CN111965258B - 一种提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，本发明技术方案采用双焦点水浸聚焦探头，配合90°声反射镜，伸入内孔中，利用内孔本身的折射作用，使声束在x‑z平面内和y‑z平面内的焦点会聚于材料中同一点，达到提高灵敏度的目的。该方法在实际检测工作中取得了较好的效果，有效将检测灵敏度由Φ3.2mm当量提高到Φ0.8mm当量以上。

Description

一种提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法
技术领域
本发明是一种提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，属于无损检测技术领域。
背景技术
双合金整体叶盘目前应用于先进航空发动机中，是重要的热端部件，其焊缝质量直接关系飞行安全。为了检测双合金整体叶盘的焊缝质量，需要将超声束垂直入射于双合金整体叶盘内孔的孔壁上。由于入射面为内孔，沿一个方向为曲率非常大的凹面；而沿另一方向则为平面，两个方向的结构差异使声束产生严重畸变，无论是平探头还是普通的点聚焦探头均难以使其聚焦于一点。声束传播到待检区域时在较大范围内处于发散状态，极大地影响检测可以达到的灵敏度。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，其目的是提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度，使检测灵敏度由Φ3.2mm当量提高到Φ0.8mm当量以上。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法所针对的双合金整体叶盘(1)是由两个环状的柱体焊接在一起，其焊缝2是一个环状的面层，将该双合金整体叶盘(1)整体浸没于水槽5中，该提高灵敏度的方法是采用一个双焦点水浸聚焦探头3伸入到该双合金整体叶盘(1)的内孔4中，配合固定在双焦点水浸聚焦探头3前端的90°声反射镜6，利用内孔本身的折射作用，使双焦点水浸聚焦探头3发出的声束在x-z平面内和y-z平面内的焦点会聚于焊缝2上的同一点；
所述的双焦点水浸聚焦探头3的晶片直径小于内孔4的直径，在x-z平面内具有焦距F1，在y-z平面具有焦距F2，且F1≠F2。
在一种实施中，所述双焦点水浸聚焦探头3的晶片直径为6mm～13mm。
在一种实施中，所述双焦点水浸聚焦探头3的频率为5MHz～10MHz。
在一种实施中，所述双焦点水浸聚焦探头3在x-z平面内具有的焦距F1的计算公式为：
Figure BDA0002575319350000021
式中：焊缝2距离内孔4的孔壁的距离为d，检测时采用的水距为H＝H1+R，H1为探头与反射镜的距离，水中的声速为c1，双合金整体叶盘1中的声速为c2。
在一种实施中，所述双焦点水浸聚焦探头3在y-z平面具有的焦距F2的计算公式为：
Figure BDA0002575319350000022
式中：双合金整体叶盘1的内孔4的半径为R，焊缝2距离内孔4的孔壁的距离为d，检测时采用的水距为H＝H1+R，H1为探头与反射镜的距离，水中的声速为c1，双合金整体叶盘1中的声速为c2。
在一种实施中，在试验双合金整体叶盘1焊缝超声检测灵敏度时，在双合金整体叶盘1的试验件的侧圆周面上加工φ0.8mm、φ1.2mm、φ2.4mm和φ3.2mm的平底孔型人工缺陷，使平底孔型人工缺陷的孔底位于双合金整体叶盘1的焊缝2处。
在一种实施中，双焦点水浸聚焦探头3发出的声束轴线垂直于双合金整体叶盘1的圆周面。
在一种实施中，声反射镜6的对称面与双焦点水浸聚焦探头3的y-z平面重合。
在一种实施中，该方法的步骤如下：
步骤一、确定双焦点水浸聚焦探头3的x-z平面和y-z平面的焦距
设：双合金整体叶盘1的内孔4的半径为R，焊缝2距离内孔4的孔壁的距离为d，检测时采用的水距为H＝H1+R，H1为探头与反射镜的距离，水中的声速为c1，双合金整体叶盘1中的声速为c2；
双焦点水浸聚焦探头3在x-z平面内具有的焦距F1的计算公式为：
Figure BDA0002575319350000031
双焦点水浸聚焦探头3在y-z平面具有的焦距F2的计算公式为：
Figure BDA0002575319350000032
设双焦点水浸聚焦探头3的频率为5MHz～10MHz，晶片直径为6mm～13mm；
步骤二、安装双焦点水浸聚焦探头3和声反射镜6
将双焦点水浸聚焦探头3置于水槽6中双合金整体叶盘1的上方，调整双焦点水浸聚焦探头3的角度使声束轴线垂直于双合金整体叶盘1的端面；
