CN205157507U - 用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声c扫检测的模拟标准件 - Google Patents

Abstract

实用新型公开了一种用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，包括回转筒体和固定在回转筒体一端的同轴圆盘，在圆盘的下端面同一直径圆周上加工有3个垂直于圆盘端面不同直径的用于检测工件电子束焊缝缺陷的作为参考标准的平底孔，平底孔的孔底面距其上方圆盘上端面的距离δ₁与涡轮机匣焊缝装配面距检测基准端面距离δ₂相同，平底孔正上方端面距模拟标准件安装端面的高度h₁与涡轮机匣焊缝检测基准端面距被检工件安装端面的高度h₂相同，平底孔位置所在圆周直径与被检工件加工后的内圈直径加上焊缝最小熔深值基本相等。本实用新型可用于确定检测灵敏度及要监控的焊缝熔深，验证水浸超声检测工艺的可行性、准确性与可靠性。

Description

用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件

技术领域

本实用新型涉及航空发动机涡轮机匣电子束焊缝检测技术领域，特别涉及用于航空发动机涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件。

背景技术

涡轮机匣是航空发动机非常重要的部件。航空发动机涡轮机匣的零件4与零件5之间的焊接连接，由于其结构特点、工作环境和材料性能，设计上对焊缝的熔深、焊缝中的缺陷、焊接残余变形都有很高的要求。鉴于此，航空发动机涡轮机匣零件4与零件5之间的焊接采用电子束焊接(EBW)。电子束焊接能量密度极高，容易实现金属材料的深熔透焊接，具有焊缝窄、深/宽比大、焊缝热影响区小、焊接残余变形小、焊接工艺参数容易精确控制、重复性和稳定性好等优点。正是由于其上述优点，电子束焊接技术获得了长足发展，已广泛应用于各个行业。但是由于制造零部件的材料、焊缝的状态、焊接工艺和焊后处理等因素的影响，电子束焊缝内部经常产生缺陷,如气孔、裂纹、未焊透和未熔合等，直接影响到焊缝的强度和使用可靠性。为了保证电子束焊缝的质量，必须对零部件上的焊缝区域进行无损检测。

由于电子束焊缝的深/宽比大，缺陷一般都比较小,因此对检测灵敏度要求比较高。针对焊缝内部缺陷的无损检测，常用方法有X射线检测法和超声波检测法。但现有技术的射线检测，只能检测焊缝中的气孔、裂纹等缺陷，可以判断是否焊透，但无法确定焊接熔深值。一般情况下超声检测也只是检测焊接缺陷，至于熔深的确定应用也较少。

在航空发动机涡轮机匣生产加工中，为了掌握电子束焊缝的质量，需要对涡轮机匣电子束焊缝的熔深进行检测，但现有技术没有检测电子束焊缝熔深与缺陷的有效方法。发明人通过分析认为使用超声波来确定焊缝熔深有一定的可行性，但前提是必须有能够模拟实际零件的模拟标准件，特别是熔深部分，如何模拟实际被检零件，如何模拟熔深便是最大的难题。

发明内容

本实用新型针对工作实践提出的问题，提供了一种用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，以确定超声C扫检测的检测灵敏度，以及检测被检工件涡轮机匣电子束焊缝熔深、焊缝中缺陷。

本实用新型提供的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其构成包括回转筒体和固定在回转筒体一端的同轴圆盘，在圆盘的下端面同一直径圆周上加工有3个垂直于圆盘端面不同直径的，用于检测工件电子束焊缝缺陷的作为参考标准的平底孔，3个不同直径的平底孔分别为焊缝允许忽略不计的最大当量直径的平底孔、多个缺陷允许的最大当量直径的平底孔和单个缺陷允许的最大当量直径的平底孔，平底孔的孔底面距其上方圆盘上端面的距离δ₁与涡轮机匣焊缝装配面距检测基准端面距离δ₂相同，平底孔正上方端面距模拟标准件安装端面的高度h₁与涡轮机匣焊缝检测基准端面距其安装端面的高度h₂相同，平底孔位置所在圆周直径与被检工件加工后的内圈直径加上焊缝最小熔深值基本相等，即平底孔所在位置的直径D₁≈D₃+F，其中D₃为涡轮机匣机加工后的内圈直径，F为焊缝最小熔深。

在本实用新型的上述技术方案中，所述水浸超声C扫检测，是指将被检测的涡轮机匣(工件)浸于水中，通过超声波扫描成像对涡轮机匣(工件)上的电子束焊缝进行检测，以确定工件上的电子束焊缝是否满足设计要求。

