飞机涡轮盘超声波检测工艺设计毕业设计(共39页).doc

长汐'航空职业枚术学院Changsha Aeronautical Vocational and Technical College毕业设 计成果（方案）设计题目： 飞机涡轮盘超声波检测工艺设计二级学院航空机电设备维修学院专 业理化测试与质检技术班 级检则1402学 号201400202010姓 名蒋金峰指导教师江茫陈纟斑长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在老师的指导下，独立完 成所取得的成果尽我所知，设计中除特别加以标注的地方外，不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果本声明的法律结果由本人承担学生签名:指导教师签名：二2盘詡攵卜长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College飞机涡轮盘现状分析1.1飞机涡轮盘的结构及性能特点1.1.1涡轮盘的结构 1.1.2涡轮盘性能特点1.2飞机涡轮盘的缺陷类型1.2. 1涡轮盘制造时易产生的缺陷 21.2.2涡轮盘使用时易产生的缺陷 32飞机涡轮盘现有检测方法分析 52.1现有检测方法在飞机涡轮盘上的应用 52. 1. 1渗透检测在飞机涡轮盘上的应用 52.1.2射线检测在飞机涡轮盘上的应用 62. 1. 3涡流检测在飞机涡轮盘上的应用 62.1.4超声检测在飞机涡轮盘上的应用 72.2飞机涡轮盘现有检测方法的对比3飞机涡轮盘超声波检测工艺设计思路 103. 1超声检测基础知识 103. 1. 1超声检测的工作原理 103. 1.2超声检测的优缺点 103.1.3超声检测方法的分类 113.2飞机涡轮盘缺陷分析 123.3飞机涡轮盘超声波检测方法分析 123. 3.1接触法 123. 3. 2液浸法 134飞机涡轮盘超声波检测工艺设计方案 154. 1飞机涡轮盘超声检测工艺规范 154. 1. 1 适用范围 154. 1.2引用标准 154.1.3检测范围要求 154. 1.4检测人员要求 154. 1. 5检验场所要求 164.1.6探头的选择 164. 1.7耦合剂的选择 174. 1.8检验频率的选择 174. 1.9对受检件的要求 184. 1. 10 入射方向和人射面的选择 184.1.11扫查速度的选择 184.1.12不连续性的评定 184.1.13质量验收等级 204.2飞机涡轮盘超声检测工艺卡 214.3 小结 255总结 26长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College参考文献 27长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College1飞机涡轮盘现状分析涡轮盘是航空发动机重要的部件，如图1-1,其工作原理是；从燃烧室流出的高温 高压燃气，流过同压气机装在同一条轴上的涡轮。

燃气的部分内能在涡轮中膨胀转化为 机械能，带动压气机旋转，在发动机中，气流在涡轮中膨胀所做的功正好等于压气机压 缩空气所消耗的功以及传动附件克服摩擦所需的功经过燃烧后，涡轮前的燃气能量大 大增加，因而在涡轮中的膨胀比远小于压气机中的压缩比，涡轮出口处的压力和温度都 比压气机进口高很多，发动机的推力就是这一部分燃气的能量而来的图1-1涡轮盘1.1飞机涡轮盘的结构及性能特点1」」涡轮盘的结构涡轮部件是航空发动机三大核心部件之一，涡轮盘是航空发动机的关键零部件之一, 其性能直接关系到发动机的质量通常情况下，航空发动机所用的涡轮盘分为高压盘、 中压盘（三转子发动机）和低压盘，是发动机上的一个耐高温、高转速旋转的关键承力 件涡轮盘属于大型盘类回转体零件，结构复杂，体积较大，形位公差要求严格其结 构是由轮缘、辐板、安装边、中心孔等组成在轮缘上有安装涡轮叶片用的枫树形桦槽, 中心孔周围有连接涡轮轴的凸缘和精密螺栓孔，辐板一般为度面结构，部分轮盘辐板上 有均压孔、安装挡板和安装平衡配置块的环形窄槽，安装边上有圆孔、异型孔和槽，外 缘内侧通常还有连接封严环的安装边和精密螺栓孔及安装平衡螺栓用的螺纹孔等1.1.2涡轮盘性能特点长欢航空职业技术学曉Changsha Aeronautical Vocational and Technical College7涡轮盘是航空发动机的关键部件之一。

