填充易溶性水凝膠狀物的葉片殘餘型芯中子射線檢測方法與流程

2023-04-24 19:44:42

本發明屬於航空發動機鑄造空心渦輪葉片殘餘型芯無損檢測技術領域，尤其涉及一種填充易溶性水凝膠狀物的葉片殘餘型芯中子射線檢測方法。

背景技術：

空心渦輪葉片是航空發動機的核心部件之一，其特點是形狀複雜、加工難度大，工作溫度最高、應力最複雜和工作環境最惡劣。採用先進的葉片冷卻結構設計是降低葉片工作溫度，提高發動機工作溫度的有效方法之一，而製造空心渦輪葉片包括制芯、制模、制殼、澆注和脫芯等工序，氧化鋁系列的陶瓷型芯得到了廣泛應用，但葉片進行脫芯後，經常殘留有型芯，殘餘型芯將阻礙冷卻通道，降低冷卻效果，並且殘餘的陶瓷型芯在高溫下會與單晶葉片發生化學反應，降低葉片的高溫抗蠕變能力，精密鑄造空心渦輪葉片在脫芯後必須進行殘餘型芯檢測。射線檢測是目前國內外普遍使用的檢測方法，但陶瓷型芯材料X射線直接檢測時存在靈敏度低、容易漏檢的不足，工業上常用檢測方法主要有灌粉法X射線照相檢測、標記法X射線照相檢測、工業CT方法和中子射線照相法。灌粉檢測技術是利用金屬粉和殘餘型芯之間對X射線吸收差異懸殊從而檢測是否有殘餘型芯，具體方法是將與葉片材料密度相同或相近的金屬粉(顆粒大小為50μm-150μm)灌入空心葉片冷卻通道中，冷卻通道中有殘餘型芯的部位就填不上粉。1969年美國TRW公司Clyde R.Honeycutt等在US Patent 3624397D:A中提出了灌粉法檢測殘餘型芯的思想。2006年西安航空發動機有限公司李澤等人用實驗證明這種方法可以明顯提高X射線對殘芯的檢測能力。但如果金屬粉填充不緻密很容易造成誤檢測，且填入葉片中的金屬粉若不能完全清除則會影響葉片使用性能。基於標記法的X射線檢測殘餘型芯方法是採用鎢酸鈉溶液浸漬空心渦輪葉片，如葉片中含殘餘型芯，鎢酸鈉將進入殘餘型芯材料中，進入型芯內部的鎢酸鈉將在隨後的處理程序中被保留下來，當用X光檢測葉片時，由於高原子序數元素鎢構成的鎢酸鈉對X射線的吸收高於型芯材料，在X光的照射下得到清晰顯示。該思想在1992年由Remmers等在US Patent 5242007中提出，但若葉片冷卻通道存在開口缺陷，存在鎢酸鈉不易完全清除的問題，將對葉片使用帶來潛在危險。工業CT以三維成像的方法重構渦輪葉片的整體結構，可直接應用於葉片冷卻通道中殘餘型芯的檢測，可以發現0.2mm-0.5mm厚的殘餘型芯，該方法的不足是檢測效率低，檢測成本高，不適合大批量葉片快速檢測。中子射線照相方法是檢測渦輪葉片殘餘型芯非常有效的一種檢測方法，美國GE公司的Wilkinson等在1968年US Patent 3617747中提出在型芯材料中混入氧化釓，利用釓對中子射線的強吸收能力，可以得到清晰的殘餘型芯圖像，存在的問題有改變了陶瓷型芯製作工藝、中子照射後殘餘輻射，氧化釓粉末對人體健康有害等。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種可在空心渦輪葉片內部冷卻通道填充可常溫下使用且易溶於水的水凝膠狀物的方法，與殘餘型芯材料相比，這種水凝膠狀物對熱中子射線具有更高的衰減作用，利用熱中子射線強度衰減差異大檢測葉片內部是否存在殘餘型芯，旨在解決：(1)現有殘餘型芯檢測技術中摻雜氧化釓時的熱中子照相殘餘輻射；(2)由於不需要摻雜氧化釓，不改變陶瓷型芯蠟模製作工藝，避免了摻雜氧化釓對葉片性能的影響；(3)氧化釓屬於刺激性物品，氧化釓粉末被吸入人體時，有職業性肺塵埃沉著病，對蠟模製作人員健康安全有影響；(4)其它內部填充物法使用後存在難以完全清除的問題。

