超聲相控陣檢查風(fēng)扇葉片的探討

沈俊

摘 要：由于 TRENT700 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)廠修理的間隔太長(zhǎng)，為了減少發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)行期間出現(xiàn)的風(fēng)扇葉片斷裂事件，要求NDT檢測(cè)人員在不超出6000使用循環(huán)數(shù)的前提下利用超聲波相控陣進(jìn)行檢查。此方法可以探測(cè)到風(fēng)扇葉片翼型表面下的異常，以降低空停或不正常事件的幾率。本文就發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片相控陣技術(shù)的操作方法展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：超聲相控陣技術(shù)；風(fēng)扇葉片；操作步驟

1超聲波相控陣的基本原理：

超聲波相控陣，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是將多個(gè)超聲波單探頭有機(jī)排列在一起使用，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)控制每個(gè)晶片的激發(fā)順序，對(duì)工件進(jìn)行超聲波掃查。基于其對(duì)每個(gè)探頭的激發(fā)可以精確控制，通過(guò)對(duì)每個(gè)單晶片激發(fā)順序的調(diào)整還可以產(chǎn)生不同的方向，深度，聚焦點(diǎn)等。

2超聲波相控陣檢測(cè)的準(zhǔn)備工作

所需設(shè)備器材：

相控陣檢測(cè)設(shè)備套裝；相控陣探測(cè)儀OmniScan mx2；超聲偶合劑 OMat 655 （如下圖1）

首先須檢查彈性楔形塊表面有無(wú)缺陷，整個(gè)楔形塊表面必須沒(méi)有氣泡。然后檢查楔形塊罩底座，應(yīng)該沒(méi)有明顯磨損，如發(fā)現(xiàn)楔形塊兩個(gè)前端底座的高小于18mm或者一個(gè)后端底座的高小于10mm，應(yīng)立即更換該楔形塊罩。將足夠的耦合劑涂抹在楔形塊與葉片表面上。

用四個(gè)螺釘將楔形塊罩底座固定在相控探頭上并確認(rèn)完全擰緊。將探頭連接到相控陣探測(cè)儀OmniScan2。

3超聲波相控陣檢測(cè)設(shè)備的標(biāo)定

3.1系統(tǒng)檢查

系統(tǒng)檢查的目的：使用計(jì)量塊來(lái)確認(rèn)所有相控陣探頭上的64個(gè)元件有一致的靈敏性。

計(jì)量塊是一個(gè)200x120x6.5mm鈦合金板。它包括六個(gè)壓模過(guò)的槽，以1mm為增量，深度從1mm到6mm。在6.5mm板片和1mm厚度壓模過(guò)的槽間是一個(gè)5.5mm的梯階。系統(tǒng)檢查使用脈沖-回波信號(hào)，通過(guò)這5.5mm階梯和相控陣探頭上每一個(gè)元件，確保有一致的靈敏性。

執(zhí)行系統(tǒng)檢查步驟：

（1）依次按下觸摸屏File - Setup – Open，選擇RR_T700FB_Probe_Check.ops，按下Open。裝載《RR_T700FB_Probe_Check.ops》系統(tǒng)文件。

（2）在楔形塊前表面涂上耦合劑，探頭放在計(jì)量塊上，將楔形塊置于5.5mm梯階的上方。檢查探頭中是否有壞的元件，如果是壞的元件，則在屏幕中將顯示成一行零信號(hào)的線。相鄰的元件若是顯示已壞，應(yīng)該檢查探頭是否與相控陣儀Omni Scan連接正常以及螺釘固定是否牢固。

（3）按下Wizard -Calibration.。選擇Type （Ultrasound），Mode （Sensitivity），按下Calibration。執(zhí)行元件靈敏度檢查。

（4） 在探頭上施加一個(gè)穩(wěn)定的壓力，使楔形塊罩底座的三條邊緊貼計(jì)量塊表面，將探頭放置在5.5mm階梯處沿直線平移，找到信號(hào)最強(qiáng)的點(diǎn)的位置。調(diào)節(jié)增益，使得來(lái)自所有元件的平均信號(hào)大約在50%屏幕刻度，增益大約為23dB。確認(rèn)所有的信號(hào)在屏幕刻度40%的范圍內(nèi)。

