飞机涡轮盘超声波检测工艺设计毕业设计(共39页)

1、长汐航空职业枚术学院Changsha Aeronautical Vocational and Technical College毕业设 计成果（方案）设计题目：飞机涡轮盘超声波检测工艺设计二级学院航空机电设备维修学院专 业理化测试与质检技术班 级检则1402学 号201400202010姓 名蒋金峰指导教师江茫陈纟斑长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在老师的指导下，独立完 成所取得的成果。尽我所知，设计中除特别加以标注的地方外，不包含其 他人已经发表或撰写

2、过的研究成果。本声明的法律结果由本人承担。学生签名:指导教师签名：二2盘詡攵卜长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College飞机涡轮盘现状分析1.1飞机涡轮盘的结构及性能特点1.1.1涡轮盘的结构 1.1.2涡轮盘性能特点1.2飞机涡轮盘的缺陷类型1.2. 1涡轮盘制造时易产生的缺陷 21.2.2涡轮盘使用时易产生的缺陷 32飞机涡轮盘现有检测方法分析52.1现有检测方法在飞机涡轮盘上的应用52. 1. 1渗透检测在飞机涡轮盘上的应用52.1.2射线检测在飞机涡轮盘上的应用62. 1. 3涡流检测在飞机涡轮盘上的

3、应用62.1.4超声检测在飞机涡轮盘上的应用 72.2飞机涡轮盘现有检测方法的对比3飞机涡轮盘超声波检测工艺设计思路103. 1超声检测基础知识103. 1. 1超声检测的工作原理 103. 1.2超声检测的优缺点103.1.3超声检测方法的分类113.2飞机涡轮盘缺陷分析123.3飞机涡轮盘超声波检测方法分析123. 3.1接触法123. 3. 2液浸法134飞机涡轮盘超声波检测工艺设计方案154. 1飞机涡轮盘超声检测工艺规范154. 1. 1适用范围154. 1.2引用标准154.1.3检测范围要求154. 1.4检测人员要求154. 1. 5检验场所要求164.1.6探头的选择 164

4、. 1.7耦合剂的选择174. 1.8检验频率的选择174. 1.9对受检件的要求184. 1. 10入射方向和人射面的选择 184.1.11扫查速度的选择184.1.12不连续性的评定184.1.13质量验收等级 204.2飞机涡轮盘超声检测工艺卡214.3 小结255总结26长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College参考文献27长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College1飞机涡轮盘现状分析涡轮盘是航空发动机重要的部件，如

5、图1-1,其工作原理是；从燃烧室流出的高温 高压燃气，流过同压气机装在同一条轴上的涡轮。燃气的部分内能在涡轮中膨胀转化为 机械能，带动压气机旋转，在发动机中，气流在涡轮中膨胀所做的功正好等于压气机压 缩空气所消耗的功以及传动附件克服摩擦所需的功。经过燃烧后，涡轮前的燃气能量大 大增加，因而在涡轮中的膨胀比远小于压气机中的压缩比，涡轮出口处的压力和温度都 比压气机进口高很多，发动机的推力就是这一部分燃气的能量而来的。图1-1涡轮盘1.1飞机涡轮盘的结构及性能特点1涡轮盘的结构涡轮部件是航空发动机三大核心部件之一，涡轮盘是航空发动机的关键零部件之一, 其性能直接关系到发动机的质量。通常情况下，航空

6、发动机所用的涡轮盘分为高压盘、 中压盘（三转子发动机）和低压盘，是发动机上的一个耐高温、高转速旋转的关键承力 件。涡轮盘属于大型盘类回转体零件，结构复杂，体积较大，形位公差要求严格。其结 构是由轮缘、辐板、安装边、中心孔等组成。在轮缘上有安装涡轮叶片用的枫树形桦槽, 中心孔周围有连接涡轮轴的凸缘和精密螺栓孔，辐板一般为度面结构，部分轮盘辐板上 有均压孔、安装挡板和安装平衡配置块的环形窄槽，安装边上有圆孔、异型孔和槽，外 缘内侧通常还有连接封严环的安装边和精密螺栓孔及安装平衡螺栓用的螺纹孔等。1.1.2涡轮盘性能特点长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocation

7、al and Technical College7涡轮盘是航空发动机的关键部件之一。它必须具备的性能特点有:1 .能够承受高温、高转速、高负荷；2. 对材料综合性能要求更高；3. 对零件尺寸形状精度、封严要求更高。1.2飞机涡轮盘的缺陷类型1.2.1涡轮盘制造时易产生的缺陷航空发动机的涡轮盘必须有较强的力学性能和较好的抗疲劳性能，这样才能使涡轮 盘的工作性能更加稳定，因此对涡轮盘的材料有很高的要求。尤其是在推重比越来越大 的情况下，涡轮盘需要承受的工作温度也在不断增加，因此需要的涡轮盘材料也在不断 改变。由于发动机工作温度的不断上升，涡轮盘的材料中也不得不加入一些能够提高耐 用温度的强化元素。

