CN110243926A - 一种叶片的原位涡流检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风扇叶片的原位涡流检测系统，包括对比试样、涡流检测线圈、探头推杆以及涡流检测仪，涡流检测线圈连接有涡流检测仪；对比试样上开设有人工刻槽，所述人工刻槽设置在阻尼台的周围，人工刻槽包括第一人工刻槽、第二人工刻槽以及第三人工刻槽，探头推杆为折叠式推杆，所述折叠式推杆包括探头安装段、连接段和手持段，折叠式推杆有两种状态：一是平直状态；二是探头安装段与连接段有一弯折角α，且连接段与手持段有一弯折角β；涡流检测线圈安装在探头推杆的探头安装段上；还公开了检测方法，有效实现了对叶片进行原位涡流检测，不需要对叶片进行拆卸，能够实现裂纹的有效检出，进而采取针对性措施，提高设备运行的安全性和可靠性。

Description

一种叶片的原位涡流检测系统及方法
技术领域
本发明属于检测技术领域，具体涉及一种叶片的原位涡流检测系统及方法。
背景技术
一般需要定期对某级风扇叶片进行原位涡流检测；该方法主要针对风扇叶片叶盆阻尼台周围区域裂纹缺陷的普查；由于原位检测工作在发动机内部进行，整个检测过程不可见，因此，使用通用检测系统和方法无法进行检测。
发明内容
为了解决了现有技术中存在的问题，本发明提供一种扇叶片的原位涡流检测系统及方法，在不拆卸风扇叶片的情况下，可有效地检出风扇叶片叶盆阻尼台周围区域的裂纹缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种风扇叶片的原位涡流检测系统，包括对比试样、涡流检测线圈、探头推杆以及涡流检测仪，涡流检测线圈连接有涡流检测仪；对比试样上开设有人工刻槽，所述人工刻槽设置在阻尼台的周围，人工刻槽包括第一人工刻槽、第二人工刻槽以及第三人工刻槽，探头推杆为折叠式推杆，所述折叠式推杆包括探头安装段、连接段和手持段，折叠式推杆有两种状态：一是平直状态；二是探头安装段与连接段有一弯折角α，且连接段与手持段有一弯折角β；涡流检测线圈安装在探头推杆的探头安装段上。
安装探头段与连接段铰接，手持段与连接段铰接，所述铰接处均设置有用于限定其相互转动角度的限位结构；探头推杆为中空的金属杆，所述金属杆中设置有用于拉动探头安装段和连接段的钢丝，钢丝的一端连接探头安装段，钢丝两端之间设置有用于拉动连接段的拉环。
手持段上设置有滑动杆，钢丝的另一端与滑动杆连接，滑动杆的滑动距离大于等于钢丝端部的可动长度；连接涡流检测线圈的线缆长度大于探头推杆的总长度。
弯折角α的角度为45°～50°，弯折角β的角度为90°。
第一人工刻槽设置在阻尼台正下方与叶片叶身部位连接的区域，第一人工刻槽起点是阻尼台正下方，方向是垂直于进气边，人工刻槽的深度、宽度和长度对应分别为0.5～1mm、0.1～0.15mm和5～10mm。
第二人工刻槽和第三人工刻槽分别设置在阻尼台的两侧，第二人工刻槽和第三人工刻槽与阻尼台长度方向中心线的夹角为30°～60°，第二人工刻槽和第三人工刻槽长度方向之间的角度为60～120°。
所述人工刻槽为U型槽。
对比试样与待检叶片的具有相同的合金成分、热处理状态、表面状态和电磁性能，并无自然缺陷。
采用本发明所述原位涡流检测系统检测风扇叶片的方法，包括以下步骤：
步骤1，根据待检位置和叶片型号选取相应的探头推杆，及对比试样；
步骤2，根据验收标准在涡流检测仪上设定检测工艺参数以及报警框范围；
