一种带涂层转子叶片的表面波原位探伤方法

摘要

一种带涂层转子叶片的表面波原位探伤方法，属于航空发动机技术领域，主要应用于航空发动机带涂层转子叶片的表面波原位检测。本发明可充分排除涂层厚度的影响，提高叶片表面和近表面微小缺陷的发现能力。包括：打开超声波探伤仪，将表面波探头连接到超声波探伤仪上；将定位卡具置于具有人工伤的叶片对比试件上，校验灵敏度；从叶片对比试件上取下定位卡具，将定位卡具置于待探伤叶片上，沿定位卡具的卡槽由外向内移动表面波探头，同时作左右的摆动，直至表面波探头扫查到卡槽的限动端，则该叶片扫查完毕；扫查完该叶片后，移去定位卡具，并将叶片上的耦合剂擦拭干净；并按照同样的方法对其他叶片进行逐个扫查。

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，特别是涉及一种带涂层转子叶片的 表面波原位探伤方法，主要应用于航空发动机带涂层转子叶片的表面 波原位检测。

背景技术

航空发动机低压压气机I级转子叶片位于发动机压气机部分最外侧，在 发动机高速旋转的工作过程中受到较大的震动应力、离心力和高温气 体冲刷腐蚀的作用，在叶片最薄弱区域（叶背根部）极易产生疲劳裂 纹。在发动机使用过程中易出现压气机叶片折断故障，折断的压气机 叶片容易打伤发动机上的部分零部件，而造成重大损失。因此，急需 研究一种检测方法，用于发动机工作前的叶片检查，将存在裂纹隐患 的叶片剔除。

由于该转子叶片材料为马氏体不锈钢，表面带有非金属涂层，且叶片 榫头R处曲率较大，结构较复杂，给检测带来极大困难。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种带涂层转子叶片的表面波 原位探伤方法。该探伤方法可充分排除涂层厚度的影响，提高叶片表 面和近表面微小缺陷的发现能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种带涂层转子叶片 的表面波原位探伤方法，该探伤方法采用表面波探头和超声波探伤仪 ，具体包括如下步骤：

步骤一：打开超声波探伤仪，将表面波探头连接到超声波探伤仪上；

步骤二：设置超声波探伤仪和表面波探头的参数；

步骤三：将定位卡具置于具有人工伤的叶片对比试件上，使定位卡具 的卡槽与叶片对比试件的叶片榫头棱边平行，并卡紧；在叶片对比试 件的探测部位涂上一层耦合剂，将表面波探头与叶片对比试件耦合好 ，并使表面波探头紧靠定位卡具的卡槽，使超声波声束指向叶片榫头 棱边；

步骤四：调整超声波探伤仪的测试范围，使叶片榫头棱边的反射回波 信号出现在荧光屏水平刻度的第一设定范围内，并使叶片榫头棱边的 反射回波信号的幅值位于荧光屏上第一设定值以上，闸门终止于叶片 榫头棱边的反射回波信号之前；

步骤五：沿定位卡具的卡槽由外向内移动表面波探头，同时作左右的 摆动，在闸门内找到人工伤的最大回波信号；调整超声波探伤仪的灵 敏度，使人工伤的最大回波信号的幅值达到荧光屏上第二设定值，记 录此时超声波探伤仪的增益值；

步骤六：从叶片对比试件上取下定位卡具，将定位卡具置于待探伤叶 片上，使定位卡具 的卡槽与待探伤叶片的叶片榫头棱边平行，并卡紧；

步骤七：在待探伤叶片的探测部位涂上一层耦合剂，将表面波探头与 待探伤叶片耦合好，并使表面波探头紧靠定位卡具的卡槽，使超声波 声束指向叶片榫头棱边，找出叶片榫头棱边的反射回波信号；如果此 时叶片榫头棱边的反射回波信号的幅值低于或高于荧光屏上第二设定 值，则通过调整超声波探伤仪的灵敏度，将其调整到荧光屏上第二设 定值，然后增加一超声波分贝设定值作为检测和评定灵敏度；