8、然而强化元素的引入又导致了一些问题，比如偏析严重以及加工困 难等。值得庆幸的是，伴随着新型粉末高温合金工艺的出现，上述问题得到了很好的解 决，粉末高温合金涡轮盘也逐渐占据了主导地位。粉末高温合金涡轮盘的生产主要采取的是热等静压技术（HIP）,这项技术是上世纪 七十年代开始使用的，这也是航空热工艺具有里程碑意义的一次革新。首先，通过雾化 法获得纯度比较高的合金粉末，然后把这些粉末置于陶瓷或者金屈包之中，再往里而加 入稀有气体，在高压的作用下成型，下图12即粉末高温合金涡轮盘的整体制造过程。盘件考核机械加工F冶金质量检验性能检验图1-2粉末高温合金涡轮盘制造的主要工艺流程由于涡轮盘制造工艺固有的特

9、点，在涡轮盘制造过程中可能存在的缺陷主要有：1夹杂物夹杂物，包括非金屈夹杂和金展夹杂。非金屈夹杂主要来源于母合金熔炼时的绢竭 和制粉装置中绢竭或喷嘴的陶瓷颗粒。夹杂物随机分布在合金中，成为疲劳断裂源，是 影响材料断裂韧性和疲劳断裂寿命的主要因素。2. 热诱导孔洞粉末中含有的空心粉，颗粒表面的吸附氮气，或包套过程中泄露的气体，在致密化 过程中被压缩。因该气体不溶于合金，在后续的热处理工序中，将膨胀而形成热诱导孔 洞，进而成为合金的断裂源。3. 原始颗粒边界粉末颗粒表而容易沉积大量的碳化物或碳氧化物，在成形过程中如果不能将其薄膜 破碎和溶解，它们就会大面积地聚集在合金的原始颗粒边界，阻碍金属颗粒间

10、的扩散和 连接，使合金处于脆性状态。1.2.2涡轮盘使用时易产生的缺陷涡轮盘是整个飞机发动机承受温度和负荷最高的部件，是航空发动机重要的热端部 件，工作条件极其恶劣，飞行时承受着复杂的热、机械载荷，各部位所承受的应力和温 度均不相同。涡轮盘使用时常见缺陷有：涡轮盘变形，涡轮盘破裂，以及疲劳裂纹的萌生和扩展 等。1. 涡轮盘变形涡轮盘外径为其关键尺寸，如外径伸长变形超过允许值，必然使固定其上的工作叶 片和静子机匣间的径向间隙减少，甚至相磨，使发动机无法可靠工作。如果涡轮盘材料 中有缺陷，则更增加了外径伸长变形量。在一般情况下，所有涡轮盘均由有相当厚度的 轮缘，薄的腹板和厚的中心轮毂等三个部位组成

11、。在恶劣的工作条件下，可能导致轮缘 中心面相对轮毂中心而产生永久的轴向变型，此即所谓腹板屈曲变形。2. 涡轮盘超转破裂航空发动机在正常加速过程中的瞬间超转、燃油调节器失灵、加力燃烧室故障或轴 破坏脱开等其它异常条件下，均会引起涡轮盘超转。这时如果涡轮盘材料中有缺陷或结 构尺寸设计不合理，就会出现涡轮盘超转破裂。3. 涡轮盘疲劳裂纹在航空发动机涡轮盘工作中，主要承受离心应力和热应力作用，二者均随发动机工 作状态变化而循环变化。另外，对于部分涡轮盘还有较大的残余应力作用。由于涡轮盘 形状比较复杂，故在工作中经常出现一些局部应力集中的高应力部位如涡轮盘樺槽槽底、 樺齿齿根及偏心孔、中心孔边等部位。如

12、有腐蚀介质作用，应力变化幅值足够大，在一 定循环寿命后，则可能在这些部位出现裂纹。涡轮盘在有裂纹的情况下，为了可靠工作，必须保持足够的损伤容限。涡轮盘中的 裂纹扩展主要分为两类：一类是由于材料中固有缺陷引起的内埋裂纹扩展；另一类是起 源于高应力部位低循环疲劳的表面裂纹扩展。综上所述，由于涡轮盘对缺陷十分敏感，微小缺陷对涡轮盘的性能和使用安全性就 将产生较大的影响，因此对其进行无损检测是十分必要的。对上述各种缺陷进行检测和 评价，及早发现问题，达到节约制造成本，保证产品质量的冃的。2飞机涡轮盘现有检测方法分析涡轮盘是航空发动机的耐久性关键件和断裂关键件，其工作环境严酷，承受的载荷 复杂。它的失效

