用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声c扫检测的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空发动机涡轮机匣电子束焊缝检测技术领域，特别涉及用于航空发动机涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的方法。
【背景技术】
[0002]涡轮机匣是航空发动机非常重要的部件。航空发动机涡轮机匣的零件4与零件5之间的焊接连接，由于其结构特点、工作环境和材料性能，设计上对焊缝的熔深、焊缝中的缺陷、焊接残余变形都有很高的要求。鉴于此，航空发动机涡轮机匣零件4与零件5之间的焊接采用电子束焊接(EBW)。电子束焊接能量密度极高，容易实现金属材料的深熔透焊接，具有焊缝窄、深/宽比大、焊缝热影响区小、焊接残余变形小、焊接工艺参数容易精确控制、重复性和稳定性好等优点。正是由于其上述优点，电子束焊接技术获得了长足发展，已广泛应用于各个行业。但是由于制造零部件的材料、焊缝的状态、焊接工艺和焊后处理等因素的影响，电子束焊缝内部经常产生缺陷，如气孔、裂纹、未焊透和未熔合等，直接影响到焊缝的强度和使用可靠性。为了保证电子束焊缝的质量，必须对零部件上的焊缝区域进行无损检测。
[0003]由于电子束焊缝的深/宽比大，缺陷一般都比较小，因此对检测灵敏度要求比较高。针对焊缝内部缺陷的无损检测，常用方法有X射线检测法和超声波检测法。但现有技术的射线检测，只能检测焊缝中的气孔、裂纹等缺陷，可以判断是否焊透，但无法确定焊接熔深值。一般情况下超声检测也只是检测焊接缺陷，至于熔深的确定应用也较少。
[0004]在航空发动机涡轮机匣生产加工中，为了掌握电子束焊缝的质量，需要对涡轮机匣电子束焊缝的熔深进行检测，但现有技术没有检测电子束焊缝熔深与缺陷的有效方法。如何检测航空发动机涡轮机匣电子束焊缝的熔深与缺陷，是航空发动机涡轮机匣生产加工急需解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的方法，以解决航空发动机涡轮机匣生产加工中提出的如何检测航空发动机涡轮机匣电子束焊缝熔深与缺陷的问题。
[0006]针对本发明所要解决的问题，本发明提供的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的方法，主要包括:
[0007](1)模拟标准件参考标准平底孔的超声C扫图像显示:将根据被检涡轮机匣外形尺寸和检测装夹状态设计的在同一直径圆周上加工有3个不同直径的参考标准平底孔的模拟标准件安装在回转工作台上置于水中，调节超声波探头位置对准模拟标准件的参考标准平底孔并显示图像，使超声波探头沿通过平底孔中心的径向分别向外和向内移动设定距离，确定检测范围，设置好超声参数按编制好的超声C扫程序对模拟标准件进行超声C扫检测，显示参考标准平底孔中心位置和3个参考标准平底孔波幅的图像；所述3个不同直径的参考标准平底孔分别为，焊缝允许忽略不计的最大当量直径平底孔，多个缺陷允许的最大当量直径的平底孔，单个缺陷允许的最大当量直径的平底孔；
[0008](2)确定模拟标准件的熔深监控区域:局部放大单个缺陷允许的最大当量直径的平底孔显示图像，找到该平底孔中心在超声C扫图像上的位置并标记，从平底孔中心在超声C扫图像中的位置向上方(沿模拟标准件直径方向往内)量取设计距离，确定监控区域的上边界，向下方(沿模拟标准件直径方向往外)量取设计距离，确定监控区域的下边界，上下边界之间的区间即为熔深监控区域；
[0009](3)对涡轮机匣电子束焊缝进行水浸超声C扫检测:使用与超声C扫模拟标准件相同的检测参数按照步骤(1)对被检工件涡轮机匣电子束焊缝进行超声C扫检测，按照步骤(2)模拟标准件的熔深监控区域确定方法对被检工件涡轮机匣电子束焊缝确定熔深监控区域，显示涡轮机匣电子束焊缝超声C扫的图像；
[0010](4)比较判定:通过观察涡轮机匣电子束焊缝超声C扫图像，以及按照模拟标准件超声C扫显示图像所确定的熔深监控区域，判定涡轮机匣电子束焊缝是否符合设计要求。
[0011]在本发明的上述技术方案中，在涡轮机匣电子束焊缝检测完成后，可重新再对模拟标准件进行水浸超声C扫检测，确认参考标准平底孔的波幅变化是否在允许范围内，平底孔中心线位置是否有变化，以确保检测的稳定性。
