空心渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片中的殘芯直接影響葉片的散熱,進(jìn)而影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和安全,殘芯檢測(cè)技術(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文針對(duì)具有內(nèi)部氣冷通道的復(fù)雜航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片存在型芯殘留難以檢測(cè)的問(wèn)題進(jìn)行了X射線檢測(cè)技術(shù)的研究。研究主要包括示蹤方法研究、圖像處理方法研究及殘芯X射線檢測(cè)技術(shù)研究。首先依據(jù)X射線的衰減理論對(duì)示蹤劑進(jìn)行篩選,通過(guò)在相同參數(shù)X射線下對(duì)比相同濃度的鎢酸鈉及硝酸鉛對(duì)X射線衰減作用,確定了硝酸鉛作為示蹤物質(zhì)。之后利用掃描電鏡及線掃描對(duì)堿煮脫芯后殘芯微觀形貌進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)殘芯中存在許多微小的孔洞縫隙狀結(jié)構(gòu),且示蹤處理后孔洞縫隙之中被另一種物質(zhì)充填并在表面形成一層結(jié)晶,經(jīng)元素分析該物質(zhì)即為示蹤物質(zhì)。以毛細(xì)力學(xué)為理論依據(jù)建立直管道上升理論模型,利用該模型可以計(jì)算出不同孔徑中示蹤劑在砂芯中的滲透速率。在確定溫度與傾斜角度情況下,可以計(jì)算得到示蹤劑升高的距離與時(shí)間關(guān)系。在20℃下對(duì)該模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明模型可以很好解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對(duì)不同溫度下示蹤劑滲透速率進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)塊狀殘芯隨溫度升高示蹤劑滲透速率降低;顆粒狀殘芯的示蹤效果對(duì)溫度不敏感,最終確定合理的示蹤溫度為30℃,示蹤時(shí)間為2min。對(duì)圖像處理分為四個(gè)階段,噪聲抑制、圖像增強(qiáng)、背底濾除及邊緣檢測(cè)。對(duì)常見(jiàn)的兩種類型噪聲,泊松白噪聲與高斯噪聲,分別采用多幀疊加法與均值濾波法進(jìn)行抑制。經(jīng)處理,圖像中的噪聲信號(hào)更加平滑。分別對(duì)比了線性點(diǎn)運(yùn)算增強(qiáng)、直方圖增強(qiáng)與自適應(yīng)直方圖均衡化方法來(lái)提高圖像對(duì)比度,結(jié)果表明直方圖增強(qiáng)適用于圖像的局部增強(qiáng),采用手動(dòng)處理往往比自動(dòng)處理結(jié)果要好;自適應(yīng)直方圖均衡化可以顯著提高圖像對(duì)比度,但會(huì)導(dǎo)致圖中一些細(xì)節(jié)的丟失。在殘芯檢測(cè)中,為了保留細(xì)節(jié)信息,采用線性點(diǎn)運(yùn)算增強(qiáng)是合理的。利用圖像減法運(yùn)算處理經(jīng)過(guò)降噪、增強(qiáng)后的圖像,經(jīng)運(yùn)算運(yùn)算,待檢測(cè)葉片圖像與標(biāo)準(zhǔn)無(wú)殘芯圖像中所有灰度差異區(qū)信息被留存,在此基礎(chǔ)上采用“Canny”算法對(duì)圖像中圖形進(jìn)行邊緣檢測(cè),如有型芯殘余,檢測(cè)后可以更加清晰的確定出殘芯的形狀及位置�；诒疚膱D像處理方法,通過(guò)對(duì)殘芯厚度、尺寸、鑄件壁厚與殘留狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)得到不同情況下殘芯可檢性情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,殘芯可檢性隨殘芯厚度及尺寸增大而提高,隨鑄件壁厚增大而降低。此外,殘留部位也會(huì)影響殘芯可檢性,當(dāng)發(fā)生側(cè)面粘芯時(shí),漏檢可能性增加。當(dāng)鑄件壁厚≥2.6mm時(shí),厚度≤8.5μm的殘芯無(wú)論其尺寸如何均無(wú)法檢出;當(dāng)鑄件壁厚≤3.8mm時(shí),可以檢測(cè)出17μm殘芯的真實(shí)形狀信息。當(dāng)殘芯粘附與內(nèi)腔側(cè)面且其厚度法線方向與射線方向一致時(shí),利用本文方法可以檢測(cè)到厚度≥1mm的殘芯,而對(duì)于厚度≤0.5mm的殘芯無(wú)法檢出。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V263
【部分圖文】：

