CN102460141A - 通过磁粉探伤测试涡轮发动机轴的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过磁粉探伤检测方式检验诸如涡轮发动机轴之类的管状部件(12)的试验台，所述试验台包括细长型的工具(14)和分度装置(34)，所述工具被插入到所述部件内并具有内窥装置，所述内窥装置具有用于对所述部件的内表面进行照明的紫外光源并用于观测所述部件的潜在缺陷，所述分度装置通过爪配合与所述工具的外部基准点(32)啮合，所述外部基准点均匀地分布在所述工具的至少部分长度上，用来精确地检验所述工具在所述部件(12)内的推进和位置。

Description

通过磁粉探伤测试涡轮发动机轴的设备和方法

技术领域

本发明涉及用磁粉探伤测试诸如涡轮发动机轴之类的管状部件的试验台和方法。

背景技术

磁粉探伤测试(Magnetoscopic testing，MT)是一种非破坏性测试技术，可以检测由铁磁材料制成的部件表面中的缺陷，或者可以检测所述铁磁材料内部的缺陷。这种技术的特征在于，将含有染色颗粒或涂覆有荧光颜料的铁磁颗粒的物质喷涂到待测部件的表面，然后使所述部件受到磁场的作用，与此同时，在白光或紫外光作用下用内窥方式观测用上述物质处理过的表面。

当磁场的磁力线遇到部件中的缺陷时，这些磁力线会发生偏转，从而在部件表面上产生泄漏场，这些泄漏场会吸引铁磁颗粒与缺陷叠合，由于有荧光染料的存在，在紫外线下可以观测到这些颗粒。

为了检测任何诸如掺杂或加工裂痕之类的金相缺陷，在制造涡轮发动机的低压涡轮机轴和低压压缩机轴之后，或者在维修过程中为了检测由于发动机工作而产生的裂痕，需要对这些轴进行磁粉探伤测试。这些轴是管状的，需要对它们的整个内表面和外表面进行磁粉探伤测试。

当前，在紫外线下借助一种棒对涡轮发动机轴的圆筒形内表面进行观测，所述棒设计为通过轴的一个端部啮合进入轴，并在其远端载有紫外线光源和倾斜的平面镜，平面镜用于将图像反射到位于该棒的近端的CCD摄像机。

这项技术具有多个缺点。棒承载着相对复杂而庞大的设备。紫外线光源由氖灯形成，但氖灯在轴的内表面上不能形成均匀的照明，而且，氖灯发射的光的频率难以控制，这意味着不能得到良好的观测条件。另外，由于平面镜的尺寸和形状，平面镜反射的图像很小，使得难以检测到缺陷。最后，所述棒在轴绕其轴线旋转的同时在轴内进行平移，导致轴的内表面被内窥装置所定义的光斑螺旋状地扫描，使摄像机所记录的图像发生畸变。在这种状况下，难以获得多个被测表面的充分重合，难以保证检测到轴的整个内表面。

发明内容

本发明的一个特定目的是对上述问题提供一种简单、有效而又低廉的解决方案。

为了实现这个目的，本发明提供了一种用于对诸如涡轮发动机轴之类的管状部件进行磁粉探伤测试的试验台，所述试验台包括：支撑和旋转装置，用于对所述部件进行支撑并使其旋转；工具，所述工具为细长形，承载有内窥装置，所述内窥装置用于对所述部件的内表面进行紫外光照明并对部件内的任何缺陷进行观测；以及支撑和引导装置，用于支撑所述工具，并引导所述工具平移以便将所述工具插入到所述部件中，所述试验台的特征在于，所述工具包括多个外部基准，所述外部基准均匀地分布在所述工具的至少一部分长度上，并定义了用于沿所述部件的纵轴以平移方式推进所述工具的均匀歩距，用于支撑和引导所述工具的支撑和引导装置包括索引装置，所述索引装置通过互相啮合与所述工具的基准进行配合，以精确地控制所述工具在所述部件内的推进和位置。

根据本发明，用于支撑内窥装置的工具的外部基准使得可以精确地确定所述工具在被测部件内的位置，从而确定借助内窥装置正在对所述部件的哪个区域进行观测。这些沿所述工具分布的基准定义了在所述部件内以平移方式移动所述工具的均匀推进递增歩距。所述工具被设计为在所述部件绕其轴线旋转时被保持在所述部件内的轴向位置上，这使得可以用所述工具的内窥装置的光斑在所述部件内对环形区域进行扫描。一旦完成对整个环形区域的检测，工具在所述部件内前进或后退一个歩距，以检测与上述的环形区域至少在部分上重叠的新的环形区域。重复这些操作，以检测所述部件的整个内表面。从而，将本发明的工具设计为在所述部件内逐步移动以进行检测。在移动工具时不旋转被测部件，用来限制工具的内窥装置所采集的图像的畸变。