（5） 按Cancel鍵，退出Calibration Wizard。

3.2探頭校準(zhǔn)程序

探頭的靈敏性設(shè)置使用的是有長(zhǎng)1.0mm，深0.5mm切口的計(jì)量塊，其材料厚度為6mm。

（1）依次按下儀器觸摸屏 File - Setup – Open，選擇RR_T700FB_Frame_Scan.ops，儀器裝載《RR_T700FB_Frame_Scan.ops》文件。

（2） 將探頭放置在6mm深1.0x0.5mm的切口上方。在切口處將信號(hào)增到最大，改變?cè)鲆妫O(shè)置到最大信號(hào)100%屏幕刻度，增益應(yīng)在27dB左右。增加3dB的增益，使接口門限被正確觸發(fā)。

（3）按順序移動(dòng)探頭經(jīng)過(guò)剩下的5個(gè)壓模過(guò)的槽切口。確認(rèn)所有的切口能達(dá)到至少120%屏幕刻度的信號(hào)。如果有任何一個(gè)切口顯示的信號(hào)小于120%屏幕刻度，楔形塊和計(jì)量塊間的耦合情況應(yīng)作為重點(diǎn)檢查對(duì)象來(lái)重新涂抹耦合劑。

4 安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的風(fēng)扇葉片具體檢查步驟

（1）按照3.1完成系統(tǒng)檢查

（2）按照3.2完成探頭校準(zhǔn)。

（3）將掃描架連接到第一片待檢查的風(fēng)扇葉片上，轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)扇使得葉片轉(zhuǎn)到適合檢查的位置并用葉片鎖定片固定住風(fēng)扇葉片。將風(fēng)扇葉片支架定位，用固定夾分別置于風(fēng)扇葉片根部和頂部的前緣并且對(duì)齊。夾緊固定夾，確認(rèn)固定塊緊貼葉片前緣然后拉出中間扳桿。

（4）手部滑動(dòng)探頭的同時(shí)觀察S-SCAN屏信號(hào)變化以發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷，仔細(xì)檢查全部26片風(fēng)扇葉片的正反兩面。

5 掃查結(jié)果的判定

對(duì)于屏幕中顯示任何信號(hào)高度大于刻度60%的葉片必須立即報(bào)廢，詳細(xì)記錄每一片信號(hào)高度大于60%屏幕刻度的葉片的相關(guān)參數(shù)。

6 總結(jié)

相控陣檢測(cè)設(shè)備套裝涉及工裝較多，還有許多小部件，在役檢查時(shí)多為夜間，在光線不充足條件下容易造成工具丟失的情況，發(fā)動(dòng)機(jī)作為最為重要的組成部分之一，工具的定位及管理顯得尤為重要。

在每一片葉片掃描結(jié)束后，由于表面的雜質(zhì)可能會(huì)劃傷葉片表面，應(yīng)及時(shí)去除積聚在探頭表面及楔形塊底座上的細(xì)沙等雜質(zhì)。當(dāng)風(fēng)扇葉片全部檢查完畢，應(yīng)去除葉片表面之前涂抹的耦合劑，清潔葉片并確認(rèn)所有葉片表面沒(méi)有任何附著的灰塵，污垢或者油脂。

由于集成探頭多角度的覆蓋極大地提高了分辨率，改善了信噪比和靈敏度，更為突出的是相控陣檢測(cè)儀的出現(xiàn)使檢測(cè)人員觀察到的圖像更為直觀，極大的提高了檢測(cè)質(zhì)量及檢測(cè)效率。

作為前沿科技以及新興產(chǎn)物，超聲相控陣檢查風(fēng)扇葉片還有很多需要改進(jìn)之處，比如探頭的體積過(guò)于龐大，在很多狹小的空間無(wú)法使用，存在較多的局限性。而儀器本身須使用諸多文件的載入及參數(shù)設(shè)置，需要操作人員具備相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)才能熟練掌握，這些都是阻礙相控陣檢查大范圍被使用的攔路虎，也將是今后研究的方向和重點(diǎn)。

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