13、直接影响发动机的可靠性和使用维护成本，其至危及飞机和乘员的安全。 涡轮盘上的各种孔隙、孔洞会降低轮盘的抗疲劳强度。据统计，低循环疲劳失效是涡轮 盘的主要失效模式，占发动机结构故障的80%90%。低循环疲劳极易萌生表而裂纹缺 陷，疲劳裂纹主要在夹杂、孔洞、晶界等位置处萌生。涡轮盘加工过程中，内部可能会 存在夹杂等缺陷，由于偶然事件而使刀具破损颗粒嵌入涡轮盘表而，也会导致涡轮盘表 而、近表面萌生裂纹而失效。选用无损检测技术对涡轮盘表而、近表面裂纹缺陷和内部 夹杂缺陷进行诊断具有重要意义。2.1现有检测方法在飞机涡轮盘上的应用2.1.1渗透检测在飞机涡轮盘上的应用渗透检测是利用毛细管作用，检测表面开

14、口的小裂纹或材料的不连续性，其操作简 单：将一种含有染料或荧光粉的低粘性和低表而张力的渗透剂涂在经过彻底清洁的构件 表面上，经过一定的时间，渗透剂可充分渗入表面开口的裂纹中；去掉零构件表而多余 的渗透剂，再在构件表面涂上一层显像剂，裂纹中的渗透剂在毛细作用下重新被吸附到 构件表而上，从而形成放大了的裂纹显示；在黑光灯下（荧光渗透法）或白光灯下（着 色渗透法）观察裂纹显示。裂纹处将呈现黄绿色（荧光渗透法）或红色（着色渗透法） 的显示痕迹。下图21即渗透检测原理示意图。c）d）图2-1渗透检测原堆.囹a）渗透处理 b）去除处理 c）显像处理 d）检查评定渗透检测适用于涡轮盘表面缺陷，其使用方法简单

15、、操作灵活、检测灵敏度高并冃结果直观，但是这种方法只能用于表而开口的缺陷检测，对于被检测对象的光洁度要求 高,当被检测对象表面有涂料、铁锈和氧化皮等材料覆盖缺陷时，容易形成漏检，这种检 测方法成本较高，对检测员视力要求也比较高。2.1.2射线检测在飞机涡轮盘上的应用射线检测技术是利用射线（如X射线、Y射线、中予射线）在传播时的衰减特性，当 我们用射线进行检测时，有缺陷存在时就会有明显不同的衰减特性表现出來，直观表现 就是透过被检对象的射线强度将变的不再均匀，这时我们通过胶片照相、荧光屏直接观 测等于段就可以被测对象的另一侧检测到不同的射线强度，最终可判断物体表而或内部 是否存在缺陷。下图22即

16、射线检测原理示意图。 %9 99 t9K纽IIIIIIIIIVVVVVEU3nmn图2-2射线检测原理图在对涡轮盘进行检测的时候一般使用X射线，这种射线具有穿透能力强，衰减率低等 优点。当X射线穿透被测工件后，会被部分吸收并衰减，由于缺陷的存在，会影响X射线 的吸收和衰减。当射线到达胶片后,由于胶片吸收了数量不同的光子，就会出现缺陷的映 像，检测人员根据这些映像即可判断缺陷的大小和性质。射线检测方法适用于工件厚度 在80mm以内的缺陷检测，具有检测结果育观、定性准确、检测结果可长期保留易于存 档等优点，但是这种方法成木较高、检测周期长、效率低，在检测中会对检测员身体产 生一定的伤害。2.1.3

17、涡流检测在飞机涡轮盘上的应用涡流检测是以电磁感应原理为基础的:当载有交流屯流的检测线圈靠近导屯试件时, 由于激励线圈磁场的作用，试件中会产牛涡流，而涡流的大小、相位及流动形式受到试 件导电性能的影响，同时产牛的涡流也会形成一个磁场，这个磁场反过来又会使检测线圈的阻抗发生变化，因此通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以判断岀被测试件的性能 及有无缺陷等。下图23即涡流检测原理示意图。图2-3涡流检测原理涡流检测适用于涡轮盘表而和近表而缺陷检测，感应涡流与激磁线圈的形状和尺 寸、激磁电流的频率、构件材料的电导率、磁导率、构件的形状和尺寸、线圈与构件的 距离以及构件表面裂纹等缺陷有关，它对工件表面要求不

18、高，但受工件形状影响大，检 测效率低，对缺陷显示不直观，难于定性和定量。2丄4超声检测在飞机涡轮盘上的应用超声检测是指在不损害或不影响被检测对象的情况下，使用频率高于20000Hz的超 声波与工件相互作用，声波发生反射、透射和散射，对工件进行缺陷检测、组织结构、 几何特性测量和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。超声检测工作原理（如图2-4所示人1 声源产生超声波，采用一定方式使超声波进入工件；2. 超声波在工件中传播并与工件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特 征被改变；3改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；4. 根据接收的超声波的特性

