發(fā)布時(shí)間：2020-10-17 09:15

　　 空心渦輪發(fā)動機(jī)葉片中的殘芯直接影響葉片的散熱,進(jìn)而影響到發(fā)動機(jī)的性能和安全,殘芯檢測技術(shù)是發(fā)動機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文針對具有內(nèi)部氣冷通道的復(fù)雜航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片存在型芯殘留難以檢測的問題進(jìn)行了X射線檢測技術(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射線檢測技術(shù)研究。首先依據(jù)X射線的衰減理論對示蹤劑進(jìn)行篩選,通過在相同參數(shù)X射線下對比相同濃度的鎢酸鈉及硝酸鉛對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。對常見的兩種類型噪聲,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,圖像中的噪聲信號更加平滑。分別對比了線性點(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提高圖像對比度,結(jié)果表明直方圖增強(qiáng)適用于圖像的局部增強(qiáng),采用手動處理往往比自動處理結(jié)果要好;自適應(yīng)直方圖均衡化可以顯著提高圖像對比度,但會導(dǎo)致圖中一些細(xì)節(jié)的丟失。在殘芯檢測中,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)過降噪、增強(qiáng)后的圖像,經(jīng)運(yùn)算運(yùn)算,待檢測葉片圖像與標(biāo)準(zhǔn)無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”算法對圖像中圖形進(jìn)行邊緣檢測,如有型芯殘余,檢測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,通過對殘芯厚度、尺寸、鑄件壁厚與殘留狀態(tài)進(jìn)行檢測實(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的殘芯無論其尺寸如何均無法檢出;當(dāng)鑄件壁厚≤3.8mm時(shí),可以檢測出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到厚度≥1mm的殘芯,而對于厚度≤0.5mm的殘芯無法檢出。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：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，韓國原子能研究院同樣采用示蹤法的原理對中子照相法檢測隱藏的鋼丸進(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)動機(jī)重新裝配前必須清對葉片造成嚴(yán)重?fù)p害，影響葉片質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)采用硝酸釓溶液對噴丸進(jìn)行釓標(biāo)記，然后再對葉片進(jìn)行熱中子照相，可以很容易的檢測到理干凈的鋼丸，如圖 1-2 所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過采用釓標(biāo)記的熱，可以檢測到直徑僅為 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，通過徑僅為 0.2mm 的鋼丸。

是對 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，檢測劑對殘芯進(jìn)行檢測[32]。爾濱工業(yè)大學(xué)的楊芬芬分別采用摻雜法和標(biāo)記法對比了 X 射線和中子射線片殘芯的探測能力，并探究了不同濃度示蹤劑對檢測結(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子射線檢測法明顯比 X 射線檢測法更具優(yōu)勢。安航空發(fā)動機(jī)有限公司的王嬋、李澤等人考慮到 X 射線對于型芯和空氣的數(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 X 射線檢測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)行對比，增大了衰減系數(shù)差，使得檢測結(jié)果對比度更高， X 射線對于殘芯的檢測能力[34]。填充鐵粉后的檢測照片如圖 1-3 所示。但充不當(dāng)會造成漏檢、誤檢等情況發(fā)生，此外檢測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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本文編號：2844587