本发明的工具可以由人手工操作，也可以以自动方式操作。工具的外部基准可以是绕工具的纵轴延伸的环形基准。通过向所述工具的外表面涂覆环形标记或在所述工具的外表面上形成环形槽来形成这些外部基准。两个基准之间的距离可以是大约1厘米(cm)。

本发明的工具通常可以是圆筒形的，有利地可以是管状的，内窥装置容纳在所述工具内，并沿所述工具延伸。这可以保护内窥装置并限制所述工具的总体尺寸。另外，所述工具是刚性的，从而防止内窥装置在使用时挠曲和振动。

内窥装置可以包括紫外光光导装置和图像传输装置，紫外光光导装置和图像传输装置从工具的近端延伸至工具的远端，并从工具的远端沿轴向突出。

有利地，图像传输装置在其远端包括至少一个棱镜。采用这种棱镜保证了良好质量的图像传输。

根据本发明的另一个特征，所述工具的每个推进歩距的尺寸等于或小于内窥装置的观测场直径的一半。优选地，每个歩距的尺寸大致等于内窥装置的观测场的直径的一半。

本发明的试验台在所述部件的两个端部均可以包括支撑和引导所述工具的支撑和引导装置，以通过所述部件的一个端部或另一个端部将所述工具插入到所述部件中。

当被测部件长度大时，所述工具通过所述部件的端部中的一个端部啮合在所述部件中，然后，通过另一个端部啮合在所述部件中，以便检测所述部件的整个内表面。

用于支撑和引导所述工具的支撑和引导装置包括分度装置，所述分度装置通过相互啮合与所述工具的外部基准配合，以精确地控制所述工具在所述部件内的推进和位置。

最后，本发明提供了一种利用上述试验台对管状部件进行磁粉探伤测试的方法，所述方法的特征在于，其包含以下步骤：

a)，通过所述部件的端部中的一个，将所述工具插入被测部件中，直到所述工具在所述部件中占据了期望的位置，所述位置是由所述试验台的分度装置通过相互啮合与所述工具的基准配合所定义；

b)，保持所述工具不动，并使所述部件绕其轴线旋转，以借助所述工具的内窥装置对所述部件内的环形区域进行检测；

c)，然后，在所述部件内的纵向方向上，使所述工具移动一个歩距，直到所述分度装置通过相互啮合与所述工具的相邻基准配合；以及

d)，重复步骤b)和c)，直到在期望长度上完成对部件的检测。

所述方法还包括，通过将所述工具插入到所述部件的另一端，重复步骤a)、b)、c)和d)。

本发明的方法还包括检测每个部件两次，其中，在第一次检测过程中，使所述部件受到纵向磁场的作用，在第二次检测过程中，使所述部件受到横向磁场的作用。

最好在磁场的磁力线垂直于部件中的缺陷时对缺陷进行检测。

向部件施加纵向磁场用于检测部件中大致周向朝向的缺陷，而向部件施加横向磁场用于检测部件中大致轴向朝向的缺陷。

附图说明

阅读下文参照附图对非限定性实施例所进行的描述，可以更好地理解本发明，本发明的其他细节、特征和优点也变得更清楚。其中：

图1和图2是根据本发明的用于采用磁粉探伤装置进行非破坏性测试的试验台的示意性视图，这两个视图示出了本发明的测试方法的两个步骤；以及

图3和图4是本发明的用于对管状部件进行磁粉探伤测试的工具的局部示意性透视图。

具体实施方式

最初参照图1，图1示出了用于通过磁粉探伤装置对管状部件进行非破坏性测试(non-destructive testing，NTD)的试验台10，在所示的实例中，管状部件是由涡轮发动机轴12组成，具体是涡轮发动机的低压涡轮轴或低压压缩机轴。

轴12通常具有绕纵轴A的圆筒形或细长形的形状，由铁磁材料制成。在制成轴12之后或者在涡轮发动机的维修过程中，为了探测在轴12的铁磁材料中的可能出现的缺陷，需要对轴12的圆筒形内表面和外表面进行磁粉探伤测试。