将声反射镜6安装于双焦点水浸聚焦探头3前端，使声反射镜6的对称面与双焦点水浸聚焦探头3的y-z平面重合；
步骤三、验证检测灵敏度
将焊接后的双合金整体叶盘1上的叶片加工掉，只留下连接好的盘芯和叶片环，从叶片环外侧圆周面加工φ0.8mm、φ1.2mm、φ2.4mm和φ3.2mm的平底孔型人工缺陷，使平底孔型人工缺陷的孔底位于双合金整体叶盘1的焊缝2处；
将安装有声反射镜6的双焦点水浸聚焦探头3伸入双合金整体叶盘的内孔4中，调整声反射镜6的上下位置，使水中声程为H，微调双焦点水浸聚焦探头3的位置，使声束轴线穿过双合金整体叶盘1的中心轴，旋转双合金整体叶盘1并上下移动安装有声反射镜6的双焦点水浸聚焦探头3，观察不同直径的平底孔型人工缺陷的反射信号，验证检测灵敏度后，再对双合金整体叶盘1产品进行检测。
本发明技术方案采用双焦点水浸聚焦探头3，配合90°声反射镜6，伸入内孔4中，利用内孔本身的折射作用，使声束在x-z平面内和y-z平面内的焦点会聚于材料中同一点，达到提高灵敏度的目的。该方法在实际检测工作中取得了较好的效果，有效将检测灵敏度由Φ3.2mm当量提高到Φ0.8mm当量以上。
本发明技术方案采用双焦点水浸聚焦探头3的技术方案专用于内孔的检测，其特点表现如下：
1、双焦点水浸聚焦探头3的参数是根据被检零件的结构进行设计，具体表现为：根据焊缝距离内孔的距离d设计x-z平面内具有的焦距F1，根据内孔半径R和焊缝距离内孔的距离d设计y-z平面内具有的焦距F2，根据内孔的尺寸设计晶片直径；
2、由于内孔中的空间有限，为了适应内孔检测对双焦点水浸聚焦探头进行了小型化的设计，将晶片直径控制在6mm～13mm，同时采用一个90°声反射镜将双焦点水浸聚焦探头所发出的声束方向由轴向改为径向。
附图说明
图1为采用双焦点水浸聚焦探头检测双合金整体叶盘焊缝的原理示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
实施例
某发动机中的双合金整体叶盘，内孔半径R为8mm，焊缝距离内孔孔壁的距离d为40mm。水中声速c1为1480m/s，双合金整体叶盘中的声速c2为6000m/s。双焦点水浸聚焦探头的频率为10MHz，晶片直径为6.3mm，工作水距为20mm。
采用本发明提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法步骤如下：
步骤一、确定双焦点水浸聚焦探头的x-z平面和y-z平面的焦距
根据公式计算双焦点水浸聚焦探头在x-z平面内具有的焦距F1为182mm。
根据公式计算双焦点水浸聚焦探头在y-z平面内具有的焦距F2为9mm。
步骤二、安装双焦点水浸聚焦探头和声反射镜
将双焦点水浸聚焦探头置于水槽中双合金整体叶盘的上方，调整双焦点水浸聚焦探头的角度使声束轴线垂直于双合金整体叶盘的端面；
将声反射镜安装于双焦点水浸聚焦探头前端，使声反射镜的对称面与双焦点水浸聚焦探头的y-z平面重合；
步骤三、验证检测灵敏度
将焊接后的双合金整体叶盘上的叶片加工掉，只留下连接好的盘芯和叶片环，从叶片环外侧圆周面加工φ0.8mm、φ1.2mm、φ2.4mm和φ3.2mm的平底孔型人工缺陷，使平底孔型人工缺陷的孔底位于双合金整体叶盘的焊缝处；
将安装有声反射镜的双焦点水浸聚焦探头伸入双合金整体叶盘的内孔中，调整声反射镜的上下位置，使水中声程为20mm，微调双焦点水浸聚焦探头的位置，使声束轴线穿过双合金整体叶盘的中心轴，旋转双合金整体叶盘并上下移动安装有声反射镜的双焦点水浸聚焦探头，观察不同直径的平底孔型人工缺陷的反射信号，验证检测灵敏度后，再对双合金整体叶盘产品进行检测。
采用本发明后，显著提高了双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度，使检测灵敏度由Φ3.2mm当量提高到Φ0.8mm当量以上。

Claims (7)

1.一种提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，该方法所针对的双合金整体叶盘(1)是由两个环状的柱体焊接在一起，其焊缝（2）是一个环状的面层，将该双合金整体叶盘(1)整体浸没于水槽（5）中，该提高灵敏度的方法是采用一个双焦点水浸聚焦探头（3）伸入到该双合金整体叶盘(1)的内孔（4）中，配合固定在双焦点水浸聚焦探头（3）前端的90°声反射镜（6），使双焦点水浸聚焦探头（3）发出的声束在x-z平面内和y-z平面内的焦点会聚于焊缝（2）上的同一点；
所述的双焦点水浸聚焦探头（3）的晶片直径小于内孔（4）的直径，在x-z平面内具有焦距F1，在y-z平面具有焦距F2，且F1≠F2；
所述双焦点水浸聚焦探头（3）在x-z平面内具有的焦距F1的计算公式为：
