一种发动机复杂结构的原位检测方法

技术领域

本发明涉及航空航天发动机的无损检测技术领域，特别是涉及一种发动机复杂结构下零部件的原位检测方法。

背景技术

在现代工业中，航空航天发动机是集多种学科最高技术于一体的先进重大复杂装备之一，有着现代工业皇冠上的明珠之称谓。为了保证其工作时的安全，尤其对反复使用的航空发动机，需要进行在役不解体原位检测，以提前发现疲劳裂纹等缺陷，从而消除可能产生空难的隐患。然而，由于发动机结构的复杂性，使得原位检测的实施异常困难。如狭窄空间(探头几乎没有移动空间)的限制，关键部位的被检面积小，形状不规则等条件限制，更让此项工作难以进行。且复杂异型装备构件，在役可达性差，多层合金内部疲劳裂纹，有别于体积性腐蚀缺陷，加之一般不允许耦合剂，又因内窥镜只能发现表面缺陷，综上所述，故对现有无损检测技术而言，只有涡流法尚且可行。但常规的涡流检测技术，由于需要对疲劳裂纹进行扫查(即需要使工件和探头相对运动)，且只能检测探头可达表层产生的裂纹而并无法实现透过表层合金材料检测内层产生的疲劳裂纹，因此现有检测设备手段是无法解决上述原位检测问题的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种发动机复杂结构的原位检测方法，不仅解决了探头无法移动的狭窄空间位置检测的难题，而且可以检出表层金属材料表面裂纹，同时还能够对底层金属材料表面裂纹的损伤程度进行定量评估。

为解决上述问题，本发明提供了一种发动机复杂结构的原位检测方法，本发明是这样实现的：

一种发动机复杂结构的原位检测方法，用于发动机涡轮复杂内部结构的多层金属结构件的检测，包括：建立无裂纹标准工件的基准模型步骤和对待检工件的实测步骤；其特征在于，在建立无裂纹标准工件的基准模型步骤和对待检工件的实测步骤中，是用基于小线径线圈的放置式探头抵近工件的待检部位，通过激发强脉冲涡流场，以及调整脉冲串的宽度，由此获取金属结构件的不同金属层在不同主频下的涡流信号。

进一步的，是将放置式探头设计成仿形外壳，以利用仿形外壳的外形适配于对应工件的待检部位的形面；同时将放置式探头设计成激励线圈和检测线圈分立，并由激励线圈激发所述强脉冲涡流场。

进一步的，是将放置式探头的激励线圈的小线径线圈的直径设计成大于待检测工件的第一层金属层的厚度且小于待检工件的总厚度。

进一步的，是采用脉冲发生器对激励线圈进行激励，并将脉冲发生器设置成发出若干单脉冲叠加形成脉冲串，并使脉冲串的宽度可调。

进一步的，所述建立无裂纹标准工件的基准模型步骤，是预先测定待检测的多层异种金属结构件的各层金属的属性及各金属层的厚度，建立标准工件基准模型，确定脉冲发生器的脉冲发生函数，并预先获取无裂纹标准工件的不同金属层在不同脉宽下分别获取的检测数据，将其固定为标准对照数据。

进一步的，所述对待检工件的实测步骤包括如下步骤：

a.移动放置式探头至待检部位，并对应于被检部位；

b.根据建立无裂纹标准工件的基准模型步骤，选择穿透深度可达对应层金属厚度的脉冲串的宽度，通过放置式探头的激励线圈形成瞬态脉冲涡流场；

c.通过放置式探头的检测线圈对待检工件进行检测，并将检测数据发送给计算机系统，由计算机系统将实测数据与标准对照数据进行比对，以确定待检工件是否存在缺陷。

进一步的，所述对待检工件的实测步骤还包括：是通过选择穿透深度可达对应层金属厚度的脉冲串的宽度对被检部位的各层金属层逐层进行检测，并将检测数据分别发送给计算机系统，由计算机系统将实测数据与标准对照数据分别进行比对，以确定待检工件的对应金属层是否存在缺陷。

进一步的，在建立无裂纹标准工件的基准模型步骤后和实施对待检工件的实测步骤前，采用所述放置式探头进行一次无检测工件的空置检测。

进一步的，所述步骤c中，还可以对获取的多组待检测信号进行差值平衡，差值平衡后再与标准对照数据进行比对。

进一步的，所述对待检工件的实测步骤还包括：在对金属层裂纹检测数据的处理中，所获取的下一层金属层的检测数据，可以在筛除上一层金属层产生的干扰和噪声后确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的检测方法，通过采用基于小线径线圈的放置式仿形差分涡流探头以及可变宽度脉冲串的激励方式，解决了常规涡流小线径线圈与大激励电流的矛盾，能够实现：(1)探头无需与工件产生相对运动的情况检出裂纹，解决了探头无法移动的狭窄空间位置检测的难题。(2)能够透过表层合金材料检测内层产生的疲劳裂纹，如此一来，不仅可以检出表层金属材料表面裂纹，同时还能够对底层金属材料表面裂纹的损伤程度进行定量评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明例或现有技术中的技术方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的检测方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