在本实用新型的上述技术方案中，在圆盘的下端面同一直径圆周上可加工两组或两组以上的3个垂直于圆盘端面不同直径的用于检测工件电子束焊缝缺陷的作为参考标准的平底孔。设置多组参考标准平底孔，可防止一个平底孔加工失误带来整个模拟标准件报废。参考标准平底孔一般设置为两组。

在本实用新型的上述技术方案中，所述圆盘上端面从平底孔所在区域至圆盘边缘的环形平面优先设计为下沉台阶平面。圆盘上端面采取这样的结构设计，有利于保证平底孔的孔底面距其上方圆盘端面的距离δ₁与焊缝装配面距检测基准端面距离δ₂相同，以及平底孔正上方圆盘端面距模拟标准件安装端面的高度h₁与被检工件焊缝检测基准端面距被检工件安装端面的高度h₂相同。

在本实用新型的上述技术方案中，所述圆盘下端面从平底孔所在区域至圆盘边缘的环形平面优先设计为上顶台阶平面。将平底孔所在区域的圆盘下端面设计为环形的上顶台阶平面，当将圆盘的厚度比较大时，可减小平底孔的深度。由于作为参考标准的所述平底孔，其直径很小，一般都小于1mm，且孔底为平面，加工十分困难。减小平底孔的加工深度，可大大降低平底孔的加工难度。

在本实用新型的上述技术方案中，所述回转筒体和所述圆盘可为整体结构，也可为可拆装的组合结构。优先采用组合结构，如回转筒体与圆盘可通过多个垂直螺钉进行连接。

在本实用新型的上述技术方案中，为了减轻模拟标准件的重量，所述圆盘优先设计成法兰结构的圆盘；所述回转筒体优先设计成筒体上加工有若干减重圆孔的结构。

本实用新型提供的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，模拟标准件的外形尺寸、模拟标准件上参考标准平底孔的尺寸和参考标准孔在模拟标准件上的位置确定如下：

(1)模拟标准件外形尺寸的确定：根据被检工件涡轮机匣超声检测时的尺寸及装夹状况来确定模拟标准件的外形尺寸，使模拟标准件上的参考标准平底孔上方端面距模拟标准件安装端面的高度h₁(如图2)，与涡轮机匣焊缝检测基准端面距涡轮机匣安装端面的高度h₂(如图4)相同，即平底孔正上方端面距回转工作台平面的高度h₁与涡轮机匣焊缝检测基准端面距回转工作台平面的高度h₂一样；又使平底孔的孔底面距圆盘上端面的距离δ₁，即平底孔埋深δ₁(如图3)与涡轮机匣焊缝装配面距检测基准端面距离δ₂(如图5)相同，以保证模拟标准件及工件扫查时，超声波探头距平底孔孔底面的距离与超声波探头距焊缝装配面的检测距离一样。

(2)模拟标准件上参考标准平底孔的尺寸确定：根据设计图要求允许忽略不计缺陷的最大当量直径确定最小尺寸的平底孔1A或1B直径，又根据设计图允许的多个缺陷最大当量直径确定次小尺寸平底孔2A或2B直径，再根据设计图允许的单个最大缺陷当量直径确定最大平底孔3A或3B直径，可以根据加工难度确定加工两组或多组符合要求的平底孔，再经计量确定哪组平底孔可以作为参考标准孔。

(3)参考标准平底孔在模拟标准件上位置的确定：根据设计图要求，要求被检工件涡轮机匣机加工后焊缝的熔深不小于F，而机加工后的涡轮机匣机内圈的最终直径为D₃，据此确定平底孔中心在模拟标准件圆盘上的位置，即平底孔位于模拟标准件圆盘上同一圆周的直径D₁为：D₁≈D₃+F，F为焊缝最小熔深，这样便可以通过利用最大平底孔3A或3B在C扫图上的位置来确定熔深监控区域(ROI)。方法如下：从平底孔中心线处沿圆盘直径方向往内量取尺寸K(约为F/2)，即为熔深监控区域的上边界，往外量取尺寸F-K，即为熔深监控区域的下边界，F长的区间即为熔深监控区域(ROI)，此时熔深监控区域(ROI)是根据零件的最终尺寸确定的，与被检零件的实际加工余量没有相关性，排除了实际零件焊接变形或加工错误带来的影响。鉴于以上考虑，标准件与实际零件可以使用同一扫查程序进行检测,同时也可以通过标准件来确定需要监控的熔深区域。

