鉸及其電機構成；XYZ三向運動機構包括X向運動機構、Y向運動機構、Z向運動機構，其中Z向運動機構由Z向電機和探頭支撐桿構成；Z向電機位于探頭支撐桿的頂端；探頭支撐桿底端設置球鉸及其電機，球鉸下端安置相控陣全聚焦探頭；超聲檢測子系統的棒式相控陣全聚焦探頭通過夾具安裝在探頭支撐桿上。