[发明专利]燃气轮机曲面叶片残余应力测量方法及其装置有效
申请号: | 201711050106.2 | 申请日: | 2017-10-31 |
公开(公告)号: | CN109724727B | 公开(公告)日: | 2021-01-19 |
发明(设计)人: | 李颖;张成成;高靖云;任远 | 申请(专利权)人: | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 |
主分类号: | G01L1/25 | 分类号: | G01L1/25;G01L5/00 |
代理公司: | 上海专利商标事务所有限公司 31100 | 代理人: | 喻学兵 |
地址: | 200241 上*** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 燃气轮机 曲面 叶片 残余 应力 测量方法 及其 装置 | ||
一种燃气轮机曲面叶片残余应力测试方法,包括:制作标定样品;标定应力,利用弯曲夹具弯曲所述标定样品,使其最大挠度处达到与待测曲面叶片待测点相近的弯曲状态,测量应变,由应变得到应力;测量波速,测量超声波在所述标定样品的最大挠度处的波速;建立超声波在待测曲面叶片待测点相近的弯曲形态下,应力与超声波传播速度的关系式;测量超声波在待测曲面叶片待测点的波速,利用标定得到的关系式,得到待测曲面叶片的残余应力分布,最后进行测量确认。
技术领域
本发明属于燃气轮机技术领域,尤其涉及一种燃气轮机曲面叶片残余应力的测试方法与装置。
背景技术
燃气轮机叶片在制造和使用过程中,其结构往往会产生变形的不均匀,局部微小区域会产生弹塑性变形,最终会在叶片局部区域产生残余应力,工程师们希望获知该残余应力的大小和分布。现有的残余应力检测技术包括机械测定法和物理测定法两类,机械测定法对试件带有一定的破坏性,物理测定法中的X射线衍射法使用较为广泛,但由于X射线的辐射性,难以实现直接将X射线检测方法应用于现场构件的测量。
超声波测量残余应力作为一种无损检测技术,目前被很多工程技术人员关注。其测量原理为超声波的“声弹效应”,即超声波的在待测样中的传播速度和待测样中的残余应力基本呈现线性关系。根据超声波与待测样残余应力之间的关系,可以对待测样的残余应力进行测试。
目前的测量实际中,使用最为广泛的超声波为临界折射纵波,当纵波探头以一定角度斜射入测试平面时,会折射出平行于测试平面的纵波,该纵波称为临界折射纵波。目前临界折射纵波多用于对平面工件的残余应力测试,而在曲面测量中,对于临界折射纵波不能沿着平行表面传播,实际传播路径较难精确控制,并且,对于曲面件的残余应力测量,现有的标定步骤一般采用标准拉伸试样机对平板标准件进行标定。由于超声波的在曲面的传播路径也受到曲面结构本身的影响,因此,采用临界折射纵波的测量方法和标准拉伸试样机对平板件标定的测量方法,都会导致现有的燃气轮机叶片的曲面残余应力测量的结果往往不够精确。
因此,本领域需要一种能够无损、准确地检测燃气轮机曲面叶片残余应力大小和分布的方法与装置。
发明内容
本发明的目的提出一种能够无损、准确地检测燃气轮机曲面叶片残余应力大小和分布的方法与装置。
一种燃气轮机曲面叶片残余应力测试方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一,制作标定样品,标定样品为平板状,与被测曲面叶片材料相同,厚度相近,且所述标定样品已进行去应力退火,视为无残余应力;
步骤二,标定应力,利用弯曲夹具弯曲所述标定样品,使其最大挠度处达到与待测曲面叶片待测点相近的弯曲状态,测量应变,由应变得到应力;
步骤三,测量标定样品波速,测量超声波在所述标定样品的最大挠度处的波速;
步骤四,建立应力-波速关系,重复所述步骤二、步骤三,测量不同应力值对应的波速,建立超声波在待测曲面叶片待测点相近的弯曲形态下,应力与超声波速的关系式;
步骤五,测量曲面叶片波速,测量超声波在曲面叶片待测点的波速,利用步骤四标定得到的关系式,得到待测曲面叶片的残余应力分布;
步骤六,测量确认,利用弯曲夹具弯曲另一标定样品,使该另一标定样品的最大挠度处具有所述步骤五测量得到的应力,然后测量该另一标定样品的最大挠度处的实际超声波波速,将测得的该实际超声波波速与步骤五得到的曲面叶片波速进行比较,判断测量结果是否有效。
所述的燃气轮机曲面叶片残余应力测试方法,其进一步特征在于,在步骤二中,采用应变片校核挠度计的测量结果的方法,包括在弯曲后的标定样品上粘贴应变计,应变计测量结果与试验标定挠度计测量弯曲应变力的结果相比较,若两者偏差小于5%,即表明测量结果可信;根据挠度计测量结果计算应变公式如下:
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