CN109668966A - 发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块,该校准试块材质是具有特殊声学性能的TA19钛合金材料,整体结构简单,小巧轻便,在较少数人工反射体的条件下,具有更多的深度范围提供校准工作;试块由通透弧形槽和平底孔两种人工反射体组成,其中平底孔还将起到横孔的功能,通透弧形槽及平底孔主要用于针对TA19钛合金材料的惯性摩擦焊接头检测前的声速、楔块延迟、DAC及TCG等重要超声检测参数的校准。本发明校准试块结构简单、针对的材料专一性强,在平底孔的基础上实现了横通孔的功能及更多深度范围的校准功能选择。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块。
背景技术
某型发动机转子组件间惯性摩擦焊缝将采用接触式超声相控阵检测,转子组件为TA19(名义成分为Ti-6AL-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)钛合金材料, TA19钛合金材料的晶粒粗大,超声检测过程中声束发生严重散射,使缺陷及底部的反射波高度降低,同时在晶界面上产生许多晶粒反射波(草状杂波),给小缺陷的检出带来难度,而常规钢结构材料的校准试块晶粒较细,声阻抗较小,声学性能与TA19钛合金材料存在明显差异,常规校准试块多为平面结构,不适用于本发明所要检测的曲面焊缝的检测前校准工作,其次常规校准试块上的人工缺陷直径一般为1mm或2mm,人工缺陷尺寸较大,校准精度低,将会降低对本发明所要检测的惯性摩擦焊缝上微小缺陷的检出率;惯性摩擦焊缝为曲面结构,且焊缝处结构复杂,检测空间狭窄,其检测材料及焊缝结构的特殊性致使超声检测前的声速、楔块延迟、DAC(距离波幅校准)及TCG(时间校正增益)等参数的校准没有合适的试块,给超声检测前的校准工作带了困难,为更加准确、简单、快速的完成惯性摩擦焊缝超声相控检测前的校准工作,特设计本发明的校准试块。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块,能够精确、简单、快速的完成惯性摩擦焊缝超声检测前的校准工作。本发明的技术方案是:一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块,校准试块所采用的材料为TA19钛合金锻件,锻件热处理状态为993℃×1h固溶处理,第一弧形曲面B1的半径r1为244.5±0.1mm,第二弧形曲面B2的半径r2为244.5±0.1mm,第三弧形曲面B3的半径r3 为244.5±0.1mm,第一面B4、第二面B5和第三面B6为平面结构,校准试块上设置有平底孔及通透弧形槽。
第一平底孔a1的直径为0.4±0.02mm,深度h1为47±0.1mm,从平面 B5到第一平底孔a1反射体深度为3mm、第二平底孔a2的直径为 0.4±0.02mm,深度h2为45±0.1mm,从平面B5到第二平底孔a2反射体深度为5mm,第三平底孔a3的直径为0.4±0.02mm,深度h3为40±0.1mm,从平面B5到第三平底孔a3反射体深度为10mm,第四平底孔a4的直径为 0.4±0.02mm,深度h4为35±0.1mm,从平面B5到第四平底孔a4反射体深度为15mm、平底孔a5的直径为0.4±0.02mm,深度h5为30±0.1mm,从平面B5到第五平底孔a5反射体深度为20mm。
平底孔在校准试块上对应位置尺寸如下,第一平底孔a1中心相对于第二弧形曲面B2最高点的距离L10为25±0.1mm,相对于曲面B3最高点的距离L1为3.5±0.1mm;平底孔a2中心相对于曲面B2最高点距离L12为 40±0.1mm,相对于曲面B3最高点的距离L2为7.5±0.1mm;平底孔a3中心相对于曲面B2最高点距离L8为5±0.1mm,相对于曲面B3最高点距离L3为25±0.1mm;平底孔a4中心相对于曲面B2最高点距离L9为 20±0.1mm,相对于曲面B3最高点距离L4为50±0.1mm;平底孔a5中心相对于曲面B2最高点距离L11为35±0.1mm,相对于曲面B3最高点距离 L5为55±0.1mm。
