渦輪葉片x射線cr成像技術(shù)研究

渦輪葉片x射線cr成像技術(shù)研究

渦旋葉片是航空車輛的核心部件之一。它的特點是空心結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜、加工困難。這是錯誤發(fā)生的重要零件。嚴(yán)格控制2006年葉片的制造質(zhì)量是葉片制造商在生產(chǎn)葉片時的中心關(guān)鍵。因此,發(fā)動機企業(yè)要求精密鑄造渦輪葉片內(nèi)部質(zhì)量檢測必須逐件經(jīng)過100%的射線檢測SCHRue43aDERG等本課題采用IPU和IPS兩種不同成像分辨率的成像板,對某型高壓I級渦輪葉片葉身的數(shù)字射線成像進行研究,為建立渦輪葉片的CR檢測工藝研究提供參考。1成像板與熒光物質(zhì)顆粒微觀結(jié)構(gòu)的差異CRx25P配套的成像板分IPU和IPS兩種型號。IPU是超高分辨率成像板,成像板表面為藍色。IPS是高分辨率成像板,成像板表面為白色。圖1為兩種成像板去除表面層后采用掃描電鏡對熒光物質(zhì)顆粒微觀結(jié)構(gòu)進行分析的結(jié)果。可以看出IPU成像板與IPS成像板的平均顆粒尺寸分別為1~2μm、3~5μm。最終圖像分辨率由成像板的分辨率和CR掃描儀的分辨率共同決定。射線CR檢測原理如下2x-cr技術(shù)透照葉身x射線檢測檢測對象選用精鑄某型高壓I級空心渦輪葉片(材料為鎳基高溫合金)。葉身是渦輪葉片的主要部分,包括前緣、后緣、葉盆和葉背4個部分,葉身的結(jié)構(gòu)組成見圖2。葉身的特點是形狀復(fù)雜、葉身扭曲,型面厚度變化大,靠前緣部分厚,靠后緣部分薄,該部位屬于典型的變截面工件。照相時X射線機為MG301(焦點尺寸為4mm),工業(yè)膠片為AGFAD4/D7。葉身的復(fù)雜形狀符合變截面工件X射線檢測特點,為了減少邊蝕散射,曝光參數(shù)的選取應(yīng)遵循高管電壓、大管電流、短曝光時間的原則。按照X射線技術(shù)卡規(guī)定,需要采用單膠片多次透照或雙膠片一次透照技術(shù)對葉身進行透照檢測。由于葉片的葉身部位截面厚度變化大,采用單膠片透照時,需要透照兩次,一次采用較低的管電壓透照靠后緣的較薄截面,另一次采用較高的管電壓透照靠前緣的較厚截面。為了提高檢測效率,采用雙膠片技術(shù)一次透照完成葉身的X射線檢測,在細顆粒膠片上觀察靠后緣的較薄截面,在快速膠片上觀察靠前緣的較厚截面。為了驗證射線CR技術(shù)是否能達到膠片照相工藝的技術(shù)指標(biāo)要求,射線機采用GE公司的ISOVOLT320hp(焦點尺寸為0.4mm),CR系統(tǒng)采用GE公司的CRx25P,激光束焦點尺寸為12.5μm,配套IPU成像板(更細顆粒,尺寸為75mm×180mm)和IPS成像板(細顆粒,尺寸為75mm×180mm),主要通過圖像灰度和像質(zhì)計靈敏度評價圖像質(zhì)量,像質(zhì)計靈敏度通過Ni絲型像質(zhì)計(HB7684-2000)評價。為了客觀評價像質(zhì)計靈敏度,對葉身進行射線檢測時,從透照靈敏度的角度考慮,無論透照葉片前緣還是后緣,葉盆一般向下放置,絲型像質(zhì)計應(yīng)識別絲號放置在葉身靠榫頭側(cè),且橫跨葉身,細絲朝外,評片時采用4倍放大觀察影像。配合AppleA1316(27英寸彩色液晶顯示器,支持2560×1440分辨率)和圖像評片軟件可進行缺陷評定。3試驗結(jié)果與討論3.1高壓i級齒輪葉片cr成像結(jié)果根據(jù)X射線技術(shù)卡規(guī)定,一般采用雙膠片技術(shù)對葉身進行一次透照,膠片照相檢測工藝見表1。由于葉身屬于變截面工件,一般需要適當(dāng)提高管電壓來增大厚度寬容度。而采用射線CR成像檢測時,葉片的CR檢測工藝可以參考其膠片照相工藝。由于成像板的厚度寬容度不足以覆蓋葉身的厚度差,需要對葉身透照兩次,一次透照靠前緣的較厚截面,另一次透照靠后緣的較薄截面,兩次透照過程同時完成葉盆和葉背的檢測。本節(jié)中CR試驗用的葉片表面經(jīng)過拋光處理。圖3為采用IPU成像板對高壓I級渦輪葉片進行CR成像結(jié)果。