Figure DEST_PATH_FDA0002575319340000011
Figure 799481DEST_PATH_IMAGE002
式中：焊缝（2）距离内孔（4）的孔壁的距离为d，检测时采用的水距为H=H 1 +R，H 1 为探头与反射镜的距离，水中的声速为c 1，双合金整体叶盘（1）中的声速为c 2；
所述双焦点水浸聚焦探头（3）在y-z平面具有的焦距F2的计算公式为：
Figure 785085DEST_PATH_FDA0002575319340000021
Figure 716621DEST_PATH_IMAGE004
式中：双合金整体叶盘（1）的内孔（4）的半径为R，焊缝（2）距离内孔（4）的孔壁的距离为d，检测时采用的水距为H=H 1 +R，H 1 为探头与反射镜的距离，水中的声速为c 1，双合金整体叶盘（1）中的声速为c 2。
2.根据权利要求1所述的提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，其特征在于：所述双焦点水浸聚焦探头（3）的晶片直径为6mm～13mm。
3.根据权利要求1所述的提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，其特征在于：所述双焦点水浸聚焦探头（3）的频率为5MHz～10MHz。
4.根据权利要求1所述的提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，其特征在于：在试验双合金整体叶盘（1）焊缝超声检测灵敏度时，在双合金整体叶盘（1）的试验件的侧圆周面上加工φ0.8mm、φ1.2mm、φ2.4mm和φ3.2mm的平底孔型人工缺陷，使平底孔型人工缺陷的孔底位于双合金整体叶盘（1）的焊缝（2）处。
5.根据权利要求1所述的提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，其特征在于：双焦点水浸聚焦探头（3）发出的声束轴线垂直于双合金整体叶盘（1）的圆周面。
6.根据权利要求1所述的提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，其特征在于：声反射镜（6）的对称面与双焦点水浸聚焦探头（3）的y-z平面重合。
7.根据权利要求1所述的提高双合金整体叶盘焊缝超声检测灵敏度的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、确定双焦点水浸聚焦探头（3）的x-z平面和y-z平面的焦距
设：双合金整体叶盘（1）的内孔（4）的半径为R，焊缝（2）距离内孔（4）的孔壁的距离为d，检测时采用的水距为H=H 1 +R，H 1 为探头与反射镜的距离，水中的声速为c 1，双合金整体叶盘（1）中的声速为c 2；
双焦点水浸聚焦探头（3）在x-z平面内具有的焦距F1的计算公式为：
Figure 719128DEST_PATH_FDA0002575319340000011
Figure 574987DEST_PATH_IMAGE005
双焦点水浸聚焦探头（3）在y-z平面具有的焦距F2的计算公式为：
Figure 180294DEST_PATH_FDA0002575319340000021
Figure 970196DEST_PATH_IMAGE004
设双焦点水浸聚焦探头（3）的频率为5MHz～10MHz，晶片直径为6mm～13mm；
步骤二、安装双焦点水浸聚焦探头（3）和声反射镜（6）
将双焦点水浸聚焦探头（3）置于水槽（5）中双合金整体叶盘（1）的上方，调整双焦点水浸聚焦探头（3）的角度使声束轴线垂直于双合金整体叶盘（1）的端面；
将声反射镜（6）安装于双焦点水浸聚焦探头（3）前端，使声反射镜（6）的对称面与双焦点水浸聚焦探头（3）的y-z平面重合；
步骤三、验证检测灵敏度
将焊接后的双合金整体叶盘（1）上的叶片加工掉，只留下连接好的盘芯和叶片环，从叶片环外侧圆周面加工φ0.8mm、φ1.2mm、φ2.4mm和φ3.2mm的平底孔型人工缺陷，使平底孔型人工缺陷的孔底位于双合金整体叶盘（1）的焊缝（2）处；
将安装有声反射镜（6）的双焦点水浸聚焦探头（3）伸入双合金整体叶盘的内孔（4）中，调整声反射镜（6）的上下位置，使水中声程为H，微调双焦点水浸聚焦探头（3）的位置，使声束轴线穿过双合金整体叶盘（1）的中心轴，旋转双合金整体叶盘（1）并上下移动安装有声反射镜（6）的双焦点水浸聚焦探头（3），观察不同直径的平底孔型人工缺陷的反射信号，验证检测灵敏度后，再对双合金整体叶盘（1）产品进行检测。
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