对轴12的内表面的磁粉探伤测试本质上是通过两个步骤进行的：第一步，将包含涂覆有荧光颜料的铁磁颗粒喷涂到轴的内表面上，第二部，使轴受到磁场的作用，同时，带有内窥装置的工具14与轴的内侧啮合，在紫外光的作用下对轴的内表面进行视觉检测，已经用上述物质对轴的内表面进行了处理。

测试试验台10包括对轴12进行支撑并使轴12绕其轴线A旋转的支撑和旋转装置16、上述类型的非破坏性磁粉探伤测试工具14、对所述测试工具进行支撑和引导以在轴12内进行平移的支撑和引导装置18、以及磁场发生装置20。

轴12在其各个端部由固定到地板22的多个支撑装置16所保持。这些支撑装置可以使轴12绕其轴线A(箭头24)旋转。

多个用于支撑工具14的装置被布置在轴12的各个端部，使得工具14被啮合，并被引导通过轴的一个端部或另一个端部，如图1和图2所示。通过示例，这些支撑装置18包括多个轮26，用于在水平面上引导所述工具在轴内做轴向平移。

磁场发生装置20适于在纵向(箭头28)和/或横向(箭头30)方向上向轴12施加磁场。

本发明的工具14包括安装在管状圆筒形主体内部的内窥装置，所述管状圆筒形主体具有形成在其外侧表面上的基准32，以定义工具沿轴的轴线A平移推进的均匀歩距。

在所述示例中，这些基准32由绕所述工具的纵轴延伸的外部环形标记或外部环形槽组成(见图1至图3)。这些基准32形成在工具主体的长度部分的大部分上。

用于支撑工具14的支撑和引导工具18具有分度装置34，分度装置34与工具的基准32配合，以精确控制和精确确定所述工具在轴12上的轴向位置。在图3所示的示例中，这些分度装置是球型分度装置，例如，通过相互啮合与工具的环形槽32配合的球型分度装置，从而将工具保持在相对于轴12的轴向位置上。

工具14所承载的内窥装置包括多个图像传输装置36和多个在工具主体内沿轴向延伸的紫外光光导装置38。

这些图像传输装置36从工具主体的远端沿轴向突出出来(见图4)，这些图像传输装置36在所述远端包括至少一个棱镜40，该棱镜用于向容纳于工具主体内的一系列透镜或类似的装置反射图像。例如，图像被位于工具近端的摄像机所捕获，使得随后可以在监视器屏幕上观看这些图像。在一个变型例中，图像传输装置36在其近端包括目镜。

光导装置38在工具的近端连接至紫外光源，这些光导装置在它们的相对端从工具主体的远端沿轴向突出。

内窥装置是偏转远端瞄准类型的，即，由图像传输装置36的棱镜所定义的观测轴是横向定位的，大致垂直于工具的纵轴，由光导装置38的远端定义的瞄准轴大致平行于所述瞄准轴。

图像传输装置36和光导装置38还在它们各自的近端连接到控制和数据处理器单元42。

内窥装置的照明装置所限定的光斑通常是圆形的。工具14被设计为通过轴的端部中的一个与轴啮合(见图1)，并借助分度装置34保持在一个给定的轴内的轴向位置上。当支撑和旋转装置16使轴12绕轴线A旋转(箭头24所示的方向)时，支撑和引导装置18使工具保持不动，使得工具的内窥装置的光斑对轴的环形内表面进行扫描。然后，工具以平移的方式在轴内向前或向后移动一步(箭头42所示的方向)，然后，支撑和引导装置18的分度装置34再一次使工具保持不动。然后，旋转轴12，使内窥装置的光斑再一次对轴的环形内表面进行扫描，新扫描的环形内表面部分与之前扫描的环形内表面部分之间至少有部分重叠。这样，在轴12被旋转时，工具14在轴内一步一步地向前或向后移动，在每一次移动之后，工具14均被保持不动。

当工具的每个移动歩距的尺寸大致等于内窥装置的光斑直径一半时，光斑每次检测的环形表面覆盖了每个相邻检测的环形表面的一半，从而使得轴的整个内部表面被检测两次。

当被检测的轴长度很大，不能只通过它的一个端部啮合所述工具对轴的整个内表面进行检测时，最初通过轴的一个端部将所述工具啮合进入轴中，以检测轴的内表面的第一半部(见图1)，然后，通过轴的另一个端部再次将所述工具啮合进入轴中，以检测轴的内表面的第二半部(见图2)。