本發明是這樣實現的，一種填充易溶性水凝膠狀物的葉片殘餘型芯中子射線檢測方法，包括：

將純淨水加熱至80℃～100℃，取白涼粉粉末若干克，以2.5L水配100g的比例將白涼粉粉末加入熱水中，充分攪拌至完全溶解，倒入長方體形容器中，葉片完全浸入溶液中，攪拌約2min～5min充分排空空氣；

在室溫情況下靜置，冷卻凝結1h～2h，當溶液完全凝結呈透明膠狀時，把包裹有葉片的透明膠狀物取出，用刀具將葉片兩端的透明膠狀物切除，再剝離葉片表面透明膠狀物，用乾燥吸水布清理葉片表面殘留透明膠狀物和水跡，空心渦輪葉片的冷卻通道填滿了透明膠狀物，有殘餘型芯的部位填充不了透明膠狀物；若有殘餘型芯，冷卻通道內為透明膠狀物和殘餘型芯材料；

對空心渦輪葉片進行熱中子射線檢測，若葉片內部有殘餘型芯，根據殘餘型芯材料、葉片、透明膠狀物對熱中子射線的衰減不同，有殘餘型芯的部位在影像上不同於其它正常部位，檢測出空心渦輪葉片冷卻通道是否有殘餘型芯。

進一步，將純淨水加熱至80℃～100℃前需進行，準備一個乾淨的、高10cm～20cm長方體形容器，將多個空心渦輪葉片平鋪在長方體形容器中。

進一步，熱中子射線檢測結束後，將葉片置於80℃～100℃水中，對冷卻通道內的透明膠狀物溶解10min～20min，取出後用高壓水槍反覆衝洗，最後乾燥處理。

本發明另一目的在於提供一種含有殘餘型芯的空心渦輪葉片包括：葉片、冷卻通道、透明膠狀物、殘餘型芯；所述冷卻通道連接在葉片上；所述透明膠狀物填充在冷卻通道內並且包覆殘餘型芯。

進一步，所述葉片採用鎳基高溫合金的葉片基體材料製成，殘餘型芯為氧化鋁系列材料製成。

本發明的特點和優點是：(1)在空心渦輪葉片冷卻通道填充一種固態水凝膠狀物，填充方法簡單，填充物主要成分為水，且對熱中子射線強度衰減遠大於陶瓷型芯材料，利用熱中子射線強度衰減差異檢測殘餘型芯。(2)能得到清晰地殘餘型芯熱中子射線檢測圖像。(3)填充物更易清除，由於這種水凝膠狀物能完全溶解於80℃-100℃熱水中，利用高壓流動水反覆清洗葉片冷卻通道後能完全清除填充物。(4)與直接熱中子射線檢測技術相比，殘餘型芯檢測能力提高2-3倍以上。(5)與陶瓷型芯摻雜氧化釓後熱中子射線檢測技術相比，不需要改變陶瓷型芯蠟膜製作工藝，無氧化釓粉末摻雜均勻性問題。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的填充易溶性水凝膠狀物的葉片殘餘型芯中子射線檢測方法流程圖。

圖2是本發明實施例提供的空心渦輪葉片冷卻通道填充易溶性水凝膠狀物後的示意圖。

圖中：1、葉片；2、冷卻通道；3、葉片基體材料；4、透明膠狀物；5、殘餘型芯。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細描述。

如圖1所示，本發明實施例提供的填充易溶性水凝膠狀物的葉片殘餘型芯中子射線檢測方法，所述填充易溶性水凝膠狀物的葉片殘餘型芯中子射線檢測方法包括：

S101：準備一個乾淨的、高10cm～20cm長方體形容器，將多個空心渦輪葉片平鋪在長方體形容器中。

S102：將純淨水加熱至80℃～100℃，取白涼粉粉末若干克，以2.5L水配100g的比例將白涼粉粉末加入熱水中，充分攪拌至完全溶解，倒入長方體形容器中，葉片完全浸入溶液中，攪拌約2min～5min充分排空空氣。

