渦輪盤(pán)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的關(guān)鍵部件,承受著高溫、高壓、高應(yīng)力的疊加作用,工作環(huán)境異常惡劣。而采用新型雙金屬擴(kuò)散連接工藝生產(chǎn)的粉末高溫合金渦輪盤(pán)因一體性好、疲勞性能穩(wěn)定、無(wú)宏觀(guān)偏析等優(yōu)點(diǎn)被航空工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用。在雙金屬擴(kuò)散焊結(jié)合層處因工藝等問(wèn)題易出現(xiàn)脫粘缺陷,將嚴(yán)重影響渦輪在役性能,因此對(duì)渦輪盤(pán)結(jié)合層結(jié)合質(zhì)量進(jìn)行有效檢測(cè)和評(píng)定十分重要。本課題研究的某型渦輪外側(cè)分布不規(guī)則葉片,無(wú)法進(jìn)行周向掃查,且中心柱塞孔距離結(jié)合層較遠(yuǎn),現(xiàn)有超聲檢測(cè)設(shè)備無(wú)法對(duì)結(jié)合層進(jìn)行有效檢測(cè)。針對(duì)這一情況展開(kāi)對(duì)該型渦輪盤(pán)擴(kuò)散焊結(jié)合層的缺陷檢測(cè)研究工作。首先對(duì)雙金屬渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行研究,測(cè)量計(jì)算其相關(guān)聲學(xué)參數(shù),從超聲檢測(cè)原理上確定以結(jié)合層界面波的幅值表征缺陷。分析檢測(cè)難點(diǎn),提出超聲相控陣檢測(cè)和反射鏡式超聲特征成像檢測(cè)兩種檢測(cè)方案,并制作相關(guān)試塊。針對(duì)超聲相控陣檢測(cè)方案設(shè)計(jì)超聲相控陣專(zhuān)用換能器,包括外形設(shè)計(jì)、頻率選擇、陣元數(shù)目、陣元間距,楔塊制作,按設(shè)計(jì)參數(shù)委托相關(guān)企業(yè)完成制作。對(duì)超聲相控陣聲場(chǎng)進(jìn)行分析,通過(guò)有限元仿真平面晶片加曲面楔塊激勵(lì)時(shí)渦輪盤(pán)的聲傳播路徑和能量損失情況,為超聲相控陣換能器檢測(cè)提供指導(dǎo)。使用設(shè)計(jì)制作的專(zhuān)用超聲相控陣換能器匹配實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有超聲相控陣檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè),分析討論檢測(cè)結(jié)果。然后圍繞反射鏡式超聲特征成像檢測(cè)方案,在充分發(fā)揮已有超聲特征成像檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)掃查系統(tǒng)。主要工作包括總體方案設(shè)計(jì),系統(tǒng)軟硬件搭建,反射鏡式換能器設(shè)計(jì)制作。設(shè)計(jì)制作完成后使用該自動(dòng)掃查系統(tǒng)對(duì)試塊和工件進(jìn)行實(shí)際檢測(cè),驗(yàn)證系統(tǒng)各項(xiàng)性能可靠性,分析成像檢測(cè)結(jié)果。最后對(duì)比兩種檢測(cè)方案的檢測(cè)結(jié)果,討論各自檢測(cè)的優(yōu)劣,總結(jié)檢測(cè)系統(tǒng)仍待解決完善的問(wèn)題,為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明:超聲相控陣和反射鏡式超聲特征成像兩種檢測(cè)方案都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小孔徑厚壁渦輪盤(pán)結(jié)合層最小當(dāng)量為2mm的缺陷的有效檢測(cè)。其中反射鏡式超聲特征成像檢測(cè)系統(tǒng)可靠性強(qiáng),重復(fù)性高,可用于渦輪盤(pán)的標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè),具有顯著的工業(yè)效益。
【學(xué)位單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TP274.53;V263
【部分圖文】：