通透弧形槽人工反射体,第一通透弧形槽A1的半径R1为40±0.1mm,第一通透弧形槽A1所夹角度α1为80°,通透弧形槽A1宽度d1为1mm,第二通透弧形槽A2的半径R2为20±0.1mm,第二通透弧形槽A2所夹角度α2为80°,弧形槽宽d2为1mm。
工作原理:
通过超声波探伤仪控制探头发出超声波,超声波在试块内部传播过程中遇到缺陷后发生反射,反射回波再被探头接收,在探伤仪上将能够读取到对应缺陷的反射波高及深度,并与该缺陷已知大小尺寸及深度尺寸相对比来调整声速及延迟功能,直到检出尺寸与已知尺寸在误差允许范围,校准工作结束。其中校准试块上的人工缺陷是起到对超声波反射并校准声速及延迟的作用。
技术效果:
校准试块的功能包括声速、楔块延迟、DAC及TCG等参数的校准,解决某型TA19钛合金材料的发动机转子组件间惯性摩擦焊缝超声相控阵检测前无合适的校准试块问题。
某型发动机转子组件材料为TA19钛合金,并采用惯性摩擦焊的工艺方法将两个回转体组件焊接到一起,焊缝处为曲面结构,不利于超声检测过程的实施,其中TA19钛合金材料的特点是晶粒组织粗大,晶粒尺寸远高于结构钢材料,在检测时超声波发生严重的散射现象,致使缺陷及底部的反射波高度降低,同时在界面上产生许多晶粒反射波,有时微小缺陷的反射波会与许多晶粒反射波混杂在一起而难以分辨,给小缺陷检出带来难度,使得TA19钛合金材料的声特性与结构钢材料存在明显差异,其次常规声束校准试块外表面均为平面结构,不适合于惯性摩擦焊缝类的曲面结构的校准工作,同时试块上的平底孔和横孔人工缺陷尺寸直径都在1mm或 2mm,尺寸较大,校准精度较低;纵波声束和横波声束的校准分别需要平底孔人工缺陷和横孔人工缺陷才能完成,致使超声检测前的声速、楔块延迟、DAC及TCG参数的校准没有合适试块,给超声检测前的校准工作带了困难。
针对上述常规试块存在的材料、结构、缺陷尺寸不合适的问题,现采用TA19钛合金为原材料,减小人工缺陷尺寸及人工缺陷的排列位置来设计此校准试块。为更加精确、简单、快速的完成惯性摩擦焊缝超声相控检测前的校准工作,现分别设置了声速校准功能区和楔块延迟、DAC及TCG 校准功能区,其中半径分别为20mm和40mm的通透弧形槽起到对横波声速的校准功能;在平面B5上放置纵波直探头,平底孔人工缺陷能够校准纵波声束,在曲面B1、B2、B3上放置横波斜探头能够校准横波声束,此时平底孔人工缺陷起到了横孔人工缺陷的功能,同时,同一个平底孔人工缺陷分别以曲面B1、B2、B3为基准可以拥有不同深度用于横波声束的校准,将更有利于发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测前的声束延迟校准;直径为0.4mm的平底孔人工缺陷的对声束的校准精度要远大于直径为1mm或2mm的人工缺陷,在较少数人工反射体的条件下,具有功能多样、校准深度范围广的特点。本发明的校准试块结构简单、针对的材料专一性强,在平底孔的基础上实现了横通孔的功能及更多深度范围的校准功能选择。
TA19钛合金材料声学特性与常规刚材存在较大差异,本发明所要解决的技术问题是提供发动机转子组件间惯性摩擦焊接头超声相控阵检测前用的声特性校准试块,包括声速、楔块延迟及TCG等参数的校准,解决超声相控阵检测前无合适的校准试块问题。
附图说明
图1为本发明的校准试块的主视图。
图2为本发明的校准试块的侧视图。
图3为本发明的校准试块的俯视图。
具体实施方式
为了使本使用新型所提供的超声检测前的校准功能更加清晰明了,将结合附图1校准试块主视图、附图2校准试块侧视图、附图3校准试块俯视图和具体实施例,对本发明所具备的具体功能进行详细说明。