S103：在室溫情況下靜置，冷卻凝結1h～2h，當溶液完全凝結呈透明膠狀時，把包裹有葉片的透明膠狀物取出，用刀具將葉片兩端的透明膠狀物切除，再剝離葉片表面透明膠狀物，用乾燥吸水布清理葉片表面殘留透明膠狀物和水跡，空心渦輪葉片的冷卻通道填滿了透明膠狀物，若有殘餘型芯，冷卻通道為透明膠狀物和殘餘型芯材料。

S104：對空心渦輪葉片進行熱中子射線檢測，如果葉片內部有殘餘型芯，根據殘餘型芯材料、葉片、透明膠狀物對熱中子射線的衰減不同，有殘餘型芯的部位在影像上不同於其它正常部位，檢測出空心渦輪葉片冷卻通道是否有殘餘型芯。

S105：熱中子射線檢測結束後，將葉片置於80℃-100℃水中，對冷卻通道內的透明膠狀物溶解10min-20min，取出後用高壓水槍反覆衝洗，最後乾燥處理。

如圖2所示，本發明的實施例提供有殘餘型芯的空心渦輪葉片，包括：葉片1、冷卻通道2、透明膠狀物4、殘餘型芯5；所述冷卻通道連接在葉片上；所述透明膠狀物填充在冷卻通道內並且包覆殘餘型芯。

進一步，所述葉片採用鎳基高溫合金的葉片基體材料3製成。

下面結合具體實施例對本發明的應用原理作進一步描述。

本發明實施例提供的填充易溶性水凝膠狀物的葉片殘餘型芯中子射線檢測方法包括：

(1)對所有待檢葉片先進行X光檢測，排除鑄造缺陷和冷卻通道堵塞情形；

(2)準備一個乾淨的、深度為10cm-20cm長方體形容器，將多個空心渦輪葉片清洗後按多行多列排列方式平鋪在容器中，相鄰葉片之間留少許空隙；

(3)將純淨水加熱至80℃-100℃，取白涼粉粉末若干克，以2.5L水配100g的比例將其加入熱水中，充分攪拌至完全溶解，倒入長方體形容器中，保證所有葉片能完全浸入溶液中，溶液深度至少為葉片平鋪高度的2倍以上方便攪拌，攪拌約2min-5min充分排空空氣；

(4)在室溫情況下靜置，冷卻凝結1h-2h，當表面泛有光澤，且將長方體形容器傾斜不會有溶液流出時，則表示凝固過程已經完成。取出包裹葉片的透明膠狀物，用刀具將每個葉片1兩端的透明膠狀物切除，再手動剝離葉片表面透明膠狀物，清理過後只有空心渦輪葉片的冷卻通道2填滿了透明膠狀物4；

(5)用乾燥吸水布充分清理葉片表面透明膠狀物和水跡，如果冷卻通道殘留有殘餘型芯，冷卻通道填充物為透明膠狀物4和殘餘型芯5。

(6)對清理後的空心渦輪葉片進行熱中子射線檢測，如果葉片內部有殘餘型芯，由於殘餘型芯5主要成份為Al2O3，其取平均散射和吸收截面為2200m/s的天然元素的熱中子線衰減係數為0.0365cm-1，對熱中子射線的衰減很小，葉片基體材料3(鎳基高溫合金，純鎳取平均散射和吸收截面為2200m/s的天然元素的熱中子線衰減係數為2.04cm-1)對熱中子射線的衰減較大，而透明膠狀物4(主要成份為H2O，質量百分比含量高達96％，其取平均散射和吸收截面為2200m/s的天然元素的熱中子線衰減係數為2.706cm-1，密度略小於液態水)對熱中子射線的衰減最大，熱中子射線照相後有殘餘型芯的部位在影像上明顯不同於其它正常部位，呈高對比度顯示，從而可實現對殘餘型芯的檢測。

(7)熱中子射線照相結束後，將葉片置於80℃-100℃水中，對冷卻通道中透明膠狀物進行加熱溶解10min-20min，再使用高壓水槍反覆衝洗冷卻通道，清洗完成後對葉片進行乾燥處理。

本發明與其它射線檢測方法相比，操作簡單，填充物易完全清除，殘餘型芯熱中子射線檢出率高。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。