CN103308532B - 一种检测空心叶片内腔多余非金属的方法 - Google Patents
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Abstract
一种检测空心叶片内腔多余非金属的方法，对空心叶片内灌装金属粉粒后进行射线照相。由于叶片型腔内部填充了与非金属材料吸收率差异大的金属粉粒，使得非金属所在的空间不会被金属粉粒所填充。同时，由于非金属对射线的衰减远小于金属粉粒对射线的衰减，非金属多余物的影像黑度远大于已填粉的空腔的影像黑度。因此，该检测方法所获得的影像对比度较大，非常清晰，检测结果可靠，利用该方法可以非常有效的发现空心叶片内腔是否有多余非金属物，保证了叶片的内部质量。
Description
技术领域
本方法是用于航空发动机空心叶片内部质量检测的，具体是利用常规X射线检测手段发现空心叶片内腔多余非金属，如陶芯、蜡料、积碳。
背景技术
大多数空心叶片在制造过程中，往往需要利用非金属材料，如陶瓷型芯，得到内部空心结构，然后在后工序将这些非金属材料去除，获得空心叶片。在空心叶片的加工过程中，某些非金属材料会进入空心叶片的内部，也会造成零件内部多余非金属。如果这些非金属材料去除不干净，将会堵塞内部通道、影响零件的使用或性能、甚至在发动机中瞬间存在都会造成重大不可想象事故。因此，如何可靠地检测这些内腔多余非金属，成为一项重要工作。
射线检测是用于发现零件内腔多余物的重要手段，用普通的X射线照相法，检测空心叶片内腔多余非金属时，往往在底片上无法得到多余非金属的影像显示。在后续工序中，经常出现射线检测无任何多余非金属影像显示的零件，在加工过程中发现型腔内有明显的多余非金属。给后续生产带来严重的影响，造成生产成本的不必要浪费。如何改进射线检测工艺，保证对非金属多余物的发现，成为射线检测方法中的一个难点。
目前，我国对空心叶片内腔多余非金属的检测，进行了一些探讨性研究，主要采用红外热波成像技术和热中子照相法对空心叶片内腔多余非金属进行无损检测。采用红外热波成像技术，通过主动控制激励热源和测试样件表面温度场变化实现叶片内非金属物质的检测。但是，该方法需建立复杂红外热波检测系统，要实现软件的研制与开发的仿生实验等，其设备器材较昂贵，检测灵敏度较低，工业化应用尚不成熟。如我国期刊2007年9月20日《红外技术》刊登的《红外热波无损检测技术在涡轮叶片探伤中的应用》对该方法检测空心叶片进行了介绍。
热中子照相法，如哈尔滨工业大学2011年发表的《空心叶片内部微量残芯的检测方法及工艺》利用4.5MV静电加速器对叶片进行了热中子照相检测。其利用低原子序数物质对热中子的吸收系数远大于叶片金属元数的特点实现检测。但该方法成本极高， 防护成本极高，稍微防护不当，可能对操作人员带来致命的后果。
发明内容
为克服现有技术中存在的或者检测结果不准确，或者成本高的不足，本发明提出了一种检测空心叶片内腔多余非金属的方法。
本发明的具体过程是：
步骤1、烘干叶片：在叶片清除内腔陶芯后，对叶片用水以0.27MPa的水压清洗。清洗后的叶片置于烘箱内保温1.5～2h烘干；烘干的温度为150-200℃。
步骤2、密封叶片开口：在叶片叶冠处的开口作为灌粉的开口；将其余的叶片开口密封。
步骤3、筛取金属粉粒：筛取粒径为50μm～350μm的金属粉粒。所述金属粉粒的材料密度为与叶片金属材料密度相同或相当。