19、，评估工件本身以及内部是否存在缺陷及缺陷的特性。图2-4超声波检测原理超声波检测可以用于检查涡轮盘的内部缺陷，例如检查涡轮盘结构腐蚀、气孔、夹 杂物、裂纹等，对其有很高的灵敏度；超声波穿透能力强，可对较大范围内部缺陷进行 检测，对于缺陷定位较准确，可检测内部尺寸很小的缺陷，灵敏度高，并H检测成本低、 速度快，设备轻便，可及时获得检测结果。对人体及环境无害，现场使用比较方便，是 应用多年的成熟方法。2.2飞机涡轮盘现有检测方法的对比飞机发动机承受温度和负荷最高的部件之一是涡轮盘，涡轮盘是航空发动机重要的 热端部件，工作条件极其恶劣，飞行时承受着复杂的热、机械载荷，各部位所承受的应 力和温度均不相

20、同。因此对涡轮盘易产牛的缺陷进行检测是相当有必要的。如图25所示，几种常用的涡轮盘无损检测方法有其各自的优点，但是它们也均存 在着明显的局限性和适用性。渗透检测对于内部缺陷限制较大；射线检测对人体和环境 会有所影响，且要进行洗片观察；涡流检测检测效率低，对缺陷显示不直观，难于定性 和定量。当今对涡轮盘探伤大多采用超声波检测方法进行，我国在超声波检测方面已经 有多年的行业发展经验。超声波之所以得到广泛的应用，这与它所具备的特点是分不开 的。相对于其它常规检测方法而言，超声波检测操作简单、检测费用低、检测灵敏度高, 而且在检测的过程中可以自动记录保存检测波形及缺陷，这样大大减少了检测人员的劳 动量

21、，提高了检测效率，为最后的检测评估提供了依据，也对整个结构的承载和运营安 全的评估提供了参考。长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College图2-5涡轮盘常用检测方法长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College3飞机涡轮盘超声波检测工艺设计思路3.1超声检测基础知识3.1.1超声检测的工作原理超声波检测主要是基于超声波在工件中的传播特性，如声波在通过材料时能量会损 失，在遇到声阻抗不同的两种介质分界面时会发生反射等。其工作原理是（

22、以脉冲反射 法为例）：声源产生的脉冲波进入到工件中 超声波在工件中以一定方向和速度向前传播 遇到两侧声阻抗有差异的界面时部分声波被反射-检测设备接受和显示一 分析声波幅 度和位置等信息，评估缺陷是否存在或存在缺陷的大小、位置等。两侧声阻抗有差异的 界面可能是材料中某种缺陷（不连续性），如裂纹、气孔、夹渣等。声波反射的程度取决 于两侧声阻抗差异的大小、入射角以及缺陷（不连续性）的大小等。3.1.2超声检测的优缺点1优点:（1）适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测；（2）穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金屈材料, 可检测厚度为12mm的薄壁管材和板材，也可检测

23、几米长的钢锻件；（3）缺陷定位较准确；（4）对面积型缺陷的检出率较高；（5）灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷；（6）检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及坏境无害，现场使用较方便。2.缺点：（1）对工件中的缺陷进行精确的定性、定量仍需作深入研究；（2）对具有复杂形状或不规则外形的工件进行超声波检测有困难缺陷的位置、取向 和形状对检测结果有一定影响；（3）工件材质、晶粒度等对检测有较大影响；（4）常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，检测结果无直接见证记#长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College

24、3.1.3超声检测方法的分类1. 按原理分类（1）脉冲反射法声波探头发射脉冲波到工件内，根据反射波的情况來检测工件缺陷的方法。（2）衍射时差法（TOFD）采用一发一收双探头方式，利用缺陷部位的衍射波信号来检测和测定缺陷尺寸的一 种超声检测方法。（3）穿透法采用一发一收双探头分别放置在工件相对的两端而，依据脉冲波或连续波穿透工件 之后的能量变化來检测工件缺陷的方法。（4）共振法依据工件的共振特性来判断缺陷情况和工件厚度变化情况的方法称为共振法，此方 法常用于工件测厚。2. 按显示方式分类根据接收信号的显示方式可分为A型显示和超声成像显示。3. 按波型分类根据检测采用的波型，可分为纵波法、横波法、

25、表而波法、板波法、爬波法等。4 .按探头数冃分类（1）单探头法使用一个探头兼作发射和接收超声波的检测方法。（2）双探头法使用两个探头（一个发射，一个接收）进行检测的方法。（3）多探头法使用两个以上的探头组合在一起进行检测的方法，通常与多通道仪器和自动扫查装 置配合。5. 按探头与工件的接触方式分类（1）接触法探头与工件检测而之间，涂有很薄的耦合剂层，因此可以看作为两者直接接触，故 称为直接接触法。（2）液浸法将探头和工件浸于液体中，以液体作耦合剂进行检测的方法。耦合剂可以是水，也 II长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technica