如图1所示,一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块,校准试块所采用的材料为TA19钛合金锻件,锻件热处理状态为993℃×1h 固溶处理,第一弧形曲面B1的半径r1为244.5±0.1mm,第二弧形曲面B2 的半径r2为244.5±0.1mm,第三弧形曲面B3的半径r3为244.5±0.1mm,第一面B4、第二面B5和第三面B6为平面结构,校准试块上设置有平底孔及通透弧形槽。
如图2所示,第一平底孔a1的直径为0.4±0.02mm,深度h1为 47±0.1mm,从平面B5到第一平底孔a1反射体深度为3mm、第二平底孔 a2的直径为0.4±0.02mm,深度h2为45±0.1mm,从平面B5到第二平底孔 a2反射体深度为5mm,第三平底孔a3的直径为0.4±0.02mm,深度h3为 40±0.1mm,从平面B5到第三平底孔a3反射体深度为10mm,第四平底孔 a4的直径为0.4±0.02mm,深度h4为35±0.1mm,从平面B5到第四平底孔 a4反射体深度为15mm、平底孔a5的直径为0.4±0.02mm,深度h5为 30±0.1mm,从平面B5到第五平底孔a5反射体深度为20mm。
平底孔在校准试块上对应位置尺寸如下,第一平底孔a1中心相对于第二弧形曲面B2最高点的距离L10为25±0.1mm,相对于曲面B3最高点的距离L1为3.5±0.1mm;平底孔a2中心相对于曲面B2最高点距离L12为40±0.1mm,相对于曲面B3最高点的距离L2为7.5±0.1mm;平底孔a3中心相对于曲面B2最高点距离L8为5±0.1mm,相如图3所示,对于曲面 B3最高点距离L3为25±0.1mm;平底孔a4中心相对于曲面B2最高点距离L9为20±0.1mm,相对于曲面B3最高点距离L4为50±0.1mm;平底孔 a5中心相对于曲面B2最高点距离L11为35±0.1mm,相对于曲面B3最高点距离L5为55±0.1mm。
通透弧形槽人工反射体,第一通透弧形槽A1的半径R1为40±0.1mm,第一通透弧形槽A1所夹角度α1为80°,通透弧形槽A1宽度d1为1mm,第二通透弧形槽A2的半径R2为20±0.1mm,第二通透弧形槽A2所夹角度α2为80°,弧形槽宽d2为1mm。
5.现以校准试块上各部位的人工反射体所具有的声速、楔块延迟、灵敏度及TCG定量校准功能为例,以OMNISCAN SX超声相控阵探伤仪为基础进行具体阐述如下:
5.1声速校准执行以下步骤:
(a)选择向导功能,校准,类型:超声,模式:声速,开始。
(b)回波类型:半径,半径1:20mm,半径2:40mm,下一步。
(c)设置半径1和2上的闸门起始值、宽度值及阀值。
(d)选择A扫描步骤,针对PA组选择角度,设置增益:使第一个信号波幅达到A扫描满屏高的大约80%处,设置起始于范围参数:使得A扫描中出现两个反射体的回波信号。
(e)若材料声速参数中显示的声速正确反映了校准试块材料声速,则选择确定,声速校准工作结束;或者选择重启。
5.2.楔块延迟校准:
(a)将曲面探头放置于试块的曲面B1上。
(b)选择向导,校准,类型:超声,模式:楔块延迟,应用于:全部角度,开始。
(c)设置深度A中:回波类型:深度,输入反射体a2的深度值10mm,下一步。
(d)在深度上设置闸门A:在闸门起始和宽度中,输入闸门A的起点和宽度,使得信号穿过闸门的中部,闸门能够容纳整个信号宽度,设置阀值为20%,下一步。
(e)在对应深度反射体上前后移动探头,建立包络线,选择校准,再次前后移动探头,查看包络线是否处于误差线内,若包络线处于误差线内则校准正确,若包络线处于误差线之外,则清除包络重新启动校准,直至包络线处于误差线内校准工作完成。
5.3.TCG校准:
(a)将曲面斜探头放置于弧面B1。
(b)选择UT设置,一般,范围。
(c)设置数值,观察最深反射体的回波信号。
(d)选择向导,校准,类型:定量,模式:TCG,开始。
(e)设定类型:选择符合,选择一个自定义定量功能,选择曲线数量为4,下一步。
(e)设定曲线偏移:选择曲线2的偏移参数(为每条曲线设置相对于主曲线的偏移),下一步。
