[发明专利]针对微小孔周裂纹高精度检测的柔性旋转涡流检测探头及方法

说明书

一种针微小孔周裂纹高精度检测的柔性旋转涡流检测探头及方法，该检测探头由硅胶柔性垫板、FPC柔性激励线圈和饼式检出线圈组成；在探头工作时分别通入相位差为90°的正弦调制激励电流，产生周期性旋转的涡流场增加检测灵敏度；使用差分相位法对气膜孔周裂纹的存在性进行检测，极大提高了涡轮叶片冷却气膜孔周裂纹识别的精度；使用差分幅值法对气膜孔周裂纹的位置方向进行确认，实现对涡轮叶片冷却气膜孔周任意方向裂纹的检测；本发明可以实现对任意方向0.5×0.2mmsupgt;2/supgt;～1×0.2mmsupgt;2/supgt;大小范围内的涡轮叶片冷却气膜孔周裂纹的高精度检测，相比于传统探头和识别方法具有高灵敏度、高精度、高信噪比的技术优势。

技术领域

本发明涉及一种电涡流无损检测探头，具体涉及一种针对涡轮叶片冷却气膜孔周裂纹高精度检测的柔性阵列旋转涡流检测探头及方法。

背景技术

涡轮叶片上气膜孔的加工制造对被加工的材料、尺寸、结构、表面质量等方面都有着严格的要求。目前对于涡轮叶片上气膜孔的加工多采用电火花加工的形式。气膜孔电火花高速穿孔加工过程中电极伺服进给和旋转时刚度导致的弯曲变形会影响穿孔加工精度和效率，且容易造成加工损伤，进而在冷却气膜孔周会产生微小裂纹缺陷。涡轮叶片加工制造过程中产生的微小裂纹缺陷会导致应力集中，使得涡轮叶片在恶劣的工作环境中更加容易发生损坏，降低叶片的使用寿命，导致叶片失效，进而导致严重的飞行事故。基于旋转涡流方法的无损检测技术在对涡轮叶片完整性评价中发挥着关键作用，在涡轮叶片的加工制造环节，通过旋转涡流无损检测方法对加工的涡轮叶片结构完整性进行评估，对有加工缺陷的叶片及时的进行质量控制，可以最大限度的避免由于在涡轮叶片加工环节产生的缺陷导致的叶片失效，减少飞行故障和经济损失。

由于涡轮叶片是复杂曲率结构，使用传统的刚性旋转涡流探头对其进行检测的过程中易产生较大的提离误差影响检测效果，故设计使用柔性旋转涡流探头代替传统的刚性旋转涡流探头是十分必要的。单个涡轮叶片上冷却气膜孔多达百余个，冷却气膜孔的孔径在0.3～2mm，孔间距在1～3mm，相比于冷却气膜孔的大小气膜孔周裂纹尺寸则更加微小，受限于气膜孔本身尺寸和分布密度的影响，在进行涡轮叶片气膜孔周裂纹检测的过程中，孔周裂纹的检测信号容易湮没在冷却气膜孔的检测信号中造成漏检。目前已有的柔性阵列旋转涡流探头的精度只能达到2×0.2mm²不足以支撑实际加工工况下0.5×0.2mm²～1×0.2mm²大小的气膜孔周裂纹的检测。综合前文所述，考虑涡轮叶片结构的复杂曲率、冷却气膜孔尺寸及密度造成的背景噪声和冷却气膜孔周裂纹的微小尺寸，设计开发高精度的柔性阵列旋转涡流探头和高灵敏度的裂纹信号识别提取方法十分必要。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种针对涡轮叶片冷却气膜孔周裂纹高精度检测的柔性阵列旋转涡流检测探头构型和微小气膜孔周裂纹检测信号识别提取方法，以实现对实际涡轮叶片冷却气膜孔周大小范围在0.5×0.2mm²～1×0.2mm²内的微小气膜孔周裂纹的高精度检测。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种针对微小孔周裂纹高精度检测的柔性旋转涡流检测探头，用于检测涡轮叶片冷却气膜孔周裂纹，该探头包括硅胶柔性垫板、FPC柔性激励线圈8和饼式检出线圈7；所述硅胶柔性垫板由硅胶柔性下垫板1和硅胶柔性上垫板2组成；硅胶柔性下垫板1上加工有检出线圈孔槽3、检出线圈电路槽4和激励线圈电路槽5；硅胶柔性上垫板2除了具有硅胶柔性下垫板1的检出线圈孔槽3、检出线圈电路槽4和激励线圈电路槽5外，还具有焊点隐藏槽6；所述饼式检出线圈7由一组多个相同尺寸和物理特征的饼式线圈组成，每个饼式线圈置于涡轮叶片冷却气膜孔的正上方，用于采集在每个涡轮叶片冷却气膜孔周检测区域产生的涡流信号；所述FPC柔性激励线圈8由两组方向相互垂直的水平并联激励线圈9和竖直并联激励线圈10上下放置组成，两组并联激励线圈之间用绝缘的聚酯薄膜隔离，使两组并联激励线圈在工作时互不干扰；