本实用新型提供的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，具有以下十分突出的有益技术效果：

1、使用本实用新型提供的模拟标准件对涡轮机匣电子束焊缝进行水浸超声C扫检测，可以确定超声检测灵敏度及焊缝要熔深监控区域(ROI)，从而使超声检测实现了熔深的确定，扩大了超声检测范围，并大大提高了检测的准确性与可靠性。同时模拟标准件能够较好地模拟实际工件焊缝检测区域及缺陷，模拟标准件与实际零件可以使用同一扫查程序进行检测。

2、通过使用本实用新型提供的模拟标准件，可以让超声检验员直观准确地通过观察C扫图上显示波幅的强弱及其处在熔深监控区域(ROI)的位置情况来判定电子束焊接是否存在未焊透，存在未焊透时，其熔深是否符合要求。

3、本实用新型提供的用于电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件可以推广应用于类似涡轮机匣的工件上电子束焊接焊缝的检测。

采用本实用新型提供的模拟标准件对航空发动机涡轮机匣电子束焊缝进行水浸超声C扫检测，可以确定检测灵敏度及要监控的焊缝熔深，并验证针对该类零件水浸超声检测工艺的可行性、准确性与可靠性。

附图说明

图1为本实用新型所述水浸超声检测用模拟标准件的俯视结构示意图。

图2为图1中A-A向模拟标准件的剖视结构示意图。

图3为图2中B部分局部放大结构示意图。

图4为被检零件航空发动机涡轮机匣结构示意图。

图5是图4中焊缝检验区域局部I放大结构示意图。

图6为焊缝熔深小于允许最小值F焊接示意图(不合格)。

图7为焊缝熔深刚好为允许最小值F的焊接示意图(合格)；

图8为焊缝熔深大于允许最小值F的焊接示意图(合格)；

图9为模拟标准件的C扫描成像图及熔深监控区域的确定方法示意图。

图10为示例涡轮机匣标准件的C扫描成像图及熔深监控区域示意图。

在上述附图中各图示标号标识的对象分别为：1-模拟标准件的圆盘；2-模拟标准件的筒体；3-参考标准平底孔；4-涡轮机匣的Z型零件；5-涡轮机匣的锥筒零件；6-零件4与零件5之间的电子束焊缝；7-超声波探头。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型的实施例，并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明。有必要指出的是，实施例只用于对本实用新型做进一步的说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术熟悉人员根据上述发明内容，对本实用新型做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，是容易做到的，因此，这样的改进与调整应仍属于本实用新型的保护范围。

实施例1

本实施例的模拟标准件的构成如附图1、附图2和附图3所示，被检测焊缝的工件涡轮机匣的构成如附图4和附图5所示，涡轮机匣内圈机加工后的最终直径为φ398.22mm，被检测的焊缝为工件中零件4和零件5之间的电子束焊缝6，设计要求焊缝熔深不小于1.52mm，经检测焊缝熔深合不合格如附图6、附图7和附图8所示。本实施例的模拟标准件的构成，包括回转筒体3和通过6个螺钉固定在回转筒体一端的同轴圆盘1，所述圆盘为法兰盘结构的等厚圆盘，在圆盘的下端面同一直径圆周上加工有两组3个垂直于圆盘端面不同直径的用于检测工件电子束焊缝缺陷的作为参考标准的平底孔2，一组为A组，一组为B组，两组对应的3个不同直径的平底孔是相同的，分别为焊缝允许忽略不计缺陷的最大当量直径的平底孔A1/B1，直径为0.4mm，允许多个缺陷最大当量直径的平底孔A2/B2，直径为0.8mm，允许的单个最大缺陷当量直径的平底孔A3/B3，直径为1.0mm，平底孔的孔底面距其上方圆盘上端面的距离δ₁与焊缝装配面距检测基准端面距离δ₂相同，平底孔正上方端面距模拟标准件安装端面的高度h₁与被检工件焊缝检测基准端面距被检工件安装端面的高度h₂相同，平底孔中心位置所在圆周直径与被检工件加工后的内圈直径加上焊缝最小熔深值基本相等，约为399.74mm。

采用本实施例的模拟标准件对涡轮机匣上的电子束焊缝进行水浸超声C扫检测的过程如下：

1.使用模拟标准件确定检测范围并编制针对具体零件(涡轮机匣)的检测程序。调节超声波探头7位置，找到模拟标准件平底孔显示，使超声波探头沿通过平底孔中心半径方向分别向外和向内移动1-2mm，确定检测范围，调节增益使直径最小的平底孔(φ0.4mm-1B)的波幅达到25％以上，直径最大的平底孔(φ1.0mm-3B)的波幅在89％-99％之间，按照设置好超声参数并编制好扫查程序对标准件进行检测，观察其C扫描图，微调程序中的检测范围，使C扫描图达到图9效果。