26、l College可以是油，当水为耦合剂时，称为水浸法。（3）屯磁耦合法采用电磁探头激发和接收超声波的检测方法，也称为电磁超声检测方法。使用这种 方法时，探头与工件之间不接触。6. 按人工干预的程度分类（1）手工检测一般指由操作者手持探头进行的A型脉冲反射式超声检测。该方法方便实用，但检 测可靠性受人为因素影响较大。（2）自动检测使用自动化超声检测设备，在最少的人工干预下进行并完成检测的全部过程。一般 指采用自动扫查装置，或在检测过程中可自动记录声束位置信息、自动采集和记录数据 的检测方式。该方法所要求的检测设备较复杂，但检测可靠性受人为因素影响较小。3.2飞机涡轮盘缺陷分析涡轮盘采用难变形高

27、温合金材料，其晶粒粗大，对超声信号产生强烈散射，因此显 示波形中存在大量草状回波，给缺陷的识别带来困难，同时粗晶导致超声波衰减严重， 缺陷信号幅度降低，从而使得信噪比降低，检测小缺陷变得非常困难涡轮盘中夹杂物随机分布在合金中，成为疲劳断裂源，是影响材料断裂韧性和疲劳 断裂寿命的主要因素。涡轮盘中夹杂物的特点是，尺寸较小，通常在微米量级。夹杂物 在涡轮盘中一般呈体积型，夹杂物检测是超声波检测涡轮盘的最重要内容。孔隙型缺陷严重降低合金塑性和疲劳寿命。孔隙型缺陷的特点是，尺寸小（几微米至 十几微米），呈弥散分布，表现为材料密度的降低，尤其是经热处理后密度降低明显。对 于超声检测涡轮盘而言，孔隙型缺陷

28、不一定形成反射或散射信号，一般通过测量声速漂 移来进行检测。涡轮盘在实际工作中要不断承受交变载荷作用。在承受较大拉应力的应力集中部位, 长期使用后容易产生疲劳损伤（疲劳裂纹），这些损伤如果没有得到有效的处理，极易产 生裂纹，如疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、腐蚀疲劳裂纹等，一旦涡轮盘破裂，击穿机匣和 尾锥体后造成严重的非包容性破坏事故。3.3飞机涡轮盘超声波检测方法分析 3.3.1接触法探头与工件检测而之间，涂有很薄的耦合剂层，因此可以看作为两者之间接触，这 种检测方法称为直接接触法，或简称接触法。当探头位于完好区时，示波屏上显示多次 等距离的底波、无缺陷波，如图3la所示。当缺陷较小时，示波屏上缺陷

29、波与底波共存, 底波有所下降，如图3lb所示。当缺陷较大时，示波屏上出现缺陷的多次反射波，底波 明显下降或消失，如图3lc所示。a)b)图3T接触法c)接触法检测优点：手动检测，操作方便。设备简单，适用于现场检测，且成本较低。 直接耦合，入射声能损失少。接触法检测缺点：手工操作受人为因素影响较大，耦合不易稳定。表面的粗糙度对 入射声能损失影响较大。对于涡轮盘而言由于其需要检出缺陷尺寸小，接触法人工检测方法是不合适的，容 易漏掉一些小缺陷。3.3.2液浸法将探头和工件浸于液体中以液体作耦合剂进行检测的方法，称为液浸法。耦合剂可 以是水，也可以是油。当以水为耦合剂时，称为水浸法。液浸法中探头与涡轮

30、盘不直接 接触，而是通过一层液体来耦合。液浸法按检测方式不同，乂分为全浸没式和局部浸没式。如图32a即为全浸没式， 被检工件全部浸没与液体之中，适用于形状简单的工件检测。局部浸没式即把被检工件 的一部分浸没在水中或被检工件与探头之间保持一定的水层而进行检测的方法。局部浸 没法乂分为喷液式、通水式和满溢式。如图32b即为喷液式，超声波通过以一定压力喷射至检测表面的水柱耦合方式；如图32c即为通水式，借助于一个专用的有进水、出水 口的液罩，使液罩内保持一定容量的液体；如图32d即为满溢式，满溢式液罩结构于 通水式相似，但只有进水口，多余液体从罩的上部溢出。工件工件b)a)工件d)图3-2液浸法液浸

31、法检测优点：探头与被检工件不接触，超声波的发射和接收均较稳定，表面粗 糙度的影响较小，通过调节探头角度，可方便的改变探头发射的声束方向，可缩小检测 盲区，探头不直接接触工件，探头损坏的可能性小，探头寿命长，便于实现聚焦声束检 测，满足高灵敏度、高分辨率检测的需要，便于实现自动检测，减少影响检测可靠性的 人为因素。液浸法检测缺点：超声波在液体和金属表面的反射，损失了大量能量，需采用较高 的增益。在较高增益下，还可能出现噪声干扰。为了检测涡轮盘中的微小缺陷，关键是要提高小缺陷反射的超声信号幅度和信噪比。 在普通平探头的声场中，声束宽度约为换能器直径，且随着距离的增大逐渐加宽，对小 缺陷来说，缺陷面