步骤八：沿定位卡具的卡槽由外向内移动表面波探头，同时作左右的 摆动，直至表面波探头扫查到卡槽的限动端，则该叶片扫查完毕；

在此过程中，若闸门内有多余叶片榫头棱边的反射回波信号出现，则 将表面波探头擦拭干净后重新扫查；若闸门内有超过荧光屏上第三设 定值高度的叶片榫头棱边的反射回波信号，且目前无其他的杂波信号 ，此时通过表面波探头的定位摆动，观察动态波形的变化进行判伤； 在摆动的过程中，若底波降低，且闸门内叶片榫头棱边的反射回波信 号变高，则表明此处有裂纹存在，并通过反复扫查方式加以确定；

步骤九：扫查完该叶片后，移去定位卡具，并将叶片上的耦合剂擦拭 干净；并按照同样的方法对其他叶片进行逐个扫查。

每检查完一台发动机叶片或重新调试仪器时，要重新按照步骤三～步 骤五用叶片对比试件校验灵敏度；若叶片对比试件灵敏度变化超过2d B，则前次探伤结果无效，要重新调整灵敏度再进行探伤。

当表面波探头在卡槽两端的叶片上放置时，若此时闸门内有叶片榫头 棱边的反射回波信号出现，则通过多次扫查或用手指蘸耦合剂轻轻拍 打叶盆和叶背相应位置的方法进行综合判断，防止由于叶片榫头处结 构影响出现的伪信号产生的误判。

所述定位卡具的工作型面与叶片的型面相一致，其一端具有卡槽，卡 槽的内侧具有限动端，所述卡槽的位置与叶片的探测部位相对应。

所述表面波探头采用频率为2.5MHz、晶片尺寸为6×7mm的表面波探头 。

所述超声波探伤仪采用型号为KW-4C的数字式超声波探伤仪。

本发明的有益效果：

转子叶片是新型发动机上的关键部件，据资料报导，国内外曾出现过 因转子叶片裂纹没有有效控制而导致的空难事故。采用本发明的探伤 方法可充分排除涂层厚度的影响，提高叶片表面和近表面微小缺陷的 发现能力，可准确扫查出叶片表面和近表面的微小缺陷；避免了空难 事故的发生，对飞机的飞行安全具有重要意义，同时可为国家挽回不 可估量的经济损失。

本发明在探伤过程中，根据每一个叶片榫头棱边的反射回波信号逐个 进行灵敏度调节， 克服了各个叶片不同涂层厚度而造成的检测灵敏度差异。

本发明针对待探伤叶片的形状，辅以专用定位卡具固定表面波探头移 动区域，保证各叶片检测区域的一致性，并且以最小的表面波探头移 动距离全面覆盖需扫查的区域。

附图说明

图1为采用本发明的探伤方法的一个实施例的转子叶片榫头棱边的反射 回波信号的波形图；

图2为采用本发明的探伤方法扫查具有人工伤的叶片对比试件的叶片榫 头棱边的反射回波信号的波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种带涂层转子叶片的表面波原位探伤方法，该探伤方法采用频率为 2.5MHz、晶片尺寸为6×7mm的表面波探头，及型号为KW-4C的数字式超 声波探伤仪，具体包括如下步骤：

步骤一：打开超声波探伤仪，预热10分钟，将表面波探头通过电缆线 连接到超声波探伤仪上；

步骤二：设置超声波探伤仪的参数，设置表面波探头频率、晶片尺寸 、阻抗大小、显示方式等；

步骤三：将定位卡具置于具有人工伤的叶片对比试件上，使定位卡具 的卡槽与叶片对比试件的叶片榫头棱边平行，并卡紧；在叶片对比试 件的探测部位涂上一层耦合剂，将表面波探头与叶片对比试件耦合好 ，并使表面波探头紧靠定位卡具的卡槽，使超声波声束指向叶片榫头 棱边；

步骤四：调整超声波探伤仪的测试范围，使叶片榫头棱边的反射回波 信号出现在荧光屏水平刻度的“第九格”位置，并使叶片榫头棱边的 反射回波信号的幅值位于荧光屏满刻度的100%以上，闸门终止于叶片 榫头棱边的反射回波信号之前，如图1所示；