研究的主要價(jià)值在于解決航空渦輪盤(pán)厚壁結(jié)合層缺陷檢測(cè)化及缺陷成像使得檢測(cè)精度得到提升，成像檢測(cè)結(jié)果更加部件的連接質(zhì)量提供評(píng)判依據(jù)。渦輪無(wú)損檢測(cè)現(xiàn)狀渦輪概述動(dòng)機(jī)作為一種極其精密和復(fù)雜的熱力機(jī)械,承擔(dān)著為航空飛要任務(wù)，被稱(chēng)之為飛機(jī)的心臟,其綜合性能的優(yōu)劣直接影響,是評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家科技工業(yè)水平的重要依據(jù)。航空渦輪盤(pán)是鍵部件，其作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)的高溫燃?xì)猱a(chǎn)生的能，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪盤(pán)的工作環(huán)境使得其料本身必須耐高溫且制作加工工藝特殊，其技術(shù)水平?jīng)Q定機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)形式及其工作原理如圖 1-1、1-2 所示。

圖 1-2 工作原理圖-2 可知，燃燒室出口處的燃?xì)饬飨驕u輪的葉片，考慮到渦輪很大的轉(zhuǎn)向力和高溫氣流的不斷沖擊，從燃燒室的出口處到渦輪盤(pán)葉片強(qiáng)度要求，避免局部存在過(guò)熱點(diǎn)，以此確保高溫度、高壓力燃?xì)饨?jīng)燃燒室出口處排出，流過(guò)渦輪時(shí)，能在渦輪中轉(zhuǎn)化為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)所需的動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體在渦輪中因體積膨脹所做的功與壓氣機(jī)在壓縮空氣程中零部件克服摩擦所做功的總和相等[4]。經(jīng)燃燒后，渦輪速增加，致使渦輪中的膨脹比遠(yuǎn)小于壓氣機(jī)中的壓縮比，機(jī)進(jìn)口處，壓力和溫度要高出許多，而這部分燃?xì)馑a(chǎn)生需推力[5]。由此可見(jiàn)，渦輪的質(zhì)量對(duì)燃燒室乃至整個(gè)航空發(fā)重要的作用。用高溫合金發(fā)展現(xiàn)狀

著現(xiàn)代制造技術(shù)與材料科學(xué)的發(fā)展，給現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提出了更高要求自動(dòng)化、檢測(cè)結(jié)構(gòu)多樣化、原位檢測(cè)[21]以及非接觸檢測(cè)[22]都是現(xiàn)代無(wú)損展方向[23]。為適應(yīng)更高的檢測(cè)需求，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和器材正面向無(wú)工智能化和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理簡(jiǎn)潔化的方向發(fā)展。 超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)聲相控陣成像檢測(cè)技術(shù)的傳感器采用多陣元陣列形式，依靠計(jì)算機(jī)調(diào)控個(gè)陣元激勵(lì)發(fā)射超聲波的時(shí)間來(lái)控制各陣元的聲束在聲場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)和聚焦接收陣列換能器中各個(gè)陣元接收回波信號(hào)的時(shí)間，進(jìn)行偏轉(zhuǎn)、聚焦成像種高端技術(shù)[24]。由于在一定范圍內(nèi)其聲束的偏轉(zhuǎn)角度、焦點(diǎn)位置等參數(shù)調(diào)，從而使得該檢測(cè)技術(shù)更加高效、便捷。聲相控陣換能器是由若干個(gè)獨(dú)立的壓電晶片（陣元）按照一定方式排列個(gè)陣列，通過(guò)壓電晶片的激勵(lì)順序及延時(shí)的控制[25]，實(shí)現(xiàn)聲束偏轉(zhuǎn)和聲26]。各個(gè)陣元的激發(fā)延時(shí)一般被稱(chēng)為延時(shí)聚焦法則[27]，其偏轉(zhuǎn)和聚焦示意1-3、圖 1-4 所示。
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本文編號(hào)：2843925