当轴在纵向方向(箭头28)上受到磁场作用时，执行图1和图2中示出的根据本发明的方法的上述步骤，以检测轴的朝向大致为圆周方向上的缺陷，当轴在横向方向(箭头30)上受到磁场作用时，重复这些步骤，以检测轴的朝向大致为轴向方向上的缺陷。

可以人工或自动地移动工具14和转动轴12。

轴12的长度在1.8m到2m的范围内，工具14的长度大约1.8米。工具14可以呈现圆形、正方形、多边形或任意形状的截面。工具上的外部基准32定义的歩距大小可以是大约10毫米(mm)。

Claims (13)

1.一种用于用磁粉探伤方式对诸如涡轮发动机轴之类的管状部件(12)进行测试的试验台(10)，所述试验台包括：支撑和旋转装置(16)，用来对所述部件进行支撑和旋转；细长型工具(14)，所述工具承载有用来对所述部件的内表面进行紫外照明和对所述部件内的任何缺陷进行观测的内窥装置；以及支撑和引导装置(18)，用来对所述工具(14)进行支撑，并引导所述工具平移，以使其被插入到所述部件内；所述试验台的特征在于：

所述工具包括多个外部基准，所述外部基准均匀地分布在所述工具的至少部分长度上，并定义了用来沿所述部件的纵轴方向推进所述工具平移的均匀歩距，对所述工具(14)进行支撑和引导的支撑和引导装置(18)具有分度装置(34)，所述分度装置通过相互啮合与所述工具(14)的基准(32)进行配合，以精确地控制所述工具在所述部件(12)内的推进和位置。

2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述工具(14)具有多个绕所述工具的纵轴延伸的环形基准(32)。

3.根据权利要求2所述的试验台，其特征在于，所述环形基准(32)是通过在所述工具的外表面上涂覆环形标记或者在所述工具的外表面上形成环形槽形成的。

4.根据之前任何一项权利要求所述的试验台，其特征在于，所述工具(14)通常是圆筒形的形状。

5.根据之前任何一项权利要求所述的试验台，其特征在于，所述工具(14)是管状的，所述内窥装置在所述工具内延伸。

6.根据之前任何一项权利要求所述的试验台，其特征在于，所述内窥装置包括紫外光光导装置(38)和图像传输装置(36)，紫外光光导装置(38)和图像传输装置(36)从所述工具的近端延伸至所述工具的远端，并从所述工具的远端沿轴向突出出来。

7.根据权利要求6所述的试验台，其特征在于，所述图像传输装置(36)在其远端包括至少一个棱镜(40)。

8.根据之前任何一项权利要求所述的试验台，其特征在于，每个推进歩距的大小等于或小于所述内窥装置的观测场的直径。

9.根据之前任何一项权利要求所述的试验台，其特征在于，每个推进歩距的大小等于或小于所述内窥装置的观测场的直径的一半。

10.根据之前任何一项权利要求所述的试验台，其特征在于，所述试验台包括支撑和引导装置(18)，所述支撑和引导装置在所述部件(12)的各个端部对所述工具进行支撑和引导，以通过所述部件的端部中的一个端部或另一个端部将所述工具插入所述部件中。

11.一种采用根据上述任何一项权利要求所述的试验台，通过磁粉探伤测试对管状部件(12)进行测试的方法，所述方法的特征在于其包含下列步骤：

a)，通过所述部件的端部中的一个，将所述工具(14)插入所述部件中，直到所述工具在所述部件中占据了期望的位置，所述位置是由所述试验台的分度装置通过相互啮合与所述工具的基准配合所定义；

b)，保持所述工具不动，并使所述部件绕其轴线旋转，以借助所述工具的内窥装置对所述部件内的环形区域进行检测；

c)，然后，在所述部件内的纵向方向上，使所述工具移动一个歩距，直到所述分度装置通过相互啮合与所述工具的相邻基准配合；以及

d)，重复步骤b)和c)，直到在期望长度上完成对部件内部的检测。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，通过将所述工具(14)插入到所述部件(12)的另一端，重复步骤a)、b)、c)和d)。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括检测每个部件(12)两次，其中，在第一次检测过程中，使所述部件受到纵向磁场的作用，在第二次检测过程中，使所述部件受到横向磁场的作用。

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