镶铸涡轮双金属结合面缺陷超声检测方法研究

发布时间：2020-11-03 04:01

　　 涡轮作为航空发动机的核心部件,工作环境恶劣,涡轮叶片、轮盘所处温度与载荷有较大差异。而采用新型双金属镶铸工艺生产的涡轮因其一体性好、易于加工、成本较低等特点,具有传统榫槽和榫齿连接结构涡轮所不具备的优势。双金属镶铸涡轮因其特殊制作工艺,在双金属结合面处易出现结合不良等缺陷,因此对结合面缺陷的检测十分重要。对于此种双金属镶铸工艺制作的涡轮,结合面结构复杂且缺陷存在于内部,常规检测手段无法对其进行检测。本研究利用小角度纵波探头和超声相控阵探头作为发射探头,使用双探头侧反射法对结合面进行检测。并利用有限元仿真软件对接收波形进行辅助判别,主要工作内容如下:首先,对涡轮的几何结构特征进行分析,研究双探头侧反射法检测双金属结合面可行性。对涡轮轮盘的声学特性进行测量与分析,利用声学参量对结合面缺陷波形特征进行识别。其次,利用Comsol Multiphysics有限元软件对单涡轮轮盘、平底孔缺陷涡轮,粘接缺陷涡轮中小角度纵波传播规律进行仿真模拟。并依据应力云图和探测点波形图对接收波形进行分析。最后,使用小角度纵波探头和超声相控阵探头作为发射进行检测。选择最佳检测探头参数,制作三类人工缺陷模拟试样,搭建双探头侧反射法检测系统,设计涡轮结合面检测流程。对模拟试样进行检测,并对不同缺陷波形对比分析及定位。研究结果表明,确立了双探头侧反射法对双金属结合面缺陷进行检测。有限元仿真接收波形首先出现为直通波,随后为侧壁或缺陷反射波,通过缺陷反射波的有无及幅值对缺陷进行判定。小角度纵波探头检测表明,通过两种探头分三段可对结合面全部覆盖,且接收波形与仿真规律一致。利用相控阵探头配合15°楔块降低直通波干扰,相控阵的偏转和聚焦可对结合面进行检测并极大简化检测流程。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：V263;TB559
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
        1.1.1 涡轮结构介绍
        1.1.2 镍基高温合金应用
        1.1.3 双金属涡轮检测难点
    1.2 超声波无损检测技术
        1.2.1 常规超声检测技术
        1.2.2 超声相控阵检测技术
    1.3 涡轮检测国内外研究现状
    1.4 课题主要研究内容
第2章 双金属涡轮结构特点及检测原理研究
    2.1 涡轮结构及检测方法分析
    2.2 涡轮声学特性研究
        2.2.1 涡轮声速特性研究
        2.2.2 涡轮声衰减特性研究
        2.2.3 涡轮声阻抗特性研究
    2.3 双探头法检测原理
        2.3.1 双金属复合材料结合层反射系数计算
        2.3.2 双探头侧反射法
    2.4 本章小结
第3章 双介质声传播特性仿真研究
    3.1 有限元分析
        3.1.1 有限元仿真步骤
        3.1.2 COMSOL Multiphysics有限元仿真软件
    3.2 双介质声传播模式有限元仿真
        3.2.1 模型建立
        3.2.2 网格划分
        3.2.3 加载与求解
    3.3 仿真结果及分析
        3.3.1 单涡轮轮盘模型
        3.3.2 人工缺陷涡轮模型
        3.3.3 仿真结果对比分析
    3.4 本章小结
第4章 小角度纵波检测方法研究
    4.1 探头基本参数
        4.1.1 探头频率
        4.1.2 探头角度
    4.2 模拟试块设计与制作
    4.3 检测系统及流程
        4.3.1 试验操作平台
        4.3.2 检测流程
    4.4 实验结果及分析
        4.4.1 单轮盘试样实验结果分析
        4.4.2 打孔试样实验结果分析
        4.4.3 粘接试样实验结果分析
    4.5 本章小结
第5章 相控阵检测方法研究
    5.1 相控阵探头基本参数
        5.1.1 阵元数
        5.1.2 楔块角度
    5.2 检测系统及流程
        5.2.1 相控阵设备
        5.2.2 实验操作平台
        5.2.3 检测流程
    5.3 实验结果及分析
        5.3.1 单轮盘试样实验结果分析
        5.3.2 打孔试样实验结果分析
        5.3.3 粘接试样实验结果分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 蒋睿嵩;汪文虎;王增强;张定华;卜昆;;航空发动机涡轮叶片精密成形技术及其发展趋势[J];航空制造技术;2016年21期

2 敖波;周笔文;王婵;邬冠华;;精铸涡轮叶片X射线CR成像[J];特种铸造及有色合金;2016年05期

3 刘志坚;;轴流涡轮增压器整铸涡轮结构的优化设计[J];铁道机车与动车;2016年03期

4 徐亚亚;李泽;刘兴勇;;某机高压涡轮叶片荧光渗透检测工艺改进[J];无损检测;2015年09期

5 张雪洋;王伟;;PW4000系列发动机高压涡轮失效分析与预防[J];中国民航大学学报;2015年04期

6 焦华宾;莫松;;航空涡轮发动机现状及未来发展综述[J];航空制造技术;2015年12期

7 郭伟;董丽虹;王慧鹏;徐滨士;;基于红外热像技术的涡轮叶片损伤评价研究进展[J];航空学报;2016年02期

8 秦德胜;陈宝延;孙纪宁;;整体叶盘对涡轮叶盘间传热强化的数值研究[J];战术导弹技术;2015年02期

9 李豫川;宋丹路;;某微型涡轮发动机涡轮熔模铸造工艺设计与优化[J];铸造;2015年03期

10 李波;李雪;潘国志;孙宝才;柳乐;;涡轮叶片浇注工艺实践[J];铸造;2014年12期

相关博士学位论文 前1条

1 鲍晓宇;相控阵超声检测系统及其关键技术的研究[D];清华大学;2003年

相关硕士学位论文 前7条

1 赵峰;PA-SAFT成像技术裂纹定量研究[D];大连理工大学;2015年

2 邓鹰飞;超声相控阵高压发射与接收电路设计与仿真[D];华南理工大学;2014年

3 崔平亮;航空发动机低压涡轮轴疲劳寿命计算分析[D];电子科技大学;2014年

4 陶博伟;航空发动机高温合金涡轮盘相控阵检测系统研制[D];南昌航空大学;2013年

5 周帅;蠕变（持久）试验机用高温炉的研制[D];东北大学;2011年

6 樊栋;基于阵列信号处理的超声波探伤研究[D];青岛科技大学;2010年

7 付娜;某航空发动机涡轮盘和叶片的强度分析与寿命计算[D];西北工业大学;2006年

本文编号：2868062