一 飛機(jī)輪盤檢測的需求背景
由于（α+β）鈦合金具有比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，目前仍大量廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇部件。該類鈦合金在成型過程中，不可避免地會(huì)存在凝固偏析、氫脆等缺陷。Sioux City 空難的調(diào)查結(jié)論為：鈦合金盤材料在成型過程中存在的硬α相，導(dǎo)致輪盤在“安全壽命”達(dá)到之前發(fā)生破裂。因此，從提高發(fā)動(dòng)機(jī)整體安全水平要求出發(fā)，在風(fēng)扇盤設(shè)計(jì)和定壽過程中，必須評估硬α相等缺陷在輪盤壽命周期內(nèi)的失效概率，這同時(shí)也是發(fā)動(dòng)機(jī)適航取證時(shí)必須標(biāo)明的符合性要點(diǎn)之一。
二 飛機(jī)輪盤的檢測研究
國內(nèi)某高校以含硬α夾雜鈦合金輪盤為研究對象結(jié)合高速旋轉(zhuǎn)臺(tái)低循環(huán)疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)與江蘇超聲電子股份有限公司超聲儀器分公司聯(lián)合開展鈦合金輪盤裂紋擴(kuò)展特性研究。主要研究工作如下:
1. 鈦合金輪盤試驗(yàn)件的設(shè)計(jì)與制備。提出硬α夾雜制備方法及埋藏方法確定硬α夾雜埋藏位置。
2. 利用立式旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)器開展鈦合金輪盤低循環(huán)疲勞試驗(yàn)，主動(dòng)促使裂紋發(fā)生擴(kuò)展，模擬實(shí)際在役情況。
3. 利用江蘇超聲公司最新研制的DSS-PA22T型相控陣全聚焦實(shí)時(shí)3D超聲成像系統(tǒng)，對埋藏硬α夾雜缺陷定期檢測成像記錄并進(jìn)行定量測量，研究硬α夾雜缺陷出現(xiàn)、擴(kuò)展到失效的生長規(guī)律。
三 飛機(jī)輪盤3D全聚焦檢測系統(tǒng)方案
3.1 機(jī)械系統(tǒng)
飛機(jī)輪盤3D全聚焦檢測機(jī)械系統(tǒng)
機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備外形尺寸高度為600mm，長600mm，寬600mm。水箱外壁采用透明亞克力，可以方便看到工件的檢測位置。水箱高度270mm，工作蓄水量約為85升。水箱底部有一圓形凸臺(tái)，可以定位渦輪盤并使其固定，根據(jù)檢測的渦輪盤規(guī)格不同，可更換圓形凸臺(tái)。檢測相控陣探頭垂直上下升降采用電機(jī)帶動(dòng)，下探深度自動(dòng)檢測到位，由接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
檢測狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)
檢測工裝利用平衡結(jié)構(gòu)的原理，一邊是檢測探頭，對應(yīng)另一邊是接近開關(guān)，檢測工作時(shí)，探頭自動(dòng)下降到指定位置，觸發(fā)接近開關(guān)，這樣可以有效的實(shí)現(xiàn)檢測探頭自動(dòng)定位。當(dāng)檢測探頭到達(dá)指定深度時(shí)，另一電機(jī)啟動(dòng)，通過齒輪傳動(dòng)使檢測探頭進(jìn)行圓周掃查的動(dòng)作。在渦輪盤頂面檢測時(shí)，檢測探頭距離渦輪盤一定距離。
飛機(jī)輪盤頂面檢測示意
當(dāng)檢測探頭放置在渦輪盤斜面進(jìn)行檢測時(shí)，可實(shí)現(xiàn)單探頭的3D全聚焦檢測或者雙探頭的TOFD檢測。
飛機(jī)輪盤斜面檢測示意
3.2 成像系統(tǒng)
DSS-PA22T 3D全聚焦成像檢測系統(tǒng)
3.3 飛機(jī)輪盤檢測結(jié)論
檢測到硬α夾雜缺陷高度7.4mm，自然裂紋缺陷發(fā)展接近達(dá)到表面。
2D-TFM檢測成像圖
3D-TFM檢測成像圖