32、积只占声束面积的一小部分，因此缺陷反射信号较小，另一方面，声 束穿过的多晶结构基体材料体积较大，相应引起散射噪声也较大，使得信噪比较差。而 带有聚焦透镜的探头，由于透镜的聚焦作用，使焦点附近能量高度集中。因此利用聚焦 探头液浸法检验耳以往采用的平探头相比，可明显提高小缺陷的检测灵敏度和信噪比， 并有便于实现自动检测，避免人为因素影响，提高检测可靠性。13长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College4飞机涡轮盘超声波检测工艺设计方案4.1飞机涡轮盘超声检测工艺规范4.1.1适用范围本标准规定了用超声波脉冲反射技术

33、对航空工业所用变形金属及其制件进行超声波 检验方法的一般性要求，内容包括被检件、检验器材、人员、检验程序及验收的质量等 级等。对于不同机种、不同的材料或工艺，应在此基础上编制相应的检验规程。4.1.2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版 时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准 最新版本的可能性。HB/Z 59-1997超声波检验GBAT 12604.1-90无损检测术语 超声检测HB 5357-1997航空无损检测人员的资格鉴定与认证ZBY 232-84超声探伤用探头性能测试方法ZBY 232-84超声探伤用1号

34、标准试块技术条件4.1.3检测范围要求1. 初次扫查至少应垂直扫查与主流线平行的一些面；2当入射面的纵向分辨力（信噪比为2:1或更大时）不足以分辨靠近入射面的不连 续性时，应从背而再进行一次扫查；3. 对于检测深度要求较大的受检件，如果用最大的有效金属声程从一面扫查也无法 检测出规定的验收等级的最小不连续性时，则应从背而再进行一次扫查。4.1.4检测人员要求从事超声波检验的人员应按HB5357-1997航空无损检测人员的资格鉴定与认证 的规定进行培训、考核并取得相应等级的资格证书。检测人员应具有超声检测I级及以上资格，如果需要对检测结果出具检测报告，只 能由II级人员独立实施检测工作。检测人员

35、视力应符合下列要求：1. 不论是否经过矫正，至少有一只眼睛的远距离视力不应低亍标准对数视力表中的 4.9；2. 不论是否经过矫正，至少有一只眼睛的近距离视力应在相距不小30cm的标准 Jaeger近距离视力检验表上读出加Jaeger 1号或等效类型和尺寸的字母；3. 检测人员应具有辨色能力，应具有能通过色觉检查图的辨色测试能力。4.1.5检验场所要求1超声波检验不应在影响正常工作的强磁、震动、高频、灰尘大、有腐蚀性气体及 噪音大的场所进行；2. 检验场所应避开（或遮住）明亮的光线；3. 检验场所的温度及湿度应控制在仪器、设备及器材所允许的范围内。4.1.6探头的选择1 液浸法用直探头的晶片直径

36、一般应在10-20mm；对于接触法用直探头的晶片直径 （或矩形晶片长度）一般应在6-25mm；评定不连续性尺寸应尽可能采用晶片直径不大于 20mm的平面圆形晶片；2所用纵波探头在投放使用前均应编号，并按照ZB231中的有关规定测量回波频 率、距离幅度特性及声束特性。常用探头一般应每6个月测量一次距离幅度特性，聚 焦探头还应测量声束特性；3在2-lOMHz频率范围内的探头，其回波频率与标称值的差应在10%以内。并应 将实测值标在探头上；4. 探头的声束特性要求在距离幅度曲线（见图41）上最后一个声压极大值及最后一 个声压极小值处分别沿相隔45。的四个方向测量时，不应有明显的副瓣，最小波束直径 与

37、最大波束直径（下降6dB点）之比不得小于0.75；图4T探头距离一幅度曲线5. 测定液浸聚焦探头的焦点处声束形状时，所用反射体可以是试块中的平底孔或半 球面，但直径均应小于计算得出的焦点直径。对于液浸非聚焦直探头，也可用直径为 12.7mm的钢球作反射体。4.1.7耦合剂的选择1 接触法所用的耦合剂不得有损于探头和受检件。常用的耦合剂有水、油类、脂类、水玻璃 及化学浆糊等。经供需双方协商橡胶类耐磨的薄膜可用于探头与工件之间，以防止探头 过度磨损。2. 液浸法一般采用无气泡的清洁水，其它能在与探头与被检件之间传递超声波的液体耦合剂 也可使用。必要时加入适量的湿润剂和防蚀剂，但均不得有损于受检件及

38、设备。水温一 般应控制在10-35 C o4.1.8检验频率的选择对于给定的受检件，检验频率应根据要求发现的不连续性的性质（组织的非均匀性或 宏观缺陷）及大小来选择。一般说来，频率的上限应根据材质的衰减和草状回波信号的大 小来决定，而下限应根据分辨力、声束指向性来决定。4.1.9对受检件的要求1 外形所有受检件一般应在精加工前完成检验。如受检件的几何形状复杂，除对原材料进 行检验及对未加工的受检件进行可能的检验外，还应在机械加工阶段中对需要部位进行 检验。2. 表面状态（1）对每个被检件都应进行目视检查，以保证声束进入面和反射面没有松动的氧化 皮、折叠、毛刺、油污、切削或磨削颗粒等有碍超声检查

