空心涡轮叶片残芯X射线检测技术

发布时间：2020-10-17 09:15

　　 空心涡轮发动机叶片中的残芯直接影响叶片的散热,进而影响到发动机的性能和安全,残芯检测技术是发动机制造的关键技术之一。本文针对具有内部气冷通道的复杂航空发动机涡轮叶片存在型芯残留难以检测的问题进行了X射线检测技术的研究。研究主要包括示踪方法研究、图像处理方法研究及残芯X射线检测技术研究。首先依据X射线的衰减理论对示踪剂进行筛选,通过在相同参数X射线下对比相同浓度的钨酸钠及硝酸铅对X射线衰减作用,确定了硝酸铅作为示踪物质。之后利用扫描电镜及线扫描对碱煮脱芯后残芯微观形貌进行观察,发现残芯中存在许多微小的孔洞缝隙状结构,且示踪处理后孔洞缝隙之中被另一种物质充填并在表面形成一层结晶,经元素分析该物质即为示踪物质。以毛细力学为理论依据建立直管道上升理论模型,利用该模型可以计算出不同孔径中示踪剂在砂芯中的渗透速率。在确定温度与倾斜角度情况下,可以计算得到示踪剂升高的距离与时间关系。在20℃下对该模型进行实验验证,结果表明模型可以很好解释实验现象。对不同温度下示踪剂渗透速率进行实验,发现块状残芯随温度升高示踪剂渗透速率降低;颗粒状残芯的示踪效果对温度不敏感,最终确定合理的示踪温度为30℃,示踪时间为2min。对图像处理分为四个阶段,噪声抑制、图像增强、背底滤除及边缘检测。对常见的两种类型噪声,泊松白噪声与高斯噪声,分别采用多帧叠加法与均值滤波法进行抑制。经处理,图像中的噪声信号更加平滑。分别对比了线性点运算增强、直方图增强与自适应直方图均衡化方法来提高图像对比度,结果表明直方图增强适用于图像的局部增强,采用手动处理往往比自动处理结果要好;自适应直方图均衡化可以显著提高图像对比度,但会导致图中一些细节的丢失。在残芯检测中,为了保留细节信息,采用线性点运算增强是合理的。利用图像减法运算处理经过降噪、增强后的图像,经运算运算,待检测叶片图像与标准无残芯图像中所有灰度差异区信息被留存,在此基础上采用“Canny”算法对图像中图形进行边缘检测,如有型芯残余,检测后可以更加清晰的确定出残芯的形状及位置。基于本文图像处理方法,通过对残芯厚度、尺寸、铸件壁厚与残留状态进行检测实验得到不同情况下残芯可检性情况。实验结果表明,残芯可检性随残芯厚度及尺寸增大而提高,随铸件壁厚增大而降低。此外,残留部位也会影响残芯可检性,当发生侧面粘芯时,漏检可能性增加。当铸件壁厚≥2.6mm时,厚度≤8.5μm的残芯无论其尺寸如何均无法检出;当铸件壁厚≤3.8mm时,可以检测出17μm残芯的真实形状信息。当残芯粘附与内腔侧面且其厚度法线方向与射线方向一致时,利用本文方法可以检测到厚度≥1mm的残芯,而对于厚度≤0.5mm的残芯无法检出。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V263
【部分图文】：

图 1-1 不同元素与中子和 X 射线作用时的质量衰减系数[17]009 年，韩国原子能研究院同样采用示踪法的原理对中子照相法检测隐藏的钢丸进行了研究[23]，热中子照相实验在 UCD/MNRC 进行。在理中需使用尺寸很小的钢丸，这些钢丸在发动机重新装配前必须清对叶片造成严重损害，影响叶片质量。实验采用硝酸钆溶液对喷丸进行钆标记，然后再对叶片进行热中子照相，可以很容易的检测到理干净的钢丸，如图 1-2 所示。实验结果表明，通过采用钆标记的热，可以检测到直径仅为 0.2mm 的钢丸。图 1-2 内部含有钢丸的气冷涡轮叶片中子照片[23]

不同元素与中子和 X 射线作用时的质量衰减子能研究院同样采用示踪法的原理对中了研究[23]，热中子照相实验在 UCD/很小的钢丸，这些钢丸在发动机重新损害，影响叶片质量。实验采用硝酸后再对叶片进行热中子照相，可以很如图 1-2 所示。实验结果表明，通过径仅为 0.2mm 的钢丸。

是对 X 射线的吸收能力可以达到铅的三倍。可以作为新型 X 射线防护材料，检测剂对残芯进行检测[32]。尔滨工业大学的杨芬芬分别采用掺杂法和标记法对比了 X 射线和中子射线片残芯的探测能力，并探究了不同浓度示踪剂对检测结果的影响[33]。试验HfO2为掺杂陶瓷型芯材料的示踪剂，HfOCl2为标记陶瓷型芯的示踪剂，Gd2O3剂对陶瓷型芯材料进行掺杂。试验结果表明在 2%浓度的示踪剂下可以检测m 厚镍基高温合金材料上厚度仅为 0.2mm 的残余型芯，且在微量残芯的检测子射线检测法明显比 X 射线检测法更具优势。安航空发动机有限公司的王婵、李泽等人考虑到 X 射线对于型芯和空气的数相差不大，提出采用铁粉填充空心叶片内部以增大 X 射线的衰减系数。验可以通过 X 射线检测观察到人为放置的微小型芯，表明以铁粉和型芯进代替空气和型芯进行对比，增大了衰减系数差，使得检测结果对比度更高， X 射线对于残芯的检测能力[34]。填充铁粉后的检测照片如图 1-3 所示。但充不当会造成漏检、误检等情况发生，此外检测后铁粉的清除也制约着这的实用性
【参考文献】

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本文编号：2844587