步骤五：沿定位卡具的卡槽由外向内移动表面波探头，同时作左右的 摆动，在闸门内找到人工伤的最大回波信号；调整超声波探伤仪的灵 敏度，使人工伤的最大回波信号的幅值达到荧光屏满刻度的80%，如图 2所示，记录此时超声波探伤仪的增益值；

步骤六：从叶片对比试件上取下定位卡具，将定位卡具置于待探伤叶 片上，使定位卡具的卡槽与待探伤叶片的叶片榫头棱边平行，并卡紧 ；

步骤七：在待探伤叶片的探测部位涂上一层耦合剂，将表面波探头与 待探伤叶片耦合好，并使表面波探头紧靠定位卡具的卡槽，使超声波 声束指向叶片榫头棱边，找出叶片榫头棱边的反射回波信号；如果此 时叶片榫头棱边的反射回波信号的幅值低于或高于荧光屏满刻度的 80%（由于涂层厚度不均匀引起的），则通过调整超声波探伤仪的灵敏 度，将其调整到荧光屏满刻度的80%，然后增加6dB作为检测和评定灵 敏度；

步骤八：沿定位卡具的卡槽由外向内移动表面波探头，同时作大约20 °左右的摆动，直至表面波探头扫查到卡槽的限动端，则该叶片扫查 完毕，扫查速度不大于50mm/s。

在此过程中，若闸门内有多余叶片榫头棱边的反射回波信号出现，则 将表面波探头前沿探伤区内的油或耦合剂擦拭干净后重新扫查；若闸 门内有超过荧光屏满刻度40%高度的叶片榫头棱边的反射回波信号，且 目前无其他的杂波信号，此时通过表面波探头的定位摆动，观察动态 波形的变化进行判伤；在摆动的过程中，若底波降低，且闸门内叶片 榫头棱边的反射回波信号变高，则表明此处有裂纹存在，并通过反复 扫查方式加以确定；

步骤九：扫查完该叶片后，移去定位卡具，并将叶片上的耦合剂擦拭 干净；并按照同样的方法对其他叶片进行逐个扫查；

步骤十：探伤完毕后，将叶片擦拭干净；清点好带入进气道的工具， 不应将带入进气道的工具遗忘在发动机或飞机上。

每检查完一台发动机叶片或重新调试仪器（灵敏度调节除外）时，要 重新按照步骤三～步骤五用叶片对比试件校验灵敏度；若叶片对比试 件灵敏度变化超过2dB，则前次探伤结果无效，要重新调整灵敏度再进 行探伤。

当闸门内出现稳定的叶片榫头棱边的反射回波信号应反复验证，判断 是裂纹的叶片予以报废，应当拆卸更换，并做详细记录。

注意观察表面波探头在卡槽两端的叶片上放置时叶片榫头棱边的反射 回波信号的分布情况，若此时闸门内有叶片榫头棱边的反射回波信号 出现，可能是由于叶片榫头处结构影响出现的伪信号，应通过多次扫 查或用手指蘸耦合剂轻轻拍打叶盆和叶背相应位置的方法进行综合判 断，防止误判。

所述定位卡具的工作型面与叶片的型面相一致，其一端具有卡槽，卡 槽的内侧具有限动端，所述卡槽的位置与叶片的探测部位相对应。

仪器的选择：

频率为2.5MHz、晶片尺寸为6×7mm的表面波探头，晶片灵敏度高，入 射角大，对厚涂层检测有较大的灵敏度余量；外形设计合理，使用灵 活方便。

型号为KW-4C的数字式超声波探伤仪，具有体积小巧、携带方便、可编 程、可记录图像、可存储数据等优点。结合超声表面波原位探伤的要 求，我们选择仪器的原则是：体积小、重量轻、携带方便、在飞机进 气道内可稳定放置、待机时间长（不需外接电源而连续工作）、操作 界面简单可靠、探伤性能稳定。