步骤3，将涡流检测线圈与探头推杆以及涡流检测仪连接，将用探头推杆将涡流检测线圈送至待检位置，使探头推杆进入弯折状态，在待检区域进行扫查；同时观察涡流检测仪上的涡流信号，根据步骤2所设定报警框范围进行判定，最终给出检测结果。
涡流检测线圈反复滑过被检测区域至少五次再给出最终检测结果。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明所述涡流检测系统结合叶片可能出现的裂纹方向和位置，设计和加工对比试样，在对比试样上加工用于模拟缺陷的人工刻槽，探头推杆为折叠式推杆，在涡流检测过程中，使用探头推杆在平直状态下将涡流检测线圈推送至待检位置，然后使其进入第二状态，即弯折状态；首先有效实现了对叶片进行原位涡流检测，不需要对叶片进行拆卸，大大提高的检修效率，采用近似实际缺陷的人工缺陷，即人工刻槽，设置涡流检测参数和校准检测灵敏度，能够实现裂纹的有效检出，进而采取针对性措施，提高设备运行的安全性和可靠性；本发明所述检测系统操作简单，当按照本发明所述方法对风扇叶片进行原位涡流检测时，只需要在掌握原位涡流检测操作规程，简单介绍和培训就能正确使用上述检测系统，使得探头线圈可达被检部位，并可借助孔探仪监控整个检测过程；在检测工艺参数中设置涡流信号报警框，使得裂纹缺陷涡流信号都能触及报警框并产生报警声音，让检测员能清晰区分裂纹信号和正常信号，操作简单易学。
进一步的，对比试样采用与待检叶片的具有相同的合金成分、热处理状态、表面状态和电磁性能，无自然缺陷，即本申请在一个质量合格的叶片上加工人工刻槽，提高检测的精准度。
进一步的，安装探头段与连接段铰接，手持段与连接段铰接，所述铰接处均设置有用于限定其相互转动角度的限位结构；探头推杆为中空的金属杆，所述金属杆中设置有用于拉动探头安装段和连接段的钢丝，钢丝的一端连接探头安装段，钢丝两端之间设置有用于拉动连接段的拉动机构，该结构能实现涡流推杆只有两种状态，实现简单可靠的操作状态。
进一步的，连接涡流检测线圈的线缆长度大于探头推杆的总长度，操作过程中，推杆能够自由弯折，线缆不受应力，不影响检测精度及操作过程。
进一步的，人工刻槽设置在距离进气边24～28mm处(阻尼台正下方)，人工刻槽的深度、宽度和长度对应分别为0.5～1mm、0.1～0.15mm和5～10mm；第二人工刻槽和第三人工刻槽分别设置在阻尼台的两侧，第二人工刻槽和第三人工刻槽与阻尼台长度方向中心线的夹角为30°～60°，第二人工刻槽和第三人工刻槽长度方向之间的角度为60～90°；能基本完全覆盖所检部位的缺陷，进一步保证缺陷的有效检出。
附图说明
图1人工刻槽对比试样示意图。
图2探头推杆与连接涡流检测线圈的弯折状态示意图，图2-1为探头推杆与连接涡流检测线圈的弯折状态主视示意图；图2-2为探头推杆与连接涡流检测线圈的弯折状态左视示意图；图2-3为探头推杆与连接涡流检测线圈的弯折状态俯视示意图；图2-4为探头推杆与连接涡流检测线圈的弯折状态轴侧示意图；
图3探头推杆与连接涡流检测线圈的伸直状态示意图，图3-1为探头推杆与连接涡流检测线圈的伸直状态主视示意图；图3-2为探头推杆与连接涡流检测线圈的伸直状态左视示意图；图3-3为探头推杆与连接涡流检测线圈的伸直状态俯视示意图；图3-4为探头推杆与连接涡流检测线圈的伸直状态轴侧示意图。
附图中，1-对比试样，11-第一人工刻槽，12-第二人工刻槽，13-第三人工刻槽，2-探头推杆，21-安装探头段，22-连接段，23-手持段。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式及附图对本发明进行详细阐述。