2.在模拟标准件的C扫描图上确定熔深监控区域(ROI)，具体方法为：局部放大(φ1.0mm-3B)显示，找到该平底孔中心在C扫描图上的位置，并标记上，如图10中的平底孔中心线；再往C扫描图的上方量0.86mm，确定ROI区域的上边界(零件的内径方向)；再往C扫图的下方量0.66mm，确定ROI区域的下边界(零件的外径方向)，上下边界之间的区间即为熔深监控区域(ROI)。

3.使用对模拟标准件进行检测的参数对实际零件进行检测，按照标准件熔深的确定方法对零件确定熔深监控区域(ROI)，再对C扫图上发现的显示进行评定。

4.实际零件检测完成后，重新扫查模拟标准件，确认平底孔的波幅变化是否在允许范围内，平底孔中心线位置是否有变化，以确保检测的稳定性。

5.发现显示后，如若有疑问，与模拟标准件中的平底孔进行比较，判定显示是否合格。该零件电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件已通过多次实验验证，使用其确定超声检测的检测灵敏度及要监控的焊缝熔深后对零件进行检测，发现各类缺陷显示，如：气孔，裂纹，未焊透(熔深不符合/符合要求)，且典型缺陷均经过了金相验证，扩大了超声检测范围，并大大提高了检测的准确性与可靠性，在应用过程中基本不存在检测失败，保证了零件质量，也极大地降低了生产成本。

实施例2

本实施例提供的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其构成与实施例1基本相同，所不同的地方是圆盘上端面从平底孔所在区域至圆盘边缘的环形平面为下沉台阶平面，平底孔的孔底面距其上方圆盘下沉台阶平面的距离δ₁与焊缝装配面距检测基准端面距离δ₂相同，平底孔正上方圆盘下沉台阶平面距模拟标准件安装端面的高度h₁与被检工件焊缝检测基准端面距被检工件安装端面的高度h₂相同。

实施例3

本实施例提供的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其构成与实施例1基本相同，所不同的地方是圆盘上端面从平底孔所在区域至圆盘边缘的环形平面为下沉台阶平面，平底孔的孔底面距其上方圆盘下沉台阶平面的距离δ₁与焊缝装配面距检测基准端面距离δ₂相同，平底孔正上方圆盘下沉台阶平面距模拟标准件安装端面的高度h₁与被检工件焊缝检测基准端面距被检工件安装端面的高度h₂相同。圆盘下端面从平底孔所在区域至圆盘边缘的环形平面为上顶台阶平面，以减小平底孔的加工深度，降低平底孔的加工难度。所述回转筒体3上加工有若干减重圆孔。

Claims (8)

1.一种用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其特征在于，包括回转筒体(3)和固定在回转筒体一端的同轴圆盘(1)，在圆盘的下端面同一直径圆周上加工有3个垂直于圆盘端面不同直径的用于检测工件电子束焊缝缺陷的作为参考标准的平底孔(2)，3个不同直径的平底孔分别为焊缝允许忽略不计的最大当量直径的平底孔、多个缺陷允许的最大当量直径的平底孔和单个缺陷允许的最大当量直径的平底孔，平底孔的孔底面距其上方圆盘上端面的距离δ₁与涡轮机匣焊缝装配面距检测基准端面距离δ₂相同，平底孔正上方端面距模拟标准件安装端面的高度h₁与涡轮机匣焊缝检测基准端面距其安装端面的高度h₂相同，平底孔位置所在圆周直径与被检工件加工后的内圈直径加上焊缝最小熔深值基本相等。

2.根据权利要求1所述的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其特征在于，在圆盘的下端面同一直径圆周上加工有两组3个垂直于圆盘端面不同直径的所述平底孔(2)。

3.根据权利要求1或2所述的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其特征在于，所述圆盘上端面从平底孔所在区域至圆盘边缘的环形平面为下沉台阶平面。

4.根据权利要求1或2所述的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其特征在于，所述圆盘下端面从平底孔所在区域至圆盘边缘的环形平面为上顶台阶平面。

5.根据权利要求3所述的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其特征在于，所述圆盘下端面从平底孔所在区域至圆盘边缘的环形平面为上顶台阶平面。

6.根据权利要求1或2所述的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其特征在于，所述回转筒体和所述圆盘为可装拆组合结构。

7.根据权利要求6所述的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其特征在于，所述圆盘为法兰结构圆盘。

8.根据权利要求6所述的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的模拟标准件，其特征在于，所述回转筒体上加工有若干减重圆孔。