圖 1-1 不同元素與中子和 X 射線作用時(shí)的質(zhì)量衰減系數(shù)[17]009 年，韓國(guó)原子能研究院同樣采用示蹤法的原理對(duì)中子照相法檢測(cè)隱藏的鋼丸進(jìn)行了研究[23]，熱中子照相實(shí)驗(yàn)在 UCD/MNRC 進(jìn)行。在理中需使用尺寸很小的鋼丸，這些鋼丸在發(fā)動(dòng)機(jī)重新裝配前必須清對(duì)葉片造成嚴(yán)重?fù)p害，影響葉片質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)采用硝酸釓溶液對(duì)噴丸進(jìn)行釓標(biāo)記，然后再對(duì)葉片進(jìn)行熱中子照相，可以很容易的檢測(cè)到理干凈的鋼丸，如圖 1-2 所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)采用釓標(biāo)記的熱，可以檢測(cè)到直徑僅為 0.2mm 的鋼丸。圖 1-2 內(nèi)部含有鋼丸的氣冷渦輪葉片中子照片[23]

不同元素與中子和 X 射線作用時(shí)的質(zhì)量衰減子能研究院同樣采用示蹤法的原理對(duì)中了研究[23]，熱中子照相實(shí)驗(yàn)在 UCD/很小的鋼丸，這些鋼丸在發(fā)動(dòng)機(jī)重新?lián)p害，影響葉片質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)采用硝酸后再對(duì)葉片進(jìn)行熱中子照相，可以很如圖 1-2 所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)徑僅為 0.2mm 的鋼丸。

是對(duì) X 射線的吸收能力可以達(dá)到鉛的三倍�？梢宰鳛樾滦� X 射線防護(hù)材料，檢測(cè)劑對(duì)殘芯進(jìn)行檢測(cè)[32]。爾濱工業(yè)大學(xué)的楊芬芬分別采用摻雜法和標(biāo)記法對(duì)比了 X 射線和中子射線片殘芯的探測(cè)能力，并探究了不同濃度示蹤劑對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響[33]。試驗(yàn)HfO2為摻雜陶瓷型芯材料的示蹤劑，HfOCl2為標(biāo)記陶瓷型芯的示蹤劑，Gd2O3劑對(duì)陶瓷型芯材料進(jìn)行摻雜。試驗(yàn)結(jié)果表明在 2%濃度的示蹤劑下可以檢測(cè)m 厚鎳基高溫合金材料上厚度僅為 0.2mm 的殘余型芯，且在微量殘芯的檢測(cè)子射線檢測(cè)法明顯比 X 射線檢測(cè)法更具優(yōu)勢(shì)。安航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司的王嬋、李澤等人考慮到 X 射線對(duì)于型芯和空氣的數(shù)相差不大，提出采用鐵粉填充空心葉片內(nèi)部以增大 X 射線的衰減系數(shù)。驗(yàn)可以通過(guò) X 射線檢測(cè)觀察到人為放置的微小型芯，表明以鐵粉和型芯進(jìn)代替空氣和型芯進(jìn)行對(duì)比，增大了衰減系數(shù)差，使得檢測(cè)結(jié)果對(duì)比度更高， X 射線對(duì)于殘芯的檢測(cè)能力[34]。填充鐵粉后的檢測(cè)照片如圖 1-3 所示。但充不當(dāng)會(huì)造成漏檢、誤檢等情況發(fā)生，此外檢測(cè)后鐵粉的清除也制約著這的實(shí)用性
【參考文獻(xiàn)】

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2 郭廣平;陳啟芳;鄔冠華;;中子照相技術(shù)及其在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J];失效分析與預(yù)防;2014年06期

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4 李彪;婁延春;蘇貴橋;于波;劉乃堅(jiān);劉孝福;;高溫合金空心葉片用氧化鋁基陶瓷型芯脫芯研究現(xiàn)狀[J];鑄造;2014年03期

5 于坤林;謝志宇;王志敏;;基于圖像處理的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片檢測(cè)技術(shù)研究[J];長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2013年03期

6 郝洪云;董大維;于文翠;;某型發(fā)動(dòng)機(jī)葉片內(nèi)腔流量檢測(cè)裝置開(kāi)發(fā)[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2013年04期

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2 陳啟芳;渦輪葉片殘芯中子照相檢測(cè)[D];南昌航空大學(xué);2015年

3 楊芬芬;空心葉片內(nèi)部微量殘芯的檢測(cè)方法及工藝[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

4 王寶生;氧化鋁基陶瓷型芯的脫芯設(shè)備與工藝[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2844587