步骤4、灌装金属粉粒：将得到的金属粉粒从叶片上预留的开口灌入叶片内，并将该叶片置于振动台上，振动时间为5分钟，使叶片内腔各个部分被粉粒完全填实。振动台的输出频率为15～20Hz之间。
步骤5、密封叶片预留灌粉口：将叶片上预留的灌粉口用胶布进行密封。
步骤6、对叶片进行射线检测：采用胶片射线照相或数字射线技术对已灌装有金属粉粒的叶片进行射线检测。
步骤7、检测影像评定：进行检测影像评定时，根据影像的灰度进行评定，影像中存在有黑度时，该黑度所对应的叶片内腔中有非金属多余物存在；反之，该叶片内腔中无非金属多余物。
所述密度相当是指所选金属粉粒材料与叶片材料在相同厚度、相同的射线照相条件下，进行射线检测后，检测底片的黑度差在±15%以内。
本发明能够避免现有射线检测方法不能有效发现金属叶片内腔多余非金属的缺点，可以高效率、低成本地检测叶片内腔多余非金属缺陷。
对空心叶片检测内腔多余非金属，采用常规射线照相方法时，由于航空叶片多采用高温合金制造，叶片内腔非金属材料如陶瓷型芯对X射线的衰减系数太小，高温合金与非金属之间由于X射线衰减系数差异太大，在X射线保证穿透叶片的工艺条件下，很难发现内腔非金属材料。采用本发明，对空心叶片灌金属粉粒后进行射线照相，由 于叶片型腔内部填充了与非金属材料吸收率差异大的金属粉粒，这样非金属所在的空间不会被金属粉粒所填充，非金属对射线的衰减远小于金属粉粒对射线的衰减，非金属多余物的影像黑度远大于已填粉的空腔的影像黑度。因此，该检测方法所获得的影像对比度较大，非常清晰，检测结果可靠，利用该方法可以非常有效的发现空心叶片内腔是否有多余非金属如陶芯，蜡料，积炭等的存在，保证叶片内部质量。
另外，如果结合数字射线检测技术，还可以减少常规射线检测耗材的使用，节约检测成本。通过对空心叶片灌金属粉粒，然后采用常规的射线检测便可以准确可靠进发现空心叶片内部的多余非金属，无需采购国外价格高昂的中子射线设备，和专用检测耗材,减少了专用设备的购置，同时也减少了中子射线对环境的破坏。
为验证本发明的效果，以某发动机涡轮工作叶片检测间隙试验验证。所述的某发动机涡轮工作叶片采用无余量精密铸造技术成型，在铸造成型后需要将陶瓷型芯去除；该叶片在机械加工过程中为防止铁屑等杂物进行叶片内腔，需要用蜡料对叶片开口进行封堵；该叶片在使用过程中，表面的积炭可能会进入叶片内腔；这些陶瓷型芯、蜡料和积炭会影响叶片内腔散热通道的正常工作，在加工工序中，会影响工序工作质量。采用本发明依据涡轮工作叶片的材料K444，选用材料FGH95/FGH96/FGH97金属粉粒进行灌粉后，按照射线照相检验技术确定以电压170Kv、曝光量26mA·min、焦距1800mm，采用MX125/AA400双胶片垂直透照布置可以得到高清晰度和高对比度的射线照相底片，实现了空心叶片内腔非金属的检测。
附图说明
图1是未灌粉射线检测空心叶片结果
图2是灌粉后射线检测空心叶片结果
图3是人为型芯残留未灌粉射线检测结果
图4是人为型芯残留灌粉后射线检测结果
图5是本发明的流程图。
具体实施方式：
本实施例是一种检测空心叶片内腔多余非金属，叶片材料：K444。本实施例的具体步骤是：
步骤1、烘干叶片：在叶片清除内腔陶芯后，对叶片用水以0.27MPa的水压清洗。清洗后的叶片置于烘箱内保温1.5～2h烘干；烘干的温度为150-200℃。本实施例中， 叶片烘干的温度为180℃，烘干时间为1.5h。
步骤2、密封叶片开口：在叶片叶冠位置选取一个最大开口作为灌粉的开口，一般开口要求大于5mm。将叶片上的其它开口用透气性较好的胶布进行密封，如医用白胶布，保证金属粉粒不会泄露。
