双金属涡轮结合面超声相控阵检测方法研究
整体涡轮是航空发动机的核心热端部件，包括轮盘和叶片两部分。与传统航空涡轮制作工艺相比，整体涡轮采用热等静压（HIP）扩散连接工艺将叶盘和叶片设计为一体，具有致密度高和可靠性强等优点，在高温环境条件下具有抗腐蚀和抗氧化能力。由于双金属热等静压扩散连接工艺的特殊性，在双金属结合面处易出现结合强度差等缺陷，因此非常有必要对双金属涡轮结合面处的缺陷进行检测研究。 由于整体涡轮结合面复杂且材料为镍基高温合金，常规无损检测手段无法检测异形结合面缺陷。本论文主要采用超声相控阵探头作为发射探头、小角度纵波探头和曲面探头作为接收探头的收发分离检测工艺对整体涡轮结合面进行全覆盖检测，利用有限元仿真软件和收发分离检测设备对接收到的波形进行判别和定位分析，主要的研究内容如下： 首先，本文基于整体涡轮的几何结构特点进行分析，确定收发分离超声相控阵检测工艺对涡轮结合面进行检测，然后分别对收发分离检测方法和涡轮界面缺陷定位方法进行论证。 其次，利用COMSOL Multiphysics有限元软件对带人工缺陷的涡轮椎体和球孔涡轮模型中相控阵超声波的传播规律进行分析研究。并根据直达波和缺陷反射回波的时间差Δt验证涡轮界面缺陷定位方法的可靠性。 最后，设计并制作涡轮椎体试样和球孔涡轮试样，设计整体涡轮结合面缺陷检测流程，利用4.5MHz、16阵元超声相控阵探头作为发射探头，小角度纵波探头和曲面探头作为接收探头的收发分离检测工艺分别对其进行检测，并对缺陷进行判别、定位和成像。 研究结果表明：收发分离超声相控阵检测工艺可以对双金属涡轮结合面缺陷进行判别、定位和成像。利用有限元仿真和试验方法对试样分析研究，可根据直达波与结构之间是否存在缺陷反射回波判别是否存在界面缺陷；采用涡轮界面定位方法，对界面缺陷进行定位分析，定位误差在2mm内；通过对接收探头在涡轮试样底部接收到的超声波进行幅值成像，界面缺陷特征明显，提高了检测效率。
收发分离;超声相控阵;有限元分析;缺陷定位;涡轮结合面
南昌航空大学
硕士
测试计量技术及仪器
陆铭慧
2018
中文
TG115.28
65
2018-11-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）