如图1～图3所示，一种风扇叶片的原位涡流检测系统，包括对比试样1、涡流检测线圈、探头推杆2以及涡流检测仪，涡流检测线圈连接有涡流检测仪；对比试样1上开设有人工刻槽，所述人工刻槽设置在阻尼台的周围，人工刻槽包括第一人工刻槽11、第二人工刻槽12以及第三人工刻槽13，探头推杆2为折叠式推杆，所述折叠式推杆包括探头安装段21、连接段22和手持段23，折叠式推杆有两种状态：一是平直状态；二是探头安装段21与连接段22有一弯折角α，且连接段22与手持段23有一弯折角β；涡流检测线圈安装在探头推杆的探头安装段21上；探头推杆2上还设置有用于固定线缆接头的螺纹结构；
连接涡流检测线圈的线缆长度大于探头推杆2的总长度；弯折角α的角度为45°～50°，弯折角β的角度为90°。
如图1所示，人工刻槽设置在距离进气边阻尼台正下方，人工刻槽的深度、宽度和长度对应分别为0.5～1mm、0.1～0.15mm和5～10mm；探头推杆的外径小于孔探孔的内径。
第二人工刻槽12和第三人工刻槽13分别设置在阻尼台的两侧，第二人工刻槽12和第三人工刻槽13与阻尼台长度方向中心线的夹角为30°～60°，第二人工刻槽12和第三人工刻槽13长度方向之间的角度为60～90°，，第二人工刻槽12和第三人工刻槽13所形成角的开口朝向第一人工刻槽11，所述人工刻槽为U型槽；所述U型槽采用电火花加工而成。
本发明优选的，对比试样选用与待检叶片的具有相同的合金成分、热处理状态、表面状态和电磁性能，并无自然缺陷。
安装探头段与连接段铰接，手持段与连接段铰接，所述铰接处均设置有用于限定其相互转动角度的限位结构；探头推杆2为中空的金属杆，所述金属杆中设置有用于拉动探头安装段21和连接段22的钢丝，钢丝的一端连接探头安装段21，钢丝两端之间设置有用于拉动连接段22的拉环。
手持段上设置有滑动杆，钢丝的另一端与滑动杆连接，滑动杆的滑动距离大于等于钢丝端部的可动长度。
安装探头段与连接段通过第一关节连接，手持段和连接段通过第二关节连接；第一关节和第二关节均为平直状态或均为弯折状态。作为本发明的一个实施例，安装探头段与连接段以及手持段与连接段铰接处的限位结构采用扭簧，第一关节和第二关节处均设置有扭簧，其中第一关节处的扭簧两个扭臂之间的夹角为45°～50°，第二关节处的扭簧两个扭臂之间的角度为90°，推动滑动杆，钢丝拉动安装探头段与连接段，探头推杆处于平直状态，松开滑动杆，探头推杆处于弯折状态。
作为本发明的另一个实施例，安装探头段上与连接段铰接端设一个开口槽，所述开口槽在两者达到既定角度后，开口槽的底部与连接段外表面相抵；手持段上与连接铰接端设有一个台阶式开口槽，所述台阶式开口槽达到既定角度后，连接段与手持段在所述台阶处相抵，推动滑动杆，钢丝拉动探头段与连接段，探头推杆处于弯折状态，松开滑动杆，探头推杆处于平直状态。
第一关节和第二关节均开设有供涡流检测线圈线缆通过的孔；第一关节和第二关节均包括两段相互铰接的连接柱，第一关节的连接柱工作状态的角度在45°～50°范围内可变，第二关节的连接柱工作状态的角度为90°；第一关节和第二关节与折叠式推杆均采用可拆卸的连接方式连接，第一关节和第二关节处均设置有用于限制其转动角度的限位结构，所述限位结构设置在连接柱绕铰接柱旋转的回转面上，具体为所述回转面上设置有台阶，第一关节的连接柱上台阶面的角度设置为45°～50°，第二关节的连接柱上台阶面的角度设置为90°，弯折时所述台阶面相抵，实现准确的弯折角度。
通过加工不同弯折角度的第一关节实现探头安装段21与连接段弯折角在45°～50°范围内可变。
