人工槽模拟GH4169涡轮盘表面裂纹缺陷的微磁检测

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct，252015V01．36No．103450—3456ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CRDOI：10．7527／$1000—6893．2015．0173人工槽模拟GH4169涡轮盘表面裂纹缺陷的微磁检测胡博1’*，于润桥1，徐伟津21．南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，南昌3300632．中国石油川庆钻探公司安全环保质

2、量监督检测研究院，广汉618300摘要：针对航空发动机涡轮盘表面裂纹缺陷，提出一种地磁场环境下的微磁无损检测(NDT)方法。磁化试验测得了广泛使用的镍基高温合金GH4169材料的磁化特性曲线，通过磁性分析，证明该材料的相对磁导率略大于空气的相对磁导率，为弱顺磁性物质。理论分析了微磁检测适用于涡轮盘试件的检测原理和缺陷处的磁异常特征，通过对预置人工槽缺陷的涡轮盘试块进行检测，验证了理论分析的正确性。检测结果表明，随着涡轮盘表面裂纹宽度和深度的增加，磁异常的宽度和峰值也相应增加，裂纹宽度相同时，深度越

3、深，或者说深宽比越大，磁异常越明显，且裂纹产生的位置对定位精度存在一定的影响。该微磁检测方法为涡轮盘表面裂纹缺陷的有效检测提供了新的思路，能进一步推广应用于飞机发动机的其他部件，如转子叶片、涡轮轴等，以及飞机机身上具有相似磁学特性的材料的无损检测。关键词：涡轮盘；裂纹；微磁；无损检测；地磁场中图分类号：V219文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)10—3450—07涡轮盘是航空燃气涡轮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

4、和使用维护成本，甚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n]。据统计，低循环疲劳失效是涡轮盘的主要失效模式[2。4]，占发动机结构故障的80％～90％。低循环疲劳极易萌生表面裂纹缺陷[5]，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、裂纹等缺陷，由于偶然事件而使刀具破损颗粒嵌入涡轮盘表面，也会导致涡轮盘表面、近表面萌生裂纹而失效。选用无损检测技术对涡轮盘表面、近表面裂纹缺陷和内部夹杂缺陷进行诊断具有重要意义。用于涡轮盘的无损检测

5、技术，国内外研究较成熟的超声检测技术有早期的手动接触式脉冲回波法和超声水浸法[6’7]，航标HB／Z34—1998规定涡轮盘件应采用水浸法检测[83。荷兰AIMS公司的NIPSCAN水浸超声检测系统，对无机夹杂物缺陷的定量较为准确[6]。法国ImphySA的一份资料介绍，水浸法可检出粉末涡轮盘中最小直径为0．22mm的夹杂物；德国MTUMotoren公司与西门子公司共同研制的水浸超声检测系统可检出厚度小于15mm的涡轮盘中尺寸为0．2mm的缺陷[9]。法国制作了第一台超声相控阵检测系统用于涡轮盘的

6、检测，原来收稿日期：2015—04·09；退修日期：2015-04．28；录用日期：2015．06．06：网络出版时间：2015．06．1014：13网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20150610．1413．001html基金项目：国家自然科学基金(51265041，51565043)；江西省青年科学基金(20151BAB216016)；江西省教育厅青年科学基金(GJJl3488)*通讯作者．Tel．：0791．83863759E—mail：c

7、umthubo@163．com礅摄播武

8、Hu8．YuRo．XuWJ．Micro—magneticNDTforsurfacecrackdefectinaGH4169turbinediscsimulatedbyartificialgrooveEJ3ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015．36(10)：3450-3456．胡博。f润桥．徐伟津．人I槽模拟GH4169涡轮盘表面裂纹缺陷的徽磁检溺!JI．航空学报．2015．36(10)：3450．3456．胡博等：

9、人工槽模拟GH4169涡轮盘表面裂纹缺陷的微磁检测需要50～60种探头的检测，现在可被2个相控阵探头取代，很大程度地提高了涡轮盘的检测效率‘1⋯。沈阳黎明航空发动机集团公司对FGH96粉末盘使用超声中频水浸聚焦探头分区法，轴向检测容易发现缺陷，而FGH97粉末盘中的缺陷很难被发现；对FGH96粉末盘中存在的面积型夹杂物使用乳化后荧光渗透检测法很难检测出来，而易于发现FGH97粉末盘中存在的体积型夹杂物¨1

10、。北京航空材料研究院研究多区聚焦检测技术，解决了被测涡轮盘全深度焦区覆盖的问