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高温合金闭式叶轮的工业CT检测方案

发布时间:2020-08-11 13:26:03    点击次数:次   

 高温合金闭式叶轮的工业CT检测方案

  在发动机中,高温合金叶轮位于燃烧室和导向器之后,叶片工作于高温腐蚀性的燃气环境中,需承受极高的热应力和机械应力。为了降低叶轮的制造成本和避免榫头装配应力的产生,小型涡轴发动机广泛采用轴向和径向整体铸造叶轮。由于叶轮工作在高温、高冲击的环境下,容易发生蠕变断裂,所以叶轮的铸造质量检验就成了重要的生产环节。

工业CT检测

全民彩导航  某型整体铸造的高温合金闭式叶轮(含低压离心叶轮和高压闭式叶轮)采用的均为多层、薄壁、曲面流道的内腔与较大直径轴颈相连的整体复杂结构。

  01 现有检测工艺

  对于叶轮的薄区,可利用常规电压450kV的X射线保证叶轮薄区的有效检测覆盖。

  通过选择不同透照角度,可以尽可能地避免厚大区域的遮挡,从而实现对薄区的检测。即通过垂直、水平、倾斜45°和倾斜10°等方向透照,能够对薄区进行检测。

  02 存在的问题

  在结构上,由于叶轮采用三重、曲面的叠加结构,不仅变截面区域较多,且叶轮心部厚大,*大厚度超过80mm,因此采用常规的无损检测手段无法实施有效检测,对于X射线无损检测,其叶轮心部的厚大区域采用电压450kV及以下的X光机无法穿透,其内部质量无法检测。

  03 解决方案

  通过分析叶轮的铸造工艺及工艺缺陷特征,结合现有成熟无损检测手段的技术特点和叶轮的检测厚度范围,确认上述叶轮厚大区域内部缺陷的检测,宜采用高能X射线工业计算机断层扫描(CT)检测技术来实施。

  工业CT能在不破坏被测物体的情况下,以二维断层图像或三维立体图像的形式,清晰、准确、直观地展示被检测物体的内部结构、组成、材料及缺损状况等。与数字射线、X射线照相等射线检测方式不同,工业CT获取到的是二维断层或三维立体的图像,而不是重叠的图像。高精度的CT图像,能够准确地反映出被检对象内部的空间位置、形貌、尺寸、密度等信息。

  04 检测设备

  检测采用的设备为蔡司高能X射线工业CT系统METROTOM,由电子直线加速器X射线源、探测与采集传输、机械、控制、图像重建处理、安全防护与报警等子系统组成。

全民彩导航  电子直线加速器X射线源子系统用于产生高能X射线;探测与采集传输子系统将X射线转换成电信号并进行滤波、放大等处理,再通过A/D(模/数)转换为数字信号,最后输送到计算机中进行处理;机械子系统是整个系统的基础,为加速器机头、探测与采集子系统、工件提供载体,并提供扫描所需的各种高精度运动;控制子系统是整个系统的指挥中心,完成成像所需的各种运动,实现系统自检自诊断、状态监控、安全保护、数据采集同步等功能;功能图像重建处理子系统对送来的数据进行整理、校正、处理、显示出扫描的图像,并提供各种定性和定量分析工具,帮助操作人员对扫描工件的特征和品质进行分析和判断;安全防护与报警子系统采用安全联锁、声光报警、摄像监控等措施,以保证现场人员的安全。

  05 系统性能指标校验

  依据国家标准GB/T 29069-2012 《无损检测 工业计算机层析成像(CT)系统性能测试方法》和GB/T 29067-2012 《无损检测 工业计算机层析成像(CT)图像测量方法》对系统主要性能指标进行校验。

  实际校验后,系统空间分辨达到2。5 lp/mm(调制度10。71%),密度分辨率达到0。3%,尺寸测量精度达到0。05 mm,密度测量精度达到1。0%,均达到系统标称技术指标。

  06 检测工艺参数选择

  1扫描方式

  闭式叶轮的最大回转直径不超过400 mm,因此采用三代CT扫描方式。

  2射线源参数

  对于电子直线加速器,在能量一定时,增加其出束频率可提高射线强度,增强信噪比。加速器出束频率设为200 Hz。

  3切片厚度

  切片厚度越小,越有利于提高纵向分辨率,增强未贯通切片异物的缺陷检出灵敏度,但会降低信噪比和密度分辨能力;切片厚度越大,越有利于提高信噪比、改善密度分辨能力,但会降低纵向分辨率。切片厚度并非越大或越小最好,而需根据具体情况综合确定,此处切片厚度选定为1。0 mm。

  4图像矩阵

  要在CT图像上分辨Ф0.25 mm的气孔,则缺陷至少应约占1~4个像素,故图像矩阵设定为2048像素×2048像素。

  07 检出能力验证

  为了模拟工件实际检测条件下的缺陷分辨能力,特选用实际工件,在其上厚区和薄区部位分别制作直径为0.5,1.0 mm的人工孔缺陷。

全民彩导航  08 试验结果与分析

  通过对检测工件扫描结果的分析,9 MeV高能X射线工业CT系统能清晰分辨出工件中Ф0.5,Ф1.0 mm的人工孔缺陷。

  09 实际工件检测

  在上述试验条件下,采用该设备对实际工件进行检测,发现了其中的气孔、缩孔等缺陷,如下图所示。通过CT切片图像及图像软件测量功能,可以准确定位缺陷在壁上所处的深度位置。


关键词:工业CT,工业CT无损检测,X射线无损检测

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