安装探头段21与连接段22铰接，手持段23与连接段22铰接，所述铰接处均设置有用于限定其相互转动角度的限位结构；探头推杆2为中空的金属杆，所述金属杆中设置有用于拉动探头安装段21和连接段22的钢丝，钢丝的一端连接探头安装段21，钢丝的一端与探头安装段21连接，另一端连接滑动杆；钢丝两端之间设置有用于拉动连接段22的拉环或销，相应的连接段上设置有挂钩或腰型孔，一种可选实施方式为拉环与挂钩配合，另一个可选实施例为销与腰型孔配合；通过滑动杆拉动钢丝，钢丝首先拉动安装探头段21，安装探头段弯折α角之后，再拉动连接段22使连接段22与手持段23之间弯折β角。
本发明所述检测系统还包括孔探仪，孔探仪用于观察涡流检测过程中涡流检测线圈与被捡部位的电磁耦合状态。
本发明设计和制作了人工刻槽对比试样及专用原位涡流检测线圈(探头)，通过原位检测实验验证了原位探头的可达性和方法的有效性。
人工刻槽对比试样的制作；为在阻尼台靠近叶片进气边区域距离进气边27.5mm处加工深度、宽度和长度对应分别为0.5～1mm、0.1～0.15mm和5～10mm的人工刻槽，试样上人工缺陷分布示意图如下图1。
原位涡流检测线圈(探头)的设计和制作：检测探头关节尺寸和角度借助发动机装配图的内部空间结构和距离尺寸及孔探距离飞机蒙皮的距离，给出大概的直线距离和关节弯曲角度供参数。经过大量的原位涡流实验验证探头的可达性和有效性，最终定型专用探头的结构和尺寸，示意图如图2。
涡流检测验收标准的确定；验收标准是判定产品合格与否的标准，通常以对比试样上人工缺陷的大小表述。本发明通过对大量不同长度的裂纹叶片的涡流信号进行对比分析，最终确定该叶片的验收标准，保证了所有裂纹缺陷的检出率。
本发明采用孔探仪观察涡流检测过程中涡流检测线圈与被捡部位的电磁耦合状态。
一种风扇叶片的原位涡流检测方法，其步骤：
设计制作人工刻槽对比试样；
涡流检测线圈的设计和制作，探头推杆的关节尺寸和角度借助发动机装配图的内部空间结构和距离尺寸及孔探距离飞机蒙皮的距离，给出直线距离范围以及关节弯曲角度供参数。
根据验收标准确定检测工艺参数并设置报警框；利用专用检测探头在对比试样上人工刻槽上调节检测灵敏度，设置报警框范围，使得涡流信号相位落在报警框范围内，信号幅值触及报警框并产生报警声音。
涡流检测过程；
(a)涡流检测操作者推住滑动杆使探头推杆保持笔直，如图3，探头从发动机孔探孔伸入发动机内部后，调整探头推杆姿态，放下滑动杆保证探头关节经过两次弯折，使涡流检测线圈部位贴合在风扇叶片阻尼台与叶身连接部位；
(b)孔探仪操作者将孔探仪探头从发动机孔探孔伸入发动机内部，寻找涡流检测线圈，待找到涡流探头后，进一步调整孔探观察视野，确保孔探能观察到整个检测过程，包括涡流检测线圈最前端台阶是否搭在叶片进气边上、探头在阻尼台边缘滑动过程及探头与被检部位的贴合效果；
(c)涡流操作者通过观察孔探影像，及时调整探头姿态，必要时轻微旋转风扇转子，通过调整确定一个最佳空间位置以确保探头能够良好的贴合在转子叶片阻尼台与叶身连接部位；
(d)检测时，同时观察孔探视频和涡流信号，确保每次滑动都能使探头与被检部位贴合良好，检测每一件叶片时，涡流探头必须反复滑过被检测区域至少五次；
(e)观察涡流信号，根据调节灵敏度时设定的报警框范围判定叶片是否存在裂纹；对存在疑似裂纹的叶片需要多次来回慢慢滑动探头再次检测，最终给定检测结果；
