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.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)

航空用涡轮盘是航空发动机的关键部位，长期承受高温与高应力作用。随着航空发动机逐步向高性能、高可靠性、长寿命、大型化等方向发展，对高温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，因而常被用来作为制造航空发动机涡轮盘的材料[2-3]。某航空发动机涡轮盘采用一体成型工艺，叶片与叶轮无法拆卸，在外部对结合层进行检测十分困难，其结构如图1所示。

图1 某航空发动机涡轮盘结构示意

针对双金属涡轮盘的结构特点，以及相控阵检测孔径小，能量易分散，聚焦困难等特点，提出了圆柱形凸面相控阵检测技术，采用接触式机油耦合，使探头产生的声束能从内孔聚焦到外结合层处。针对凸面相控阵结构的特征，从理论上分析了相控阵声场的聚焦性能，并根据聚焦深度求得相控阵各阵元的延时时间，设计了小孔径凸面相控阵聚焦法则。在此基础上，利用CIVA软件对相控阵声场进行仿真，以抑制旁瓣、消除栅瓣、中心焦柱能量强为探头设计标准，对凸面相控阵探头的参数进行优化，根据优化后的参数制作了8阵元的相控阵探头，并使用该探头对带有人工缺陷的涡轮盘试块进行检测。检测结果表明，该方法能有效地对小孔径大厚度涡轮盘进行孔内检测。……