(f)设置参考波幅:选择起始闸门A的位置(保证回波信号穿过闸门 A),选择参考波幅,设置参考波幅为30%,选择误差(制定测量参考反射体的误差),下一步。
(g)设置区间:编辑第一角度和最后角度数值,下一步。
(h)设置A扫描:选择增益:调整到适当值,选择起始:调整A扫描起始位置,选择宽度:调整A扫描范围,下一步。
(i)回波上设置闸门A:在起始和宽度中,输入闸门A的起点和宽度,使得第一个反射体的信号从闸门中部通过,且闸门能够容纳整个信号宽度,设置阀值数值,使每个孔径的信号都通过闸门,下一步。
(j)添加点:在对应深度的反射体上缓慢地前后移动探头,使用小于参考波幅值的最大波幅创建一条平滑信号包络,选择增益/补偿增益(修改应用于信号的增益或补偿增益),选择TCG增益(修改应用于TCG曲线的增益),选择添加点。
(k)确定:选择下一点(添加其它TCG点,并建立完整的TCG曲线),重复步骤g到步骤k,TCG曲线完成后,选择接收TCG校准。
以上的实例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (4)
1.一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块,其特征是:校准试块所采用的材料为TA19钛合金锻件,锻件热处理状态为993℃×1h固溶处理,第一弧形曲面B1的半径r1为244.5±0.1mm,第二弧形曲面B2的半径r2为244.5±0.1mm,第三弧形曲面B3的半径r3为244.5±0.1mm,第一面B4、第二面B5和第三面B6为平面结构,校准试块上设置有平底孔及通透弧形槽。
2.根据权利要求1所述的一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块,其特征是:第一平底孔a1的直径为0.4±0.02mm,深度h1为47±0.1mm,从平面B5到第一平底孔a1反射体深度为3mm、第二平底孔a2的直径为0.4±0.02mm,深度h2为45±0.1mm,从平面B5到第二平底孔a2反射体深度为5mm,第三平底孔a3的直径为0.4±0.02mm,深度h3为40±0.1mm,从平面B5到第三平底孔a3反射体深度为10mm,第四平底孔a4的直径为0.4±0.02mm,深度h4为35±0.1mm,从平面B5到第四平底孔a4反射体深度为15mm、平底孔a5的直径为0.4±0.02mm,深度h5为30±0.1mm,从平面B5到第五平底孔a5反射体深度为20mm。
3.根据权利要求所述一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块,其特征是:平底孔在校准试块上对应位置尺寸如下,第一平底孔a1中心相对于第二弧形曲面B2最高点的距离L10为25±0.1mm,相对于曲面B3最高点的距离L1为3.5±0.1mm;平底孔a2中心相对于曲面B2最高点距离L12为40±0.1mm,相对于曲面B3最高点的距离L2为7.5±0.1mm;平底孔a3中心相对于曲面B2最高点距离L8为5±0.1mm,相对于曲面B3最高点距离L3为25±0.1mm;平底孔a4中心相对于曲面B2最高点距离L9为20±0.1mm,相对于曲面B3最高点距离L4为50±0.1mm;平底孔a5中心相对于曲面B2最高点距离L11为35±0.1mm,相对于曲面B3最高点距离L5为55±0.1mm。
4.根据权利要求1所述一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声检测用校准试块,其特征是:通透弧形槽人工反射体,第一通透弧形槽A1的半径R1为40±0.1mm,第一通透弧形槽A1所夹角度α1为80°,通透弧形槽A1宽度d1为1mm,第二通透弧形槽A2的半径R2为20±0.1mm,第二通透弧形槽A2所夹角度α2为80°,弧形槽宽d2为1mm。
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