39、的任何表面状态。如果个别部 位不可能清除，应在被检件上做出标记，供质量评定时参考；（2）表面粗糙度要求，对于AAA级检验应不低于Ral.6|im；对于AA级和A级 检验应不低于Ra2pm；对于B级检验应不低于Ra3（im。表而车削应采用圆头刀具。3. 材料状态-般情况下，受检件应在最终热处理之后进行检验，要求无关的噪声显示信号幅值 应比要求检出的同声程最小不连续性显示信号帽值至少低6dBo4.1.10入射方向和人射面的选择入射方向的选择应使声束中心线与不连续性反射而（特别是与最大受力方向相垂直 的不连续性反射面）尽可能垂直；检验时，过渡截面、沟槽及孔均能产生反射信号，入 射方向应尽可能避开产生

40、这些干扰信号的方向。为保证检出近表而的不连续性，必要时 应从正、反两而进行检查。4.1.11扫查速度的选择-般情况下，目视监测吋扫查速度不宜超过50mm/s,其它场合，为能可靠地启动调 定的报警装置，扫查速度以不超过100mm/s为宜。4.1.12不连续性的评定1 当量尺寸的评定（1）将不连续性的反射波高与规定的对比试块中平底孔孔底的反射波高在同样检测 条件下进行直接比较，以评定不连续性的大小是否符合规定的验收要求。平底孔埋深应 与不连续性埋深相同；（2）如不连续性的埋深与平底孔的埋深相同，而两者的反射波高又相同，则该平底 孔孔底尺寸即称为所发现不连续性的当景尺寸。当不连续性与平底孔的反射波高

41、不相同 时，可用衰减器记下两者反射波高的分贝差值。一般波高应调整在荧光屏满刻度的50% 80%之间，以便于比较；（3）如果不连续性的埋深与所有试块中平底孔埋深不同，则可用两个埋深与之相近 的试块，用插人法进行评定，但不允许用外推法；（4）必要时，可利用能使不连续性处于其远场区的探头，因为当不连续性处于探头 的近场区中时，超声波强度与距离的关系变化较复杂，可导致对不连续性尺寸做出错误 的估计；（5）在声束垂直于受检件表面时，所获得的不连续性反射波可能并不是可获得的最 大反射波高。对于水浸法，必要时应从不同角度对不连续性进行扫查和评估；对于接触 法可通过对底反射损失的监测来作研究；（6）在可能情况

42、下，应从背面对不连续性进行扫查和评估，因为不连续性的反射能 力随声束入射方向的不同可有很大差异。2. 长度的评定对于长条形不连续性，在有必要对其长度作出评定时，可按下述方法进行。（1）将探头在试块上移动，使来自平底孔孔底的反射波高达到最大，平底孔与不连 续性的埋深相同，平底孔的直径应符合关于长条形不连续性当量平底孔直径的规定，调 节仪器的衰减器使反射波高为荧光屏满刻度的80% ,沿平底孔径向移动探头直至反射 波高降至荧光屏满刻度的10%,然后反方向移动探头，经过荧光屏满刻度的80%,记下 两个10%点之间的距离L1；（2）在灵敏度不变的情况下，将探头移放在长条形缺陷的任一端的最远点，该点的 反

43、射波高为满刻度的10%,然后将探头移到长条形不连续性的另一端的最远点，在该点 反射波高再次降为满刻度的10%,记下两个10%点之间的距离L2；（3）不连续性的长度按（L2L1）评定。3. 平面位置的确定（1）对于垂直接触法发现的处于探头远场区的不连续牲，只需将探头在受检件表面 移动，即可获得不连续性最大反射波高所在位置，也就是不连续惟的平而位置。对处于 探头近场区的不连续性则应考虑声束横截而内声压的峰值分布。（2）对于液浸法，在探头主声束垂直于受捡面移动，并获得不连续性的最大反射波 高后，将一吸声材料的薄片倾斜于超声波入射面移动，在受检件上滑移到反射波高下降 6dB处，沿着此薄片的边在入射面上

44、划一直线，同样在其它两个方向上重复进行，三条 线将在声束人射点处相交，此交点在不连续性的正上方。4 埋藏深度的确定（1）用声性能与受检件相同（或声速已知）且厚度已知的材料对检测仪荧光屏的时间 基线进行校正后，不连续性的埋深可从反射信号在时间基线上的位置直接获得；（2）将上表面反射波与不连续性反射波之间的间距与上、下表面反射波之间的间距 相比较，求得不连续性深度与受检件厚度之比，在测量出试件厚度后，亦可计算出不连 续性的埋深；（3）对于液浸法，当探头声束与受检件上表面垂直时，不连续性埋深的确定与上述 相同。当探头声束不垂直于受检件上表而时，确定声束入射点后，根据探头的入射角， 求出受检件中的折射

