CN109668967B - 发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块 - Google Patents

发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块 Download PDF

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Abstract

发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块为弧形结构，对比试块材料、外径和内径结构及尺寸与待检测工件、检测位置结构及尺寸完全相同。本发明的对比试块能够实现发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块具有结构简单、操作方便、专一性强、校准精度高等优点，能够实现探伤频率、增益及闸门值的仪器与探头组合灵敏度的校准。

Description

发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块
技术领域
本发明涉及发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块。
背景技术
超声相控阵换能器具有多个独立压电晶片，各压电晶片能够在电子系统控制下实现焦点位置和聚焦方向的实时动态变化，聚焦声束对微小缺陷具有更高的灵敏度和检测精度，相比于常规超声检测，超声相控阵检测技术更适合于发动机转子组件惯性摩擦焊缝的检测，对于惯性摩擦焊缝可能存在的及其微小的裂纹和氧化物夹渣缺陷具有更高的检出率。此外，发动机转子组件的惯性摩擦焊缝结构形式复杂，检测空间狭窄，缺陷尺寸微小，常规超声探伤检测灵敏度校准用对比试块人工缺陷尺寸较大、结构形式与惯性摩擦焊缝相异，不能实现校准条件与待检测焊缝的一致性，同时较大尺寸的人工缺陷不能更好的满足发动机转子组件惯性摩擦焊缝对检测灵敏度的高校准精度要求，会降低对惯性摩擦焊缝微小缺陷的检出率。
目前，国内针对惯性摩擦焊缝超声检测用的对比试块还没有统一标准，更多的是使用常规焊缝超声检测的传统对比试块，尽管传统的超声检测对比试块对惯性摩擦焊缝检测能够起到一定的参考作用，但惯性摩擦焊缝上的缺陷尺寸更小，所以传统超声检测对比试块上的人工缺陷不能提高惯性摩擦焊缝超声相控阵检测灵敏度的校准精度。同时惯性摩擦焊缝上的宏观缺陷更多的是轴向和周向分布的微裂纹及弥散分布的细小氧化物夹渣等缺陷，因此，在试块的内外表面分别刻蚀轴向和周向人工槽模拟惯性摩擦焊缝上的微裂纹缺陷，采用横孔和平底孔的端面模拟惯性摩擦焊缝上分布的氧化物夹渣等缺陷。在对比试块上同时加工不同尺寸的刻槽、横孔及平底孔能够更接近并充分模拟惯性摩擦焊缝上的缺陷类型及分布。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块，能够简单、快速、准确的校准惯性摩擦焊缝超声检测前的探伤频率、增益及闸门值的仪器与探头组合灵敏度的校准工作。本发明的技术方案为：一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块，发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块为薄壁弧形结构，弧形结构外表面在基准面B的11mm处设有凹槽a，弧形结构外表面在基准面B的50mm处设有凹槽b，凹槽a与凹槽b尺寸相同；凹槽a中设置有第一横孔3-1、第二横孔3-2、第三横孔3-3，凹槽b中设置有第一平底孔4-1和第二4-2以及第一矩形槽1-1、第二矩形槽1-2、第三矩形槽2-1、第四矩形槽2-2。
薄壁弧形结构对比试块剖面中对应弧面外表面半径及弧面壁厚尺寸分别为R1：252.5mm对应c2：15.5mm、R2：244.5mm对应c1:7.5mm、R3：260.5mm对应c3:23.5mm、R4：244.5mm对应c1:7.5mm、R5：252.5mm对应c2：15.5mm，弧形结构内表面圆弧半径R6：237mm。
薄壁弧形结构对比试块外圆弧面上并排设计两个宽度尺寸相同的凹槽a和凹槽b，凹槽a和凹槽b的宽度尺寸均为12mm。
薄壁弧形结构对比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。
横孔包含三种直径尺寸类型，其中第一横孔3-1的直径为0.2±0.02mm，深度为23.9±0.1mm，第二横孔3-2的直径为0.3±0.02mm，深度为23.9±0.1mm，第三横孔3-3的直径为0.4±0.02mm，深度为23.9±0.1mm；平底孔包含二种直径尺寸类型，其中第一平底孔4-1直径为0.2±0.02mm，深度为1±0.1mm，第二平底孔4-2直径为0.1±0.02mm，深度均为1±0.1mm；槽包含两种尺寸类型，其中第一刻槽1-1和第二刻槽1-2的尺寸均为0.4±0.02mm×0.3±0.03mm×0.2±0.02mm，第三刻槽2-1和第四刻槽2-2的尺寸均0.3±0.02mm×0.2±0.03mm×0.1±0.02mm。
所述分布在凹槽a中的横孔，第二横孔3-2分布在对比试块轴线上，距内表面距离d2为3.7±0.1mm；以第二横孔3-2为基准，第一横孔3-1和第三横孔3-3分布在第二横孔3-2两侧，第一横孔3-1和第二横孔3-2间的夹角a1为5°，第三横孔3-3与第二横孔3-2间的夹角a2为5°，第一横孔3-1中心与内表面距离d1为3.7±0.1mm，第三横孔3-3中心与内表面距离d3为3.7±0.1mm；第一平底孔4-1和第二平底孔4-2对称分布在轴线两侧；第一刻槽1-1和第三刻槽2-1分布在凹槽b内表面，第二槽1-2和第四槽2-2分布在凹槽b外表面；第一刻槽1-1和第四刻槽2-2为周向分布刻槽，第二刻槽1-2和第三刻槽2-1为轴向分布刻槽。
