CN102927935B - 一种单晶空心叶片壁厚超声波检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种单晶空心叶片壁厚超声波检测方法，首先制作检测专用模板，并用检测专用模板在叶片上标出检测点，将各个测量截面上处于同一晶体生长方向上的待测点连成直线，并将所述直线延伸至叶尖，利用单晶材料沿其生长方向上声速大致相同的原理，采用游标卡尺测出待测点沿其生长方向上叶尖部位的壁厚，通过仪器测出待测点沿其生长方向上叶尖部位的声速，进而获得各待测点的声速，最后将各待测点的声速输入测厚仪，就可测的各待测点的壁厚值。采用该检测方法具有较高的检测精度，精度可到0.03mm，并且检测时间较工业CT时间缩短2/3，因此该检测方法具有检测精度高，检测效率高，检测结果可靠的优点。满足生产要求。

Description

一种单晶空心叶片壁厚超声波检测方法

技术领域

本发明涉及叶片壁厚检测技术领域，具体为一种单晶空心叶片壁厚超声波检测方法。

背景技术

目前单晶空心叶片壁厚测量常用的方法有工业CT层析法、和超声脉冲反射法。

通过检索国内外专利和论文数据库，检测到《航空制造技术》2005年11期论文：《基于CBVCT图像序列的空心涡轮叶片壁厚检测技术》是基于叶片锥束体积CT图像序列和CAD模型的叶片壁厚检测方法，其原理就是工业CT技术其基本原理为当射线束穿过被检物时,根据各个透射方向上探测器接收到的透射能量，按照一定的图像重建算法,即可获得被检工件截面一薄层无影像重叠的断层扫描图像,重复上述过程又可获得一个新的断层图像,当测得足够多的二维断层图像就可重建出三维图像。这种方法可以用于复杂型腔的空心叶片的壁厚测量，但测量速度较慢，每小时只能测量1-2个叶片，工作效率低，测量精度也不高，不能满足航空叶片制造的要求。

通过检索国内外专利，检测到专利号为200920288310；专利类型为：新型；专利申请日为2009/12/23；分类号为G01B17/02专利名称为“一种复杂空心涡轮叶片壁厚检测专用摸板”该专利内容为常规脉冲反射法检测空心涡轮叶片壁厚检测专用摸板的加工。不涉及检测方法。

超声脉冲反射法是目前应用较为广泛的一种测厚技术，测量精度和检测效率比较高，超声波探头将电压信号转换为超声波脉冲发射出去，当遇到端面时脉冲会发生反射，反射回来的信号被超声波发射探头接收并转换为电压信号.超声波会在界面上多次反射，根据其中任一次反射来回所需的时间均可计算出两界面之间的厚度。

超声脉冲反射法虽然具有测量精度和检测效率高的优点，但其测厚的前提是材料的声速是均一的，对于单晶叶片来说，因为材料的各向异性导致声速的各向异性，如采用常规超声脉冲发射法对单晶叶片进行测量，则测量误差大，严重时误差将达到30%左右。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种单晶空心叶片壁厚超声波检测方法。

技术方案

本发明的原理是利用单晶材料晶粒生长方向上声速近似相等这一特点，通过测量待测点晶粒生长方向上叶尖部位的壁厚计算出叶尖部位的声速，进而得到各待测点的声速，通过各待测点的声速就可测量出各待测点的壁厚值。

本发明的技术方案为：

所述单晶空心叶片壁厚超声波检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据待检测的单晶空心叶片尺寸，制作检测专用模板；

步骤2：将检测专用模板固定在待检测的单晶空心叶片上，并采用标记工具在待检测的单晶空心叶片上标出各个测量截面上的待测点；所述测量截面垂直于待检测的单晶空心叶片主轴方向；同一晶体生长方向上至少两个待测点；

步骤3：将各个测量截面上处于同一晶体生长方向上的待测点连成直线，并将所述直线延伸至叶尖；

步骤4：对于一个晶体生长方向上的各个待测点，采用如下步骤得到各个待测点位置处的叶片厚度：

步骤4.1：采用机械式测量工具测量所述晶体生长方向上各待测点连线延伸线在叶尖处的叶片厚度；

步骤4.2：采用超声波测量工具测量步骤4.1中同一测量位置处的叶片厚度，所述超声波测量工具测量过程中，调节超声波声速，得到超声波测量工具测得的叶片厚度值与步骤4.1中得到的叶片厚度值相同时的超声波声速；

步骤4.3：采用步骤4.2得到的超声波声速，利用超声波测量工具测量各个待测点位置处的叶片厚度；

步骤5：重复步骤4，得到所有晶体生长方向上的待测点位置处的叶片厚度。

有益效果

常规超声波壁厚检测的原理是基于材料的声速单一，因此只要测厚仪测出声波在材料上下表面波传播的时间差，就可计算出材料上下表面的厚度。但单晶材料声速各向异性，如果采用常规方法因为声速的变化导致材料的壁厚误差较大，距统计误差最大可达到30%左右。本检测方法利用单晶材料沿其生长方向上声速大致相同，因此只要测出待测点沿其生长方向上叶尖部位的壁厚（可采用游标卡尺或千分尺获得），通过仪器测出待测点沿其生长方向上叶尖部位的声速，进而获得各待测点的声速，最后将各待测点的声速输入测厚仪，就可测的各待测点的壁厚值。采用该检测方法具有较高的检测精度，精度可到0.03mm，并且检测时间较工业CT时间缩短2/3，因此该检测方法具有检测精度高，检测效率高，检测结果可靠的优点。满足生产要求。