45、角，亦可计算出不连续性的埋深。4.1.13质量验收等级为了决定材料或零件可否验收，在表41中规定有五个超声波检验质量验收等级， 工程图纸中应指定所要求的验收等级。当一个零件要求多个验收等级时，在图纸上应标 明区域及每个区域所要求的等级。本标准未包括的任何质量要求应由供需双方另行商定。表4T超声波检测质量验收等级等级单个不连续 性指示多个不连续性指示长条形不连续性指示底反射损失（）噪声当量平底孔 直径（mm）当量平底孔 直径（mm）间距(mm)当量平底孔 直径（mm）长度(mm)AAA0.80.4250.4350由供 需双 方商 定AA1.20.8250.813A2.01.2251.225B3.

46、22.0252.025C3.2不要求不要求注:1单个不连续性指示，其幅度超过所要求等级的当量平底孔指示幅度，应屈不符合 要求；2. 多个不连续性指示，其中任何两个不连续性的中心间距小于25mm而指示幅度超 过所要求等级的当量平底孔指示幅度，应屈不符合要求；3. 任何长条形不连续性指示，其幅度和长度超过所要求等级的当量平底孔指示幅度 和所规定的长度，应屈不符合要求；4对于直探头纵波检查，底反射损失超过正常值的50%,应屈不符合要求。根据上述工艺规范，选择满足条件的检测要求对涡轮盘进行超声检测，其具体工艺 卡如下所示。4.2飞机涡轮盘超声检测工艺卡如图42,为一个外直径75mm,高度15mm的高温

47、合金涡轮盘。现根据HB/Z 59-1997 超声波检验标准。对此涡轮盘进行100%超声波探你验收级别为AAA级，现有HS600 超声波检测仪。自选条件优化编制涡轮盘超声波检测工艺卡，见表42图4-2高温合金涡轮盘表4-2涡轮盘超声波检测工艺卡工件工件名称飞机发动机涡轮盘工件厚度15mm材质高温合金表面状态打磨检测时机最终热处理之后仪器及 器材仪器型号HS600耦合剂水标准试块CBII2扫描线调节深度1:2探头型号10P20Z扫查方式螺旋扫查扫查灵敏度(pO.4mm+12dB扫查速度W100mm/s检测比例100%表面补偿4dB技术要求检测标准HB/Z59-1997检测面双面双侧验收标准HB/Z

48、 59-1997合格级别AAA级检验灵敏度的 调整说 明用两块带平底孔的试块來调整检验灵敏度，第-块中平底孔的埋深应等于 受检件上表面的加工余量；第二块背面所钻平底孔的孔深应等于受检件背面的 加工余量。平底孔直径由质量验收AAA级决定。一般情况下，应使来自任何 一试块中平底孔的反射波高至少为荧光屏刻度的80%。除非另有规定，超声检 测仪的“抑制”和“深度补偿”旋钮应处于关断位置。液程选择及说明用检验灵敏度的两块试块来确定液程，并应使分辨力和穿透力达到最佳组 合，且应使受检件的二次界面反射波出现在一次底面反射波之后。扫查的进行及说明扫查应严格按照检验规程进行。采用螺旋扫查方式进行检查；在每次检查

49、 开始前和结束后、在仪器的调整或插接件有任何变更后均应检查仪器及探头操 纵装置的调整情况；在发现有问题之前和上次调整之后所检查过的受检件应全 部再次检验。在检查涡轮盘时，可将声、光报警与荧光屏冃视监测结合使用。扫查间 距的确 定及说 明先在用于检验灵敏度的两块试块中埋深较小的一块上调整检验灵敏度，使 来自孔底的最大反射波高为荧光屏满刻度80%,沿与隔声层取向平行的方向横 过平底孔直径移动探头，以找出反射波高下降6dB时两点间的距离。沿与隔声 层取向垂直的方向移动探头对受检件进扫查时，扫描间距应不大于两者中较小 距离的二分之一。不连性缺陷的评定1. 当量尺寸的评定：将不连续性的反射波高与规定的对比试块中平底孔孔 底的反射波高在同样检测条件下进行肓接比较，以评定不连续性的大小是否符 合规定的验收要求。2. 长度的评定：将探头在试块上移动，求得来自平底孔孔底的反射波波高 达到荧光屏80% 10%之间的距离L1；在灵敏度不变的情况下，求得来自长 条缺陷的反射波波高达到荧光屏80% 10%之间的距离L2。不连续性的长度 即(L2-Ll)o3平面位置的确定：在探头主声束垂直于受捡面移动，并获得不连续性的 最大反射波高后，将一吸声材料的薄片倾斜于超声波入射面移动，在受检件上 滑移到反射波高下降6dB处，沿着此