它必须具备的性能特点有:1 .能够承受高温、高转速、高负荷；2. 对材料综合性能要求更高；3. 对零件尺寸形状精度、封严要求更高1.2飞机涡轮盘的缺陷类型1.2.1涡轮盘制造时易产生的缺陷航空发动机的涡轮盘必须有较强的力学性能和较好的抗疲劳性能，这样才能使涡轮 盘的工作性能更加稳定，因此对涡轮盘的材料有很高的要求尤其是在推重比越来越大 的情况下，涡轮盘需要承受的工作温度也在不断增加，因此需要的涡轮盘材料也在不断 改变由于发动机工作温度的不断上升，涡轮盘的材料中也不得不加入一些能够提高耐 用温度的强化元素然而强化元素的引入又导致了一些问题，比如偏析严重以及加工困 难等值得庆幸的是，伴随着新型粉末高温合金工艺的出现，上述问题得到了很好的解 决，粉末高温合金涡轮盘也逐渐占据了主导地位粉末高温合金涡轮盘的生产主要采取的是热等静压技术（HIP）,这项技术是上世纪 七十年代开始使用的，这也是航空热工艺具有里程碑意义的一次革新首先，通过雾化 法获得纯度比较高的合金粉末，然后把这些粉末置于陶瓷或者金屈包之中，再往里而加 入稀有气体，在高压的作用下成型，下图1・2即粉末高温合金涡轮盘的整体制造过程盘件考核｝ ［机械加工F ［冶金质量检验］性能检验图1-2粉末高温合金涡轮盘制造的主要工艺流程由于涡轮盘制造工艺固有的特点，在涡轮盘制造过程中可能存在的缺陷主要有：1・夹杂物夹杂物，包括非金屈夹杂和金展夹杂。

非金屈夹杂主要来源于母合金熔炼时的绢竭 和制粉装置中绢竭或喷嘴的陶瓷颗粒夹杂物随机分布在合金中，成为疲劳断裂源，是 影响材料断裂韧性和疲劳断裂寿命的主要因素2. 热诱导孔洞粉末中含有的空心粉，颗粒表面的吸附氮气，或包套过程中泄露的气体，在致密化 过程中被压缩因该气体不溶于合金，在后续的热处理工序中，将膨胀而形成热诱导孔 洞，进而成为合金的断裂源3. 原始颗粒边界粉末颗粒表而容易沉积大量的碳化物或碳氧化物，在成形过程中如果不能将其薄膜 破碎和溶解，它们就会大面积地聚集在合金的原始颗粒边界，阻碍金属颗粒间的扩散和 连接，使合金处于脆性状态1.2.2涡轮盘使用时易产生的缺陷涡轮盘是整个飞机发动机承受温度和负荷最高的部件，是航空发动机重要的热端部 件，工作条件极其恶劣，飞行时承受着复杂的热、机械载荷，各部位所承受的应力和温 度均不相同涡轮盘使用时常见缺陷有：涡轮盘变形，涡轮盘破裂，以及疲劳裂纹的萌生和扩展 等1. 涡轮盘变形涡轮盘外径为其关键尺寸，如外径伸长变形超过允许值，必然使固定其上的工作叶 片和静子机匣间的径向间隙减少，甚至相磨，使发动机无法可靠工作如果涡轮盘材料 中有缺陷，则更增加了外径伸长变形量。

