航空渦輪盤(pán)件的相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、航空渦輪盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，制造中由于工藝參數(shù)波動(dòng)可能導(dǎo)致偏析、夾雜物、孔洞、裂紋等各類缺陷；服役過(guò)程受力復(fù)雜、條件嚴(yán)苛，往往產(chǎn)生疲勞裂紋缺陷，而航空渦輪盤(pán)即使存在微小缺陷也可能造成嚴(yán)重后果，因此對(duì)其進(jìn)行出廠和在役的無(wú)損檢測(cè)顯得十分必要。相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)是一種可通過(guò)電子方法實(shí)現(xiàn)聲束變角、深度變焦的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，避免了常規(guī)單晶探頭因移動(dòng)范圍、聲束角度有限而引起缺陷漏檢。此外，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的聲場(chǎng)能控制能力強(qiáng)、檢測(cè)能量高，可有效

2、提高檢測(cè)精度和檢測(cè)效率。根據(jù)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)有望對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高溫合金航空渦輪盤(pán)中的各類缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的無(wú)損檢測(cè)。相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)在對(duì)航空渦輪盤(pán)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于其體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且組織結(jié)構(gòu)粗大，當(dāng)微小缺陷位于航空渦輪盤(pán)近表面、底面、復(fù)雜結(jié)構(gòu)區(qū)域時(shí)，由于缺陷信號(hào)容易混淆、信噪比低，缺陷檢測(cè)容易出現(xiàn)漏檢或誤檢。因此，分析相控陣超聲聲場(chǎng)分布特點(diǎn)及其影響因素以優(yōu)化檢測(cè)參數(shù)、分析檢測(cè)信號(hào)并提出相應(yīng)的信號(hào)處理算法對(duì)檢

3、測(cè)信號(hào)及圖像進(jìn)行降噪處理是航空渦輪盤(pán)相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容。
　　首先，理論分析陣元數(shù)、陣元間距、頻率等參數(shù)對(duì)航空渦輪盤(pán)相控陣超聲聲場(chǎng)的影響，結(jié)果表明：相控陣超聲聚焦聲場(chǎng)能量隨陣元數(shù)的增加、頻率的提高而增強(qiáng)；相控陣超聲柵瓣幅度隨陣元間距的增大而增大。第二，試驗(yàn)分析盤(pán)件中超聲相控陣聲場(chǎng)特性，測(cè)量航空渦輪盤(pán)中相控陣超聲焦區(qū)寬度及信號(hào)幅值隨陣元數(shù)及聚焦深度的變化規(guī)律，結(jié)果表明：相控陣超聲焦區(qū)寬度隨陣元數(shù)的增加而減小，隨聚焦深度

4、的增加而增大；采用相控陣超聲斜探頭對(duì)半徑為50mm圓弧上分布的間隔橫孔進(jìn)行檢測(cè)成像試驗(yàn)，并分析陣元數(shù)、探頭布置位置對(duì)檢測(cè)分辨率的影響，結(jié)果表明：增加陣元數(shù)、適當(dāng)調(diào)整探頭位置使與橫孔圖像相交的掃查線角度間隔增大有利于提高檢測(cè)分辨率。第三，采用超聲相控陣斜探頭對(duì)航空渦輪盤(pán)中槽型缺陷進(jìn)行檢測(cè)成像試驗(yàn)，深入分析航空渦輪盤(pán)中面型缺陷的超聲相控陣成像方法及其圖像特征，并根據(jù)窄槽衍射回波形成的相互分離條紋測(cè)量出窄槽缺陷的取向和尺寸，同時(shí)分析了陣元數(shù)、

5、探頭布置位置對(duì)窄槽檢測(cè)精度的影響，結(jié)果表明：相控陣超聲測(cè)長(zhǎng)值總體要稍大于窄槽實(shí)際長(zhǎng)度；檢測(cè)近表面窄槽缺陷應(yīng)選擇少陣元數(shù)，遠(yuǎn)距離檢測(cè)則應(yīng)采用多陣元檢測(cè)。第四，采用相控陣超聲斜探頭開(kāi)展了關(guān)于航空渦輪盤(pán)復(fù)雜區(qū)域微小缺陷的試驗(yàn)研究，優(yōu)化相控陣超聲檢測(cè)參數(shù)，深入分析航空渦輪盤(pán)相控陣超聲檢測(cè)特征信號(hào)，結(jié)果表明：采用5MHz頻率相控陣超聲斜探頭、激發(fā)32陣元、激勵(lì)信號(hào)脈沖寬度設(shè)置為100ns、聚焦深度為102mm(孔深)可有效檢測(cè)該缺陷。最后，為提高

6、航空渦輪盤(pán)微小缺陷相控陣超聲檢測(cè)信號(hào)的信噪比以及扇掃圖像質(zhì)量，深入分析結(jié)構(gòu)檢測(cè)信號(hào)特征，并采用小波包分解技術(shù)觀察缺陷檢測(cè)信號(hào)的時(shí)頻特征，對(duì)比了小波閾值及小波基對(duì)檢測(cè)信號(hào)降噪效果的影響并對(duì)小波包閾值進(jìn)行優(yōu)化以獲得最優(yōu)小波包降噪?yún)?shù)。為進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量，采用奇異值分解技術(shù)對(duì)經(jīng)小波包處理后的航空渦輪盤(pán)超聲相控陣檢測(cè)信號(hào)做進(jìn)一步處理，對(duì)比了Hankel矩陣維數(shù)如何選取以及奇異值如何處理時(shí)的降噪效果，從而得到最優(yōu)奇異值降噪?yún)?shù)，結(jié)果表明：航空渦

7、輪盤(pán)中微小缺陷信號(hào)緊鄰航空渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)信號(hào)；缺陷特征信號(hào)并非集中在某一頻帶范圍內(nèi)，因此，針對(duì)特定頻帶范圍進(jìn)行濾波將在濾除噪聲的同時(shí)可能造成缺陷特征信號(hào)的損失；根據(jù)小波包分析結(jié)果選擇部分分解信號(hào)并結(jié)合改進(jìn)的去噪閾值，可有效的提取檢測(cè)圖像的缺陷特征圖像、結(jié)構(gòu)特征圖像，甚至也可將材料組織結(jié)構(gòu)引起的噪聲條紋提取出來(lái)；采用優(yōu)化參數(shù)后的奇異值分解技術(shù)對(duì)相控陣超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理并成像，缺陷信噪比以及分辨率得到進(jìn)一步提高。
　　綜上，采用相控