[0012]在本发明的上述技术方案中，在超声C扫检测模拟标准件时，可通过调节增益调整超声C扫检测灵敏度，灵敏度最好保持在使模拟标准件上直径最小的平底孔图像波幅达到25%以上，直径最大的平底孔图像波幅在89% -99%之间。
[0013]在本发明的上述技术方案中，所述水浸超声C扫检测，是指将被检测的涡轮机匣(工件)浸于水中，通过超声波扫描成像对涡轮机匣(工件)上的电子束焊缝进行检测，以确定工件上的电子束焊缝是否满足设计要求。
[0014]在本发明的上述技术方案中，所述模拟标准件的构成，包括回转筒体和固定在回转筒体一端的同轴圆盘，在圆盘的下端面同一直径圆周上加工有两组3个垂直于圆盘端面不同直径的，用于检测工件电子束焊缝缺陷的作为参考标准的平底孔，3个不同直径的平底孔分别为焊缝允许忽略不计的最大当量直径的平底孔、多个缺陷允许的最大当量直径的平底孔和单个缺陷允许的最大当量直径的平底孔，平底孔的孔底面距其上方圆盘上端面的距离S:与涡轮机匣焊缝装配面距检测基准端面距离S 2相同，平底孔正上方端面距模拟标准件安装端面的高度匕与涡轮机匣焊缝检测基准端面距安装端面的高度h2相同，平底孔位置所在圆周直径与被检工件加工后的内圈直径加上焊缝最小熔深值基本相等，即平底孔所在位置的直径D 3+F，其中D3为涡轮机匣机加工后的内圈直径，F为焊缝最小熔深。
[0015]所述模拟标准件的外形尺寸、模拟标准件上参考标准平底孔的尺寸和参考标准孔在模拟标准件上的位置确定如下:
[0016](1)模拟标准件外形尺寸的确定:根据被检工件涡轮机匣超声检测时的尺寸及装夹状况来确定模拟标准件的外形尺寸，使模拟标准件上的参考标准平底孔上方端面距模拟标准件安装端面的高度匕(如图2)，与涡轮机匣焊缝检测基准端面距涡轮机匣安装端面的高度h2(如图4)相同，即平底孔正上方端面距回转工作台平面的高度匕与涡轮机匣焊缝检测基准端面距回转工作台平面的高度h2—样；又使平底孔的孔底面距圆盘上端面的距离\，即平底孔埋深Si(如图3)与涡轮机匣焊缝装配面距检测基准端面距离δ2(如图5)相同，以保证模拟标准件及工件扫查时，超声波探头距平底孔孔底面的距离与超声波探头距焊缝装配面的检测距离一样。
[0017](2)模拟标准件上参考标准平底孔的尺寸确定:根据设计图要求允许忽略不计缺陷的最大当量直径确定最小尺寸的平底孔1A或1B直径，又根据设计图允许的多个缺陷最大当量直径确定次小尺寸平底孔2A或2B直径，再根据设计图允许的单个最大缺陷当量直径确定最大平底孔3A或3B直径，可以根据加工难度确定加工两组或多组符合要求的平底孔，再经计量确定哪组平底孔可以作为参考标准孔。
[0018](3)参考标准平底孔在模拟标准件上位置的确定:根据设计图要求，要求被检工件涡轮机匣机加工后焊缝的熔深不小于F，而机加工后的涡轮机匣机内圈的最终直径为D3，据此确定平底孔中心在模拟标准件圆盘上的位置，即平底孔位于模拟标准件圆盘上同一圆周的直径DiS:D ^ D 3+F，F为焊缝最小熔深，这样便可以通过利用最大平底孔3A或3B在C扫图上的位置来确定熔深监控区域(R0I)。方法如下:从平底孔中心线处沿圆盘直径方向往内量取尺寸K (约为F/2)，即为熔深监控区域的上边界，往外量取尺寸F-K，即为熔深监控区域的下边界，F长的区间即为熔深监控区域(R0I)，此时熔深监控区域(R0I)是根据零件的最终尺寸确定的，与被检零件的实际加工余量没有相关性，排除了实际零件焊接变形或加工错误带来的影响。鉴于以上考虑，标准件与实际零件可以使用同一扫查程序进行检测，同时也可以通过标准件来确定需要监控的熔深区域。
[0019]本发明提供的用于涡轮机匣电子束焊缝水浸超声C扫检测的方法，具有以下十分突出的有益技术效果:
[0020]1、使用本发明提供的水浸超声C扫检测方法对涡轮机匣电子束焊缝进行检测，可以确定焊缝要熔深监控区域(R0I)，实现了在超声检测中确定焊缝熔深，扩大了超声检测范围，大大提高了检测的准确性与可靠性。同时由于所使用的模拟标准件能够较好地模拟涡轮机匣焊缝检测区域及缺陷，模拟标准件与涡轮机匣可以使用同一超声C扫程序进行检测，简化了超声C扫程序，提高了检测效率。
[0021]2、采用本发明提供的水浸超声C扫检测方法，可以让超声检验员直观准确地通过观察C扫图上显示波幅的强弱及其处在熔深监控区域(R0I)的位置情况来判定电子束焊接是否存在未焊透，存在未焊透时，其熔深是否符合要求。