步骤3、筛取金属粉粒：选择与叶片的金属密度相同或相当的金属粉粒作为填充物。所述的密度相当是指所选金属粉粒材料与叶片材料当以相同厚度、相同的射线照相条件下，进行射线检测后，检测底片的黑度差在±15%以内，认为两种材料密度相当。本实施例中所选用的金属粉粒为FGH95，与叶片的K444金属密度相当。所选金属粉粒的粒径为50μm～350μm。筛取时，用50μm的筛子将金属粉粒中小于50μm的粉料筛除；用350μm的筛子将获得的金属粉粒中大于350μm的粉料筛去，最终获得粒径在50μm～350μm之间的金属粉粒。该粒度范围的金属粒流动性较好，能够较好地填充满金属叶片的内腔，同时又不会因为粒度太小而滞留在叶片内腔中。
步骤4、灌装金属粉粒：将得到的金属粉粒从叶片叶冠上的开口灌入叶片内，并将该叶片置于振动台上，振动时间为5分钟，使叶片内腔各个部分被粉粒完全填实。振动台的输出频率为15～20Hz。本实施例中，振动台的输出频率为20Hz。
步骤5、密封灌粉口：将叶片叶冠上的灌粉口用胶布密封。
步骤6、对叶片进行射线检测：采用常规的胶片射线照相或数字射线技术对已灌装有金属粉粒的叶片进行射线检测。本实施例中，采用胶片射线照相对已灌装有金属粉粒的叶片进行透照。
步骤7、检测影像评定：进行检测影像评定时，对影像的对比度进行评定，当影像中出现非结构性的黑度差时，该黑度差所对应的叶片内腔中有非金属多余物存在；反之，该叶片内腔中无非金属多余物。这是由于在叶片内腔，存在非金属的空间不会被金属粉粒所填充，而非金属对射线的衰减远小于金属粉粒对射线的衰减，因此，如果叶片中存在非金属多余物，该部位的影像会与正常部位的影像有明显的对比度。利用本实施例的技术方案，所获得缺陷影像的对比度高，容易识别，实现了对空心叶片内腔非金属多余物的检测。
Claims (2)
1.一种检测空心叶片内腔多余非金属的方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1、烘干叶片：在叶片清除内腔陶芯后，对叶片用水以0.27MPa的水压清洗；清洗后的叶片置于烘箱内保温1.5～2h烘干；烘干的温度为150-200℃；
步骤2、密封叶片开口：在叶片叶冠处的开口作为灌粉的开口；将其余的叶片开口密封；
步骤3、筛取金属粉粒：筛取粒径为50μm～350μm的金属粉粒；所述金属粉粒的材料密度为与叶片金属材料密度相同；
步骤4、灌装金属粉粒：将得到的金属粉粒从叶片上预留的灌粉口灌入叶片内，并将该叶片置于振动台上，振动时间为5分钟，使叶片内腔各个部分被粉粒完全填实；振动台的输出频率为15～20Hz之间；
步骤5、密封叶片预留灌粉口：将叶片上预留的灌粉口用胶布进行密封；
步骤6、对叶片进行射线检测：采用胶片射线照相或数字射线技术对已灌装有金属粉粒的叶片进行射线检测；
步骤7、检测影像评定：进行检测影像评定时，对影像的对比度进行评定，影像中存在有黑度差时，该黑度差所对应的叶片内腔中有非金属多余物存在；反之，该叶片内腔中无非金属多余物。
2.如权利要求1所述一种检测空心叶片内腔多余非金属的方法，其特征在于，密度相当是指所选金属粉粒材料与叶片材料在相同厚度、相同的射线照相条件下，进行射线检测后，检测底片的黑度差在±15％以内。
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