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探头频率、增益及闸门值，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和尺寸对照的作用。
技术效果：
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，附近存在台阶，结构形式复杂，检测空间狭窄，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明显差异；其次超声检测前的探伤频率、增益及闸门值的仪器与探头组合灵敏度的校准用对比试块外表面常为平面结构，不能实现校准条件与待检测焊缝的一致性，同时惯性摩擦焊缝上的缺陷尺寸微小，而常规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，不能更好的满足发动机转子组件惯性摩擦焊缝对检测灵敏度的高校准精度要求，会降低对惯性摩擦焊缝微小缺陷的检出率。
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，加工出与待检测工件焊缝处对应位置半径尺寸完全相同的试块，并减小人工缺陷尺寸及人工缺陷的排列位置来设计此对比试块。本发明的对比试块为薄壁弧形结构，弧形结构的外表面设置有宽度为12mm的凹槽，凹槽的外表面半径为244.5mm，内表面半径为237mm，上述尺寸与工件待检测位置的尺寸参数完全相同，保证了对比试块与待检测工件的一致性。同时，在凹槽a中设置有尺寸较小，直径分别为0.4mm、0.3mm、0.2mm的横孔、在凹槽b中设置有尺寸更小，直径分别为0.2mm、0.1mm的平底孔缺陷模拟惯性摩擦焊缝上的微小氧化物夹渣缺陷，在凹槽b中设置尺寸分别为0.4mm×0.3mm×0.2mm、0.3mm×0.2mm×0.1mm的刻槽模拟惯性摩擦焊缝上的微裂纹缺陷，通过不同类型及较小尺寸的人工缺陷来模拟惯性摩擦焊缝上尺寸微小及不同种类的焊接缺陷，能够最大程度上提高检测灵敏度的校准精度，提升对微小缺陷的检出率。因此，采用本发明的对比试块能够简单、快速、准确的校准惯性摩擦焊缝超声检测前的探伤频率、增益及闸门值的仪器与探头组合灵敏度的校准工作。
附图说明
图1为本发明对比试块设计图纸的主视图。
图2为本发明对比试块设计图纸的侧视图。
图3为本发明对比试块设计图纸的轴向剖面图。
具体实施方式
针对该对比试块的功能，通过实例对本发明做详细说明。
据图1对比试块设计图纸主视图、图2对比试块设计图纸侧视图、图3对比试块设计图纸轴向刨面图所示，超声相控阵检测用对比试块包括试块本体和人工缺陷，试块本体为弧形曲面结构，弧面曲率及凹槽尺寸与待检测工件惯性摩擦焊缝处完全相同，凹槽中间位置及为待检测工件焊缝处。
如图2所示，一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块，发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块为薄壁弧形结构，弧形结构外表面在基准面B的11mm处设有凹槽a，弧形结构外表面在基准面B的50mm处设有凹槽b，凹槽a与凹槽b尺寸相同；如图1所示，凹槽a中设置有第一横孔3-1、第二横孔3-2、第三横孔3-3，凹槽b中设置有第一平底孔4-1和第二4-2以及第一矩形槽1-1、第二矩形槽1-2、第三矩形槽2-1、第四矩形槽2-2。
如图3所示，薄壁弧形结构对比试块剖面中对应弧面外表面半径及弧面壁厚尺寸分别为R1：252.5mm对应c2：15.5mm、R2：244.5mm对应c1:7.5mm、R3：260.5mm对应c3:23.5mm、R4：244.5mm对应c1:7.5mm、R5：252.5mm对应c2：15.5mm，弧形结构内表面圆弧半径R6：237mm。
薄壁弧形结构对比试块外圆弧面上并排设计两个宽度尺寸相同的凹槽a和凹槽b，凹槽a和凹槽b的宽度尺寸均为12mm。
薄壁弧形结构对比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。
横孔包含三种直径尺寸类型，其中第一横孔3-1的直径为0.2±0.02mm，深度为23.9±0.1mm，第二横孔3-2的直径为0.3±0.02mm，深度为23.9±0.1mm，第三横孔3-3的直径为0.4±0.02mm，深度为23.9±0.1mm；平底孔包含二种直径尺寸类型，其中第一平底孔4-1直径为0.2±0.02mm，深度为1±0.1mm，第二平底孔4-2直径为0.1±0.02mm，深度均为1±0.1mm；槽包含两种尺寸类型，其中第一刻槽1-1和第二刻槽1-2的尺寸均为0.4±0.02mm×0.3±0.03mm×0.2±0.02mm，第三刻槽2-1和第四刻槽2-2的尺寸均0.3±0.02mm×0.2±0.03mm×0.1±0.02mm。
所述分布在凹槽a中的横孔，第二横孔3-2分布在对比试块轴线上，距内表面距离d2为3.7±0.1mm；以第二横孔3-2为基准，第一横孔3-1和第三横孔3-3分布在第二横孔3-2两侧，第一横孔3-1和第二横孔3-2间的夹角a1为5°，第三横孔3-3与第二横孔3-2间的夹角a2为5°，第一横孔3-1中心与内表面距离d1为3.7±0.1mm，第三横孔3-3中心与内表面距离d3为3.7±0.1mm；第一平底孔4-1和第二平底孔4-2对称分布在轴线两侧；第一刻槽1-1和第三刻槽2-1分布在凹槽b内表面，第二槽1-2和第四槽2-2分布在凹槽b外表面；第一刻槽1-1和第四刻槽2-2为周向分布刻槽，第二刻槽1-2和第三刻槽2-1为轴向分布刻槽。
实施检测前，选择合适此尺寸的阵列探头和楔块，将其置于凹槽a或b中，更换不同频率的探头并调节增益及闸门值，找到超声检测尺寸与人工缺陷实际尺寸间误差最小的一组探头频率、增益及闸门值组合参数，作为实际工件的超声检测参数。
以上的实例仅用来说明本发明，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 (1)