圖3a為葉身靠前緣的較厚部位成像結(jié)果(圖像矩陣為3520×2504),可以識別16號絲,A點圖像灰度為13698,B點圖像灰度為15254。圖3b為葉身靠后緣的較薄部位成像結(jié)果(圖像矩陣為3696×3040),從圖3b中可以識別16號絲,C點圖像灰度為14483,D點圖像灰度為18347。由于該葉片的膠片照相檢測工藝要求像質(zhì)計靈敏度不低于15號絲,而前、后緣的像質(zhì)計靈敏度均達到了16號絲,滿足檢測工藝中靈敏度的要求。由于IPU成像板在25μm掃描模式下最大輸出圖像灰度為24570,而前緣選取的兩點中最小圖像灰度達到了最大輸出圖像灰度的55.7%,后緣選取的兩點中最小圖像灰度達到了最大輸出圖像灰度的58.9%,而D點達到了最大輸出圖像灰度的74.7%,滿足數(shù)字射線成像評片時圖像灰度的要求。由于成像板曝光后需要進行CR掃描儀讀取,IPU成像板的讀取時間為橫向讀取4min,豎向讀取1min46s,即成像板的讀取方向影響讀取時間,而試驗證明成像板讀取方向?qū)臻g分辨率幾乎沒有影響。因此,可以選擇豎向掃描節(jié)省讀取時間。圖4為采用IPS成像板對高壓I級渦輪葉片進行CR成像結(jié)果。圖4a為葉身靠前緣的較厚部位成像結(jié)果(圖像矩陣為1560×1478),可以識別15號絲,但無法識別16號絲,A3.2齒輪葉身x射線成像膠片照相的優(yōu)點在于檢測靈敏度高,在葉片檢測現(xiàn)場通常采用一次曝光多個葉片同時透照檢測,曝光效率高,這在基于平板探測器技術(shù)的射線DR檢測中難以實現(xiàn)。為了驗證IP板的一次透照多個葉片成像能力,將3個同類葉片沿球管管軸方向并排葉盆向下放置,間距約為20mm,其中葉片3的表面經(jīng)過拋光處理,其他葉片的表面未做拋光處理,成像板類型為IPU,采用表1中序號2的條件對葉片前緣進行曝光,采用表1中序號4的條件對葉片后緣進行曝光。圖5為采用IPU成像板對3個高壓I級渦輪葉片同時曝光后獲得的CR成像結(jié)果。圖5a為渦輪葉片葉身靠前緣的較厚部位成像結(jié)果,圖像矩陣為6992×3120。從圖5a可以看出,葉片1的像質(zhì)計影像可以識別16號絲,A由于該葉片的膠片照相檢測工藝要求像質(zhì)計靈敏度不低于15號絲,根據(jù)成像結(jié)果分析,3個葉片的前、后緣的像質(zhì)計靈敏度都達到了16號絲,滿足檢測工藝中靈敏度的要求。由于IPU成像板最大輸出圖像灰度為24570,前緣所有選取點中最小圖像灰度達到最大輸出圖像灰度的48.7%,灰度值最大點的圖像灰度達到最大輸出圖像灰度的67.1%,后緣所有選取點中最小圖像灰度達到最大輸出圖像灰度的49.0%,灰度值最大點的圖像灰度達到最大輸出圖像灰度的60.5%,滿足數(shù)字射線成像評片時圖像灰度的要求。葉盆與葉背部位的缺陷檢測可以綜合兩次成像結(jié)果完成。因此,綜合像質(zhì)計靈敏度和圖像灰度分析,可以采用IPU成像板對3個葉片葉身進行數(shù)字射線成像檢測。為了驗證IP板的一次透照多個葉片(多排多列)的成像能力,根據(jù)成像板的寬度,取4個渦輪葉片,所有葉片按2行2列葉盆向下放置,其中葉片4的表面經(jīng)過拋光處理,其他葉片的表面未做拋光處理。成像板類型為IPU,曝光工藝參數(shù)見表2。與表1中參數(shù)相比,由于單個葉片試驗時葉片表面經(jīng)過拋光處理,與表面未拋光處理葉片相比,厚度更小。因此,表2中曝光時間分別延長10s以保證圖像灰度達到最佳。圖6為采用IPU成像板對4個高壓1級渦輪葉片同時曝光后獲得的CR成像結(jié)果。圖6a為渦輪葉片葉身靠前緣的較厚部位成像結(jié)果,圖像矩陣為6600×6180。從圖6a可以看出,葉片2和3的像質(zhì)計影像都可以識別16號絲,A4葉身曝光時間及曝光參數(shù)(1)X射線機為ISOVOLT320hp(焦點尺寸為0.4mm),焦距為1000mm時,渦輪葉片表面拋光處理葉身前緣的最佳曝光參數(shù):管電壓為140kV;管電流為3mA;曝光時間為105s。后緣的曝光參數(shù):管電壓為135kV;管電流為3mA;曝光時間為75s。渦輪葉片表面未拋光處理葉身前緣的最佳曝光參數(shù):管電壓為140kV;