[发明专利]一种航空发动机机匣环锻件超声相控阵检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机机匣环锻件超声相控阵检测方法，包括以下步骤：S1、将机匣环锻件的表面作为检测区域，根据机匣环锻件的截面几何形状，将检测区域划分为凸面区域、凹面区域以及平面区域；S2、根据各检测区域的几何参数设置对应的检测参数；S3、通过检测参数设定相控阵探头的运动轨迹、偏转角度和水层高度；S4、两个相控阵探头沿机匣环锻件内外侧截面轮廓作步进式扫查，机匣环锻件作旋转运动，机匣环锻件在相控阵探头各检测位置旋转一周，依次完成整个机匣环锻件的全区域检测；S5、根据S4采集的机匣环锻件检测信号以及图像，分析机匣环锻件的凸面区域和凹面区域的缺陷尺寸和具体位置。本发明检测灵敏度高、缺陷检出能力强、检测效率高。

技术领域

本发明涉及超声波无损检测技术领域，具体涉及一种航空发动机机匣环锻件超声相控阵检测装置及方法。

背景技术

根据我国航空工业现行法规和标准的要求，对航空锻件需要进行超声无损检测，以保证航空零部件的质量。

航空发动机机匣环件是航空关键零部件，此类环锻件存在大量的异型截面结构，如凸面台阶、凹面R角、凹面沟槽等复杂截面轮廓，如何利用超声波检测技术对此类环锻件曲面内部缺陷进行全面精确检测是迫切需要的。目前，航空机匣环锻件采用常规单探头超声检测，单探头对于曲率过大的凹面和凸面等复杂几何特征，超声波在界面反射散射严重，声束可达性差，缺陷检测困难。常规超声相控阵成像方法，如线扫、扇扫、合成孔径成像等方法无法根据曲面曲率自适应发射超声波，曲面内部声束不能聚焦，造成相控阵成像检测灵敏度差。

目前针对复杂曲面构件，一般采用超声相控阵柔性探头或者曲面阵列探头，此类探头采用接触式检测，存在耦合条件不稳定，检测效率低等问题，无法超声自动化检测系统。因此，如何开发机匣环锻件超声相控阵检测方法，实现工业自动化快速检测是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空发动机机匣环锻件超声相控阵检测装置及方法，以解决传统超声相控阵检测方法检测效果差、效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：一种航空发动机机匣环锻件超声相控阵检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1、将机匣环锻件的表面作为检测区域，根据机匣环锻件的截面几何形状，将检测区域划分为凸面区域、凹面区域以及平面区域；其中凸面区域和凹面区域分别由若干凸面圆弧和凹面圆弧构成；设凸面圆弧有a处，凹面圆弧有b处，其中各凸面圆弧半径分别为r₁、r₂…r_a，各凸面圆弧圆心角分别为各凹面圆弧半径为R₁、R₂…R_b，各凹面圆弧圆心角分别为σ₁、σ₂…σ_b；

S2、根据各凸面圆弧的半径及圆心角范围，分别计算各凸面圆弧的检测参数；根据各凹面圆弧的半径及圆心角范围，分别计算各凹面圆弧的检测参数；根据各平面区域的检测深度范围，分别计算各平面区域的检测参数；

S3、在计算机中为相控阵探头预设各区域的所述的检测参数，利用控制系统预设相控阵的运动轨迹和相控阵探头在各区域的偏转角度和水层高度；其中检测参数包括检测深度H、水层高度h、子孔径阵元数为L、激发阵元总数N；

S4、采用水浸耦合方式，两个相控阵探头分别沿机匣环锻件内侧和外侧截面轮廓作步进式扫查，机匣环锻件作旋转运动，机匣环锻件在相控阵探头各检测位置旋转一周，依次完成整个机匣环锻件的全区域检测，同时采集检测信号和图像；

S5、根据S4采集的机匣环锻件检测信号以及图像，分析机匣环锻件的凸面区域和凹面区域的缺陷尺寸和具体位置。

按上述方案，S2中所述凸面圆弧的检测参数计算方法如下：