1.一种发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块，其特征是：发动机转子组件惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块为薄壁弧形结构，弧形结构外表面在基准面B的11mm处设有凹槽a，弧形结构外表面在基准面B的50mm处设有凹槽b，凹槽a与凹槽b尺寸相同；凹槽a中设置有第一横孔(3-1)、第二横孔(3-2)、第三横孔(3-3)，凹槽b中设置有第一平底孔(4-1)和第二(4-2)以及第一矩形槽(1-1)、第二矩形槽(1-2)、第三矩形槽(2-1)、第四矩形槽(2-2)；薄壁弧形结构对比试块剖面中对应弧面外表面半径及弧面壁厚尺寸分别为R1：252.5mm对应c2：15.5mm、R2：244.5mm对应c1:7.5mm、R3：260.5mm对应c3:23.5mm、R4：244.5mm对应c1:7.5mm、R5：252.5mm对应c2：15.5mm，弧形结构内表面圆弧半径R6：237mm；薄壁弧形结构对比试块外圆弧面上并排设计两个宽度尺寸相同的凹槽a和凹槽b，凹槽a和凹槽b的宽度尺寸均为12mm；薄壁弧形结构对比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；横孔包含三种直径尺寸类型，其中第一横孔(3-1)的直径为0.2±0.02mm，深度为23.9±0.1mm，第二横孔(3-2)的直径为0.3±0.02mm，深度为23.9±0.1mm，第三横孔(3-3)的直径为0.4±0.02mm，深度为23.9±0.1mm；平底孔包含二种直径尺寸类型，其中第一平底孔(4-1)直径为0.2±0.02mm，深度为1±0.1mm，第二平底孔(4-2)直径为0.1±0.02mm，深度均为1±0.1mm；槽包含两种尺寸类型，其中第一刻槽(1-1)和第二刻槽(1-2)的尺寸均为0.4±0.02mm×0.3±0.03mm×0.2±0.02mm，第三刻槽(2-1)和第四刻槽(2-2)的尺寸均0.3±0.02mm×0.2±0.03mm×0.1±0.02mm；分布在凹槽a中的横孔，第二横孔(3-2)分布在对比试块轴线上，距内表面距离d2为3.7±0.1mm；以第二横孔(3-2)为基准，第一横孔(3-1)和第三横孔(3-3)分布在第二横孔(3-2)两侧，第一横孔(3-1)和第二横孔(3-2)间的夹角a1为5°，第三横孔(3-3)与第二横孔(3-2)间的夹角a2为5°，第一横孔(3-1)中心与内表面距离d1为3.7±0.1mm，第三横孔(3-3)中心与内表面距离d3为3.7±0.1mm；第一平底孔(4-1)和第二平底孔(4-2)对称分布在轴线两侧；第一刻槽(1-1)和第三刻槽(2-1)分布在凹槽b内表面，第二槽(1-2)和第四槽(2-2)分布在凹槽b外表面；第一刻槽(1-1)和第四刻槽(2-2)为周向分布刻槽，第二刻槽(1-2)和第三刻槽(2-1)为轴向分布刻槽。
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