附图说明

图1：单晶空心叶片测量截面示意图；

图2：单晶空心叶片测量截面上各测量点示意图；

其中：1、叶片主轴；2、叶尖；3、Ⅱ测量截面；4、Ⅴ测量截面；5、Ⅷ测量截面。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例采用超声波检测方法检测某机单晶高压涡轮工作叶片壁厚：

步骤1：根据待检测的单晶高压涡轮工作叶片的尺寸，利用专利号为ZL200920288310“一种复杂空心涡轮叶片壁厚检测专用模板”中公开的方法制作测量单晶叶片壁厚的检测专用模板。

步骤2：将步骤1中制作的检测专用模板固定在待检测的单晶高压涡轮工作叶片上，并用记号笔在待检测的单晶高压涡轮工作叶片上标出各个测量截面上的待测点；所述测量截面垂直于待检测的单晶空心叶片主轴方向；为了便于后续步骤进行，本实施例中采用了三个测量截面，每个测量截面上有标号为K1、K2、…、K14共14个测量点，其中不同测量截面上标号相同的测量点为处于同一晶体生长方向上的测量点。

步骤3：将三个测量截面上处于同一晶体生长方向上的测量点连成直线，并将所述直线延伸至叶尖，如图1所示。

步骤4：对于一个晶体生长方向上的各个测量点，采用如下步骤得到各个测量点位置处的叶片厚度：

步骤4.1：采用游标卡尺测量所述晶体生长方向上各测量点连线延伸线在叶尖处的叶片厚度，测量结果如下表1(单位mm)所示：

表1

截面	K1	K2	K3	K4	K5	K6	K7	K8	K9	K10	K11	K12	K13	K14
															叶尖	0.64	0.56	0.46	0.28	0.20	0.22	0.40	0.38	0.42	0.46	0.42	0.36	0.40	0.56

步骤4.2：采用超声波测量工具测量步骤4.1中同一测量位置处的叶片厚度，所述超声波测量工具测量过程中，调节超声波声速，得到超声波测量工具测得的叶片厚度值与步骤4.1中得到的叶片厚度值相同时的超声波声速，检测结果见表2(单位m/s)所示：

表2

截面	K1	K2	K3	K4	K5	K6	K7	K8	K9	K10	K11	K12	K13	K14
															叶尖	9428	8864	8864	7535	5879	5879	6754	6917	6056	7275	7822	8096	7283	6546

根据单晶叶片晶粒生长特性，同一晶体生长方向上各测量点位置处的声速近似相同，在本实施例中就采用同一晶体生长方向在叶尖位置处得到的超声波声速作为各个对应测量点位置的超声波声速，各待测点的声速值如表3(单位m/s)所示：

表3

步骤4.3：采用步骤4.2得到的超声波声速，利用超声波测量工具测量各个待测点位置处的叶片厚度；

步骤5：重复步骤4，得到所有晶体生长方向上的待测点位置处的叶片厚度。测得的各个测量点的壁厚值如表4所示：

表4

待测截面	K1	K2	K3	K4	K5	K6	K7	K8	K9	K10	K11	K12	K13	K14
															Ⅱ-Ⅱ	0.95	/	/	1.15	/	/	0.52	0.40	/	/	1.52	/	/	0.82
Ⅴ-Ⅴ	1.21	1.63	2.14	1.85	1.18	1.73	0.36	0.52	2.31	2.24	2.22	2.20	1.84	0.89
															Ⅷ-Ⅷ	1.17	1.82	3.08	2.52	1.66	1.53	0.54	0.38	2.87	3.14	2.93	3.11	2.59	1.14

Claims (1)

1.一种单晶空心叶片壁厚超声波检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据待检测的单晶空心叶片尺寸，制作检测专用模板；

步骤2：将检测专用模板固定在待检测的单晶空心叶片上，并采用标记工具在待检测的单晶空心叶片上标出各个测量截面上的待测点；所述测量截面垂直于待检测的单晶空心叶片主轴方向；同一晶体生长方向上至少两个待测点；

步骤3：将各个测量截面上处于同一晶体生长方向上的待测点连成直线，并将所述直线延伸至叶尖；

步骤4：对于一个晶体生长方向上的各个待测点，采用如下步骤得到各个待测点位置处的叶片厚度：

步骤4.1：采用机械式测量工具测量所述晶体生长方向上各待测点连线延伸线在叶尖处的叶片厚度；

步骤4.2：采用超声波测量工具测量步骤4.1中同一测量位置处的叶片厚度，所述超声波测量工具测量过程中，调节超声波声速，得到超声波测量工具测得的叶片厚度值与步骤4.1中得到的叶片厚度值相同时的超声波声速；

步骤4.3：采用步骤4.2得到的超声波声速，利用超声波测量工具测量各个待测点位置处的叶片厚度；

步骤5：重复步骤4，得到所有晶体生长方向上的待测点位置处的叶片厚度。