受发动机结构的复杂性，结构内部狭窄空间，在役可达性差的限制，在涡流检测方法的设计中给工程师带来了很多棘手的问题，狭窄空间内，大线径线圈无法置入，且无法进行移动扫查，在单频激励中若采用小线径线圈，其可通过电流较小，一旦负载功率过大就会损坏线圈，因此常规的设置无法达到检测多层异种金属内层裂纹所需要的渗透深度。

本发明旨在研究一种发动机复杂结构的原位检测方法，用于发动机涡轮复杂内部结构的多层金属结构件的检测，具体方法如下：

参考附图1，包括：建立无裂纹标准工件的基准模型步骤和对待检工件的实测步骤，通过建立基准模型预先了解待检工件的性能，预演检测方法，同时可获得标准工件的数据作为参考，用于后续实测中数据对比，数据处理和分析的基础。实测步骤就是在实际工位上进行检测。在建立无裂纹标准工件的基准模型步骤和对待检工件的实测步骤中，是用基于小线径线圈的放置式探头抵近工件的待检部位，通过激发强脉冲涡流场，采用小线径线圈的放置式探头，探头整体体积小，可以灵活的放置在待检工件上。采用脉冲式激励电流以激发强脉冲涡流场，能够解决小线径线圈和大激励电流的矛盾。为了减小激励线圈的发热量，将激励信号设置为间断输出的脉冲串，脉冲和脉冲之间的间隔时间很小，通过调整脉冲串的宽度，由此获取金属结构件的不同金属层在不同主频下的涡流信号。

所述建立无裂纹标准工件的基准模型步骤，是预先测定待检测的多层异种金属结构件的各层金属的属性包括电导率、磁导率等及各金属层的厚度，建立标准工件基准模型，根据涡流检测基本原理，渗透深度公式如下：

所述对待检工件的实测步骤包括如下步骤：

a.移动放置式探头至待检部位，并对应于被检部位；放置式探头设计成仿形外壳，以利用仿形外壳的外形适配于对应工件的待检部位的形面。

在本实施例中，放置式探头包括仿形外壳、仿形外壳的中部设置有磁芯，激励线圈和检测线圈，在所述仿形外壳的外侧壁上设置与待检工件适配的定位块，通过仿形外壳上的定位块配合待检工件的边缘，完成检测点的定位，保证小体积放置式仿型探头检测的稳定性以及检测点定位的准确性。

b.根据建立无裂纹标准工件的基准模型步骤，选择穿透深度可达对应层金属厚度的脉冲串的宽度，通过放置式探头的激励线圈形成瞬态脉冲涡流场；

c.通过放置式探头的检测线圈对待检工件进行检测，并将检测数据发送给计算机系统，由计算机系统将实测数据与标准对照数据进行比对，以确定待检工件是否存在缺陷。

众所周知，航空发动机需要在高温、高压、高转速和高负载的特殊环境中长期反复工作，为保证安全性，对其组成构件的质量性能要求都是极高的。通常情况下，是不允许存在组成构件存在疲劳裂纹的。而对于多层异种金属构件，无论缺陷是存在于构件上表层，还是存在于构件内层/底层，都是不允许的，因为都会造成很大的安全隐患。作为进一步改进的，所述对待检工件的实测步骤包括：是通过选择穿透深度可达对应层金属厚度的脉冲串的宽度对被检部位的各层金属层逐层进行检测，并将检测数据分别发送给计算机系统，由计算机系统将实测数据与标准对照数据分别进行比对，以确定待检工件的对应金属层是否存在缺陷，各层金属层按从上到下的顺序逐层检测，当检测到当前层存在缺陷即完成检测，即先对第一层金属进行检测，当检测结果反馈该层存在缺陷则完成该工件的检测，即完成检测并在系统标记，由检修人员拆取更换；当检测结果反馈第一层不存在缺陷，则增加脉宽进行更深层的检测。确保最后留在发动机上的工件各层均不存在裂纹缺陷。

现有技术中鲜有对于异种金属结构复合层的检测，特别是对异种金属结构复合层下表层中缺陷检测的启示，在实测过程中不可避免的会出现由于上下层金属属性不同，同一脉宽的激励下，上下层涡流场自然变化，这就会对检测结果的判断造成影响，因此作为进一步改进的，所述对待检工件的实测步骤还包括：在对金属层裂纹检测数据的处理中，所获取的下一层金属层的检测数据，可以在筛除上一层金属层产生的干扰和噪声后确定。

作为进一步改进的，是将放置式探头的激励线圈和检测线圈分立设置，便于激励线圈接收脉冲激励电流，进一步的，是将放置式探头的激励线圈的小线径线圈的直径设计成大于或等于待检测工件的第一层金属层的厚度且小于待检工件的总厚度。检测灵敏度不仅受趋肤效应影响，与线圈线径的尺寸也有着密切的关系，在线圈线圈的设置上不仅要考虑到缺陷埋藏深度也要考虑到缺陷长度，大多数的缺陷长度不比工件的厚度大，设置小线径线圈的直径设计成大于待检测工件的第一层金属层的厚度保证渗透深度，同时小线径线圈的直径小于待检工件的总厚度，保证探头的敏感区域能覆盖缺陷长度，这样既集中了磁场又不影响穿透深度。

作为进一步改进的，在建立无裂纹标准工件的基准模型步骤后和实施对待检工件的实测步骤前，采用所述放置式探头进行一次无检测工件的空置检测，通过空置检测平衡电位，提高检测的准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。