压气机叶片原位涡流检测技术的研究

论文摘要

涡流检测技术是五大常规无损检测中的重要检测方法之一，它是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，适用于导电材料。涡流检测技术是利用试件与线圈的耦合关系，把试件的性质、形状以及缺陷因素反映到线圈阻抗变化的一种检测方法。当载有交变电流的检测线圈靠近导电试件时，由于线圈磁场作用，试件会感应出涡流，而涡流的大小、相位及流动形式又会受到材料导电性能的影响。检测时由于导体自身各种因素（电导率，磁导率，形状，尺寸，缺陷等）的变化导致感生电流变化，利用这种变化来判断导体性质、状态。在实际工程中利用涡流原理可以解决金属材料探伤、测厚、分选等问题，这种技术被广泛应用于航空、航天、机械、汽车、石化和锅炉压力容器等工业部门。通常，在利用常规无损检测技术对检测空间受到限制的待检设备进行检测时，都是采用拆卸检测的方法。叶片是飞行器发动机压气机的重要部件，对叶片的无损检测通常都需拆下进行，不仅浪费时间，还容易因为拆装不当造成人为的损伤。因而，对压气机叶片实施原位无损检测技术就具有十分重要的意义。涡流检测在检测时不需要耦合剂，而且对金属工件表面或近表面的疲劳裂纹很敏感，探测灵敏度高，可以定性评价缺陷；探头传动装置可控制探头伸入到远处，可以对工件的狭窄区域进行检测；检测信号采用电信号显示，可存储、再现及进行数据比较和处理，方便实现自动化检测等优点，在各工业部门对导电材料的无损检测中得到了广泛的应用。压气机叶片为铝/钛合金导电材料制造，故可探讨使用涡流检测来实施航天压气机的原位无损检测。论文用ANSYS仿真软件对叶片原位涡流检测中的主要影响因素（如提离等）等进行了分析、提出利用相位旋转抑制提离效应及信号增强技术来消除杂波干扰以改进仪器的性能。论文根据压气机叶片的结构、形状等设计了一套原位涡流检测方案，主要工作包括试件加工、仪器改进、专用探头研制，对带人工缺陷的叶片试件进行试验等，试验结果表明可在不拆卸叶片的前提下，快速、方便、有效地检测叶片的损伤状况，以保证设备的运行安全，为叶片原位涡流检测的实际应用提供了参考依据，可望有很好的实际应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 涡流检测技术概况
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 课题目标、内容及安排
• 第2章 涡流检测理论基础
• 2.1 涡流检测电磁场基础理论
• 2.2 涡流阻抗平面分析法
• 2.2.1 涡流线圈的简化模型及等效电路
• 2.2.2 涡流阻抗平面图及归一化阻抗图
• 2.3 本章小结
• 第3章 平板及叶片试块的设计与制作
• 3.1 加工方案的确定
• 3.2 带微裂纹试块的设计
• 3.2.1 带人工缺陷平板试块的设计
• 3.2.2 带人工缺陷叶片试块的设计
• 3.2.3 试块人工缺陷的加工
• 3.3 试块的鉴定
• 3.4 本章小结
• 第4章 涡流阻抗有限元分析
• 4.1 电磁场有限元法
• 4.2 涡流阻抗ANSYS有限元分析
• 4.2.1 涡流检测中提离效应对线圈阻抗影响的有限元分析
• 4.2.2 实验分析
• 4.3 抑制提离效应的方法
• 4.3.1 抑制提离效应的常用方法
• 4.3.2 相位转换法抑制提离效应
• 4.4 本章小结
• 第5章 专用检测仪器改进
• 5.1 叶片检测专用涡流仪研制的意义
• 5.2 主要研究内容
• 5.3 主要研究工作
• 5.3.1 涡流检测中提离效应影响
• 5.3.2 扩展仪器与探头的兼容性
• 5.3.3 改进仪器的滤波功能
• 5.4 YET-5 叶片涡流探伤仪
• 5.5 本章小结
• 第6章 探头设计与研制
• 6.1 探头类型的选择
• 6.2 探头设计制作
• 6.3 探头的结构设计
• 6.4 探头半自动扫查辅助装置
• 6.5 本章小结
• 第7章 叶片原位检测试验
• 7.1 叶片涡流原位检测可行性试验
• 7.2 平板试块检测试验
• 7.3 叶片试块检测试验
• 7.4 原位检测现场试验
• 第8章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