Page 71 - 无损检测2021年第二期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202102008

双金属结合面缺陷的凸面相控阵超声检测

孙浩然 , 陆铭慧 , 伏 翔 , 杨学菲 , 朱 颖 1
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( 1. 南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室, 南昌 330063 ;
2. 江西省锅炉压力容器检验检测研究院, 南昌 330029 )
摘 要:采用凸面相控阵探头检测双金属涡轮盘内部, 根据小孔径涡轮盘结合面缺陷的结构

特征、 双金属涡轮盘的结构特点以及扩散焊工艺的连接特点等, 首先在理论上分析了相控阵超声的
声场特性, 然后利用 CIVA 仿真软件设计了一种8 阵元凸面相控阵换能器, 通过选择合适的相控阵
参数, 有效地抑制了声束扩散, 并在涡轮盘试块中获得了较好的聚焦效果。检测结果表明, 设计的
凸面相控阵超声探头能够实现对小孔径远距离的聚焦, 聚焦效果良好, 能对缺陷进行准确定位, 检

测精度可达 1mm 平底孔当量。

关键词:双金属涡轮盘;扩散焊; CIVA 仿真;凸面相控阵超声检测

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 02-0037-06

Convexp hasedarra yultrasonictestin g ofbimetallic j unctionsurfacedefect

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SUNHaoran , LU Min g hui , FUXian g YANGXuefei , ZHUYin g 1

( 1.Ke yLaborator yofNondestructiveTestin g Ministr yofEducation , Nanchan gHan g kon gUniversit y ,

Nanchan g330063 , China ;

2.Jian g xiProvinceBoilerandPressureVesselTestin g Institute , Nanchan g330029 , China )

Abstract : Theconvexp hasedarra yp robewasado p tedforinternaltestin g ofbimetallicturbinedisk.Focusin g on

defectivestructuralfeaturesofsmall-boreturbinedisk j unctionsurfaceandinaccordancewiththestructuralfeatures

ofthermometalturbinediskandconnectionfeaturesofdiffusion weldin gp rocess , itfirstl yconductstheoretical

anal y sisonthesoundfieldp erformanceofultrasonicp hasedarra y , andthenusesCIVAsimulationsoftwareto

desi g na8-arra y convexp hasedarra yener gy converter.Suitablep hasedarra yp arametersareselectedtoeffectivel y

restrainthebeams p readindiskandg etg oodfocusin geffectinturbinedisktestblock.Detectin gresultsindicate

thatthedesi g nedultrasonicconvexp hasedarra yp robecanfocussmallborediameterinlon gdistance , withg ood

focusin geffect , andcanaccuratel yp ositiondefects.Itsdetectionaccurac ycanreach1mm flat-bottomed hole

e q uivalent.

Ke ywords : bimetallicturbinedisk ; diffusionweldin g ; CIVAsimulation ; convexp hasedarra yultrasonictestin g
航空用涡轮盘是航空发动机的关键部位, 长期 性能、 高可靠性、 长寿命、 大型化等方向发展, 对高温
承受高温与高应力作用。随着航空发动机逐步向高 合金涡 轮 盘 等 关 键 热 端 传 动 部 件 的 要 求 不 断 提
高 [ 1 ] 。在严酷复杂的环境下, 镍基高温合金具有抗
疲劳、 抗蠕变、 耐腐蚀、 耐氧化等优良性能, 因而常被
收稿日期: 2020-08-28
基金项目: 江西省教育厅科技项目( GJJ190513 ); 无损检测技术 用来作为制造航空发动机涡轮盘的材料 [ 2-3 ] 。某航
教育部重点实验室基金项目( EW201908439 ); 南昌航空大学博士启
空发动机涡轮盘采用一体成型工艺, 叶片与叶轮无
动基金项目( EA201908419 )
法拆卸, 在外部对结合层进行检测十分困难, 其结构
作者简介: 孙浩然( 1992- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为超
声检测 如图 1 所示。
通信作者: 陆铭慧( 1963- ), 女, 教授, 主要从事无损检测研究工 针对双金属涡轮盘的结构特点, 以及相控阵检
作, lunara@163.com 测孔径小, 能量易分散, 聚焦困难等特点, 提出了圆
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2021 年 第 43 卷 第 2 期
无损检测