在一般情况下，所有涡轮盘均由有相当厚度的 轮缘，薄的腹板和厚的中心轮毂等三个部位组成在恶劣的工作条件下，可能导致轮缘 中心面相对轮毂中心而产生永久的轴向变型，此即所谓腹板屈曲变形2. 涡轮盘超转破裂航空发动机在正常加速过程中的瞬间超转、燃油调节器失灵、加力燃烧室故障或轴 破坏脱开等其它异常条件下，均会引起涡轮盘超转这时如果涡轮盘材料中有缺陷或结 构尺寸设计不合理，就会出现涡轮盘超转破裂3. 涡轮盘疲劳裂纹在航空发动机涡轮盘工作中，主要承受离心应力和热应力作用，二者均随发动机工 作状态变化而循环变化另外，对于部分涡轮盘还有较大的残余应力作用由于涡轮盘 形状比较复杂，故在工作中经常出现一些局部应力集中的高应力部位如涡轮盘樺槽槽底、 樺齿齿根及偏心孔、中心孔边等部位如有腐蚀介质作用，应力变化幅值足够大，在一 定循环寿命后，则可能在这些部位出现裂纹涡轮盘在有裂纹的情况下，为了可靠工作，必须保持足够的损伤容限涡轮盘中的 裂纹扩展主要分为两类：一类是由于材料中固有缺陷引起的内埋裂纹扩展；另一类是起 源于高应力部位低循环疲劳的表面裂纹扩展综上所述，由于涡轮盘对缺陷十分敏感，微小缺陷对涡轮盘的性能和使用安全性就 将产生较大的影响，因此对其进行无损检测是十分必要的。

对上述各种缺陷进行检测和 评价，及早发现问题，达到节约制造成本，保证产品质量的冃的2飞机涡轮盘现有检测方法分析涡轮盘是航空发动机的耐久性关键件和断裂关键件，其工作环境严酷，承受的载荷 复杂它的失效直接影响发动机的可靠性和使用维护成本，其至危及飞机和乘员的安全 涡轮盘上的各种孔隙、孔洞会降低轮盘的抗疲劳强度据统计，低循环疲劳失效是涡轮 盘的主要失效模式，占发动机结构故障的80%—90%低循环疲劳极易萌生表而裂纹缺 陷，疲劳裂纹主要在夹杂、孔洞、晶界等位置处萌生涡轮盘加工过程中，内部可能会 存在夹杂等缺陷，由于偶然事件而使刀具破损颗粒嵌入涡轮盘表而，也会导致涡轮盘表 而、近表面萌生裂纹而失效选用无损检测技术对涡轮盘表而、近表面裂纹缺陷和内部 夹杂缺陷进行诊断具有重要意义2.1现有检测方法在飞机涡轮盘上的应用2.1.1渗透检测在飞机涡轮盘上的应用渗透检测是利用毛细管作用，检测表面开口的小裂纹或材料的不连续性，其操作简 单：将一种含有染料或荧光粉的低粘性和低表而张力的渗透剂涂在经过彻底清洁的构件 表面上，经过一定的时间，渗透剂可充分渗入表面开口的裂纹中；去掉零构件表而多余 的渗透剂，再在构件表面涂上一层显像剂，裂纹中的渗透剂在毛细作用下重新被吸附到 构件表而上，从而形成放大了的裂纹显示；在黑光灯下（荧光渗透法）或白光灯下（着 色渗透法）观察裂纹显示。

裂纹处将呈现黄绿色（荧光渗透法）或红色（着色渗透法） 的显示痕迹下图2・1即渗透检测原理示意图c） d）图2-1渗透检测原堆.囹a）渗透处理 b）去除处理 c）显像处理 d）检查评定渗透检测适用于涡轮盘表面缺陷，其使用方法简单、操作灵活、检测灵敏度高并冃结果直观，但是这种方法只能用于表而开口的缺陷检测，对于被检测对象的光洁度要求 高,当被检测对象表面有涂料、铁锈和氧化皮等材料覆盖缺陷时，容易形成漏检，这种检 测方法成本较高，对检测员视力要求也比较高2.1.2射线检测在飞机涡轮盘上的应用射线检测技术是利用射线（如X射线、Y射线、中予射线）在传播时的衰减特性，当 我们用射线进行检测时，有缺陷存在时就会有明显不同的衰减特性表现出來，直观表现 就是透过被检对象的射线强度将变的不再均匀，这时我们通过胶片照相、荧光屏直接观 测等于段就可以被测对象的另一侧检测到不同的射线强度，最终可判断物体表而或内部 是否存在缺陷下图2・2即射线检测原理示意图■ %9 \99 t9 K纽I I I I II I • I IV V V V VEU3nmn图2-2射线检测原理图在对涡轮盘进行检测的时候一般使用X射。