[发明专利]航空发动机涡轮转子异质惯性摩擦焊缝超声检测对比试块

说明书

航空发动机涡轮转子组件异质惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块整体为弧形结构，对比试块材料分别为GH4169高温合金及FGH97粉末高温合金，其结构及尺寸与待检测工件惯性摩擦焊缝处完全相同，充分模拟涡轮转子组件异质惯性摩擦焊缝的实际检测工况。本发明的涡轮转子组件异质惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块为完整涡轮转子组件惯性摩擦焊缝区的局部结构，具有小巧轻便、结构简单及尺寸精度高等特点，能够为涡轮转子组件异质惯性摩擦焊缝的超声相控阵检测提供高精度的检测频率、增益及闸门值的仪器与探头组合灵敏度的校准工作。

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮转子异质惯性摩擦焊缝超声检测对比试块。

背景技术

航空发动机涡轮转子组件制造材料多为高温合金及粉末高温合金等材料，具有晶粒组织粗大，声阻抗较高等特性，导致超声波在高温合金及粉末高温合金材料内部传播过程中具有较大的能量衰减，导致该种材料的超声检测精度严重降低，不利于对内部微小缺陷的有效检测。其次，惯性摩擦焊缝熔合线宽度尽在微米量级，其尺寸远远小于融化焊缝的宽度，同时异质材料的惯性摩擦焊缝具有较大的声阻抗差，导致焊缝即使在无缺陷存在的情况下依然会对超声波产生较大的反射回波，从而形成伪缺陷，而且惯性摩擦焊缝上的缺陷还有尺寸微小、二维及弥散分布的特征。此外，航空发动机涡轮转子组件惯性摩擦焊缝及附近空间结构形式较为复杂，有效检测空间狭窄，不利于超声检测探头的安放及超声波的良好传播。上述多种不利因素均导致无法实现航空发动机涡轮转子组件异质惯性摩擦焊缝微小缺陷的有效超声检测，严重影响了惯性摩擦焊接工艺在航空发动机涡轮转子组件焊接上的应用。

超声相控阵检测工艺作为近年来最新发展起来的一种新型无损检测技术，其相控阵探头具有多个相互独立的压电晶片，各压电晶片能够在数字控制系统下的协调下完成超声波的发射与接收，从而实现多个超声波束在工件内部的聚焦和偏转的实时动态变化。相比于常规单晶探头的超声检测，超声相控阵的聚焦声束具有更高的能量密度，对微小缺陷也具有了更高的检测灵敏度和精度，更适合于航空发动机转子组件惯性摩擦焊缝上微小缺陷的检测，对于焊缝上可能存在的微小尺寸裂纹和片状氧化物夹渣等缺陷具有更高的检出率。此外，常规超声检测检测灵敏度校准用对比试块人工缺陷尺寸较大、结构形式单一且与惯性摩擦焊缝的曲面结构相异，不能实现校准条件与待检测焊缝的有效统一，而且现有常规对比试块上的人工缺陷尺寸也较大，不能更好的满足航空发动机涡轮转子组件异质惯性摩擦焊缝对检测灵敏度的高校准精度要求，同时也会降低对惯性摩擦焊缝微小缺陷的检出率。

目前，现有技术针对固相焊接工艺的惯性摩擦焊缝超声相控阵检测用对比试块还没实现统一标准，多采用常规熔化焊缝超声检测的对比试块校准检测灵敏度，但惯性摩擦焊缝上的缺陷尺寸更小，常规熔化焊缝超声检测用对比试块上的人工缺陷已无法提高惯性摩擦焊缝超声检测所需的更高校准精度。此外，高温合金材料的惯性摩擦焊缝上的缺陷多为轴向或周向分布的微小裂纹及极薄的片状氧化物夹渣。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及氧化物夹渣等缺陷类型和分布状态。

发明内容