(f)检测完一片后，操作者推住滑动杆将探头所有关节伸直，由涡流操作人员发出转动叶片命令，工人轻微缓慢转动叶片约6°，检测下一个叶片，由孔探影像判断叶片停留在最佳涡流检测位置。在叶片转动过程中，观察孔探影像，确保每次只转过一个叶片。涡流操作者向右下方倾斜手柄后松开手柄关节按钮，使得探头能搭在孔探监控的叶片上。
(g)检测其余叶片时，则重复以上步骤，直到整台发动机某级件叶片完全检测完成为止。

Claims (10)

1.一种风扇叶片的原位涡流检测系统，其特征在于，包括对比试样(1)、涡流检测线圈、探头推杆(2)以及涡流检测仪，涡流检测线圈连接有涡流检测仪；对比试样(1)上开设有人工刻槽，所述人工刻槽设置在阻尼台的周围，人工刻槽包括第一人工刻槽(11)、第二人工刻槽(12)以及第三人工刻槽(13)，探头推杆(2)为折叠式推杆，所述折叠式推杆包括探头安装段(21)、连接段(22)和手持段(23)，折叠式推杆有两种状态：一是平直状态；二是探头安装段(21)与连接段(22)有一弯折角α，且连接段(22)与手持段(23)有一弯折角β；涡流检测线圈安装在探头推杆的探头安装段(21)上。
2.根据权利要求1所述的风扇叶片的原位涡流检测系统，其特征在于，安装探头段与连接段铰接，手持段与连接段铰接，所述铰接处均设置有用于限定其相互转动角度的限位结构；探头推杆(2)为中空的金属杆，所述金属杆中设置有用于拉动探头安装段(21)和连接段(22)的钢丝，钢丝的一端连接探头安装段(21)，钢丝两端之间设置有用于拉动连接段(22)的拉环。
3.根据权利要求2所述的风扇叶片的原位涡流检测系统，其特征在于，手持段上设置有滑动杆，钢丝的另一端与滑动杆连接，滑动杆的滑动距离大于等于钢丝端部的可动长度；连接涡流检测线圈的线缆长度大于探头推杆(2)的总长度。
4.根据权利要求1所述的风扇叶片的原位涡流检测系统，其特征在于，弯折角α的角度为45°～50°，弯折角β的角度为90°。
5.根据权利要求1所述的风扇叶片的原位涡流检测系统，其特征在于，第一人工刻槽(11)设置在阻尼台与叶片进气边之间靠近叶片进气边的区域，第一人工刻槽(11)设置在阻尼台正下方，人工刻槽的深度、宽度和长度对应分别为0.5～1mm、0.1～0.15mm和5～10mm。
6.根据权利要求1所述的风扇叶片的原位涡流检测系统，其特征在于，第二人工刻槽(12)和第三人工刻槽(13)分别设置在阻尼台的两侧，第二人工刻槽(12)和第三人工刻槽(13)与阻尼台长度方向中心线的夹角为30°～60°，第二人工刻槽(12)和第三人工刻槽(13)长度方向之间的角度为60～120°。
7.根据权利要求1所述的风扇叶片的原位涡流检测系统，其特征在于，所述人工刻槽为U型槽。
8.根据权利要求1所述的风扇叶片的原位涡流检测系统，其特征在于，对比试样(1)与待检叶片的具有相同的合金成分、热处理状态、表面状态和电磁性能，且无自然缺陷。
9.采用权利要求1所述原位涡流检测系统检测风扇叶片的方法，其特征在于，包括一下步骤：
步骤1，根据待检位置和叶片型号选取相应的探头推杆，及对比试样；
步骤2，根据验收标准在涡流检测仪上设定检测工艺参数以及报警框范围；
步骤3，将涡流检测线圈与探头推杆(2)以及涡流检测仪连接，将用探头推杆(2)将涡流检测线圈送至待检位置，使探头推杆(2)进入弯折状态，在待检区域进行扫查；同时观察涡流检测仪上的涡流信号，根据步骤2所设定报警框范围进行判定，最终给出检测结果。
10.根据权利要求9所述检测风扇叶片的方法，其特征在于，涡流检测线圈反复滑过被检测区域至少五次再给出最终检测结果。
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