FGH96、FGH97粉末盘的无损检测

FGH96、FGH97粉末盘的无损检测

董德秀;熊瑛;刘怀南;张传明

【摘要】Through the studying of NDT methods used for FGH96 and

FGH97 powder Nickel-based superalloy turbine disk and labyrinth disk,the ultrasonic inspection and fluorescent particle inspection processes have been determined for the powder disks.The inspection results prove that

the alloy made by hot isostatic pressing（HIP）＋forging is more suitable for exposing indications with ultrasonic inspection,while the alloy made by direct HIP is good for indicating flaws with fluorescent particle inspection.%通过对FGH96粉末、FGH97粉末镍基高温合金涡轮盘、篦齿盘无损检测方法研究,确定了粉末盘超声检测和荧光检测工艺。通过检测结果研究发现,热等静压＋锻造态合金有利于超声检测,并发现了缺陷显示;直接成型热等静压态合金有利于荧光检测,并发现了缺陷显示。

【期刊名称】《无损检测》

【年(卷),期】2012(034)005

【总页数】5页(P76-80)

【关键词】粉末盘;超声波检测;荧光检测

【作者】董德秀;熊瑛;刘怀南;张传明

【作者单位】黎明航空发动机集团公司,沈阳110043;黎明航空发动机集团公司,沈阳110043;黎明航空发动机集团公司,沈阳110043;黎明航空发动机集团公司,沈阳110043

【正文语种】中文

【中图分类】TG115.28

粉末高温合金特点为晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高、屈服强度高、疲劳性能好，是制造高推比新型发动机涡轮盘、篦齿盘等最佳材料，我国某型号发动机就用到了粉末材料（FGH96、FGH97）。涡轮盘、篦齿盘是飞机发动机

的关键件，在高温工作环境下承受更高的载荷，工作条件十分苛刻，同时粉末盘的缺点是导致疲劳断裂的临界缺陷尺寸微小，也就是说微小缺陷也将严重影响零件的使用性能，甚至造成灾难性的后果［1]。因此采用先进的无损检测技术对粉末涡轮盘、篦齿盘进行质量控制，保证零件的安全使用，具有非常重要的意义。

1 粉末盘的无损检测标准

资料表明，粉末高温合金中的缺陷有三种，即原始颗粒边界、热诱导孔洞和非金属夹杂物，其中原始颗粒边界和热诱导孔洞可通过改进工艺得到解决，但夹杂物通过现有的粉末制造和处理工艺不能完全消除［2]，因此需要采用无损检测方法进行控制，即要求无损检测技术将验收标准规定的缺陷可靠地检测出来。验收标准是建立在损伤容限理论基础上，损伤容限理论认为任何结构都存在缺陷，只要这些缺陷不超过某一容许尺寸，结构就是安全的［1]。文中的FGH96粉末涡轮盘按设计规定，超声检测标准φ0.4 mm－15 dB当量（约φ0.2 mm），荧光检测标准不允许任

何缺陷；对于FGH97粉末篦齿盘，超声检测标准为φ0.8 mm当量平底孔，荧光检测标准为夹杂物缺陷尺寸0.2 mm，数量不超过3个。

2 粉末盘的超声检测方案

粉末零件缺陷特点是尺寸小。为了检测粉末零件中的微小缺陷，关键是提高小缺陷超声反射信号幅度和信噪比。如何实现既能提高小缺陷反射幅度，同时又能提高信

噪比？采用水浸聚焦探头、高的检测频率是途径之一。这是因为聚焦声束在焦区能量高度集中，声压明显提高，因而小缺陷反射幅度高；声束穿过的基体材料体积较小，相应引起的散射噪声也较小，使得信噪比较好。但不同聚焦探头参数不同，为了保证零件全厚度范围的检测灵敏度，超声检测工艺参数的制订至关重要。

2.1 对比样件的选择与制作

超声波检测对比样件是指检测特定试件用的试块，是调整仪器的灵敏度、评定缺陷大小的重要依据。按照超声检测标准的要求，超声波检测对比样件的透声性、声速和声阻抗应与被检查件相同或相近。FGH97粉末篦齿盘对比样件的材料及制造工

艺与ЭП741－НП粉末盘相近，因此FGH97粉末篦齿盘对比样件的材料从成品

ЭП741－НП粉末盘上切取。对比样件平底孔直径φ0.8 mm，其加工制作和鉴定由北京航空材料研究院完成；FGH96粉末涡轮盘的对比样件材料及制造工艺与Rene88粉末材料相近，故FGH96粉末高涡盘采用Rene88材料1号平底孔试块，平底孔直径为φ0.4 mm。

2.2 超声检测系统

为了提高粉末盘超声检测精度及稳定性，课题组采用目前世界上最先进的LS200

超声水浸检测系统，如图1所示。该系统检测过程完全由计算机程序控制，检测

可同时给出超声A，B和C扫描数据，这三种记录方式均可存储，随时调用。图2为某粉末涡轮盘的超声A，C扫描图。从图中可以清晰、直观地看到缺陷在整个涡轮盘上的分布情况，通过超声A扫描可精确地给出缺陷埋深和当量尺寸。

图1 LS200水浸超声检测系统

2.3 探头的选择

FGH96涡轮盘成形工艺为热等静压＋包套锻造，盘件的组织特点晶粒细小，晶粒

度约为ASTM10级；FGH97篦齿盘采用热等静压直接成形，组织特点相对

FGH96涡轮盘粗，晶粒度约为ASTM6～8级。为了检出粉末盘中微小缺陷，可提高探头的检测频率，但对于给定的零件，选择检测用频率应是穿透力和分辨力的最佳折衷。由于粉末材料较贵重，粉末零件余量相对较小，考虑探头近表面分辨力及厚大部位零件的穿透力，探头晶片直径选择10 mm和25 mm；考虑FGH96涡轮盘较厚，最厚部位尺寸为155 mm，FGH97篦齿盘晶粒组织相对较粗，故探头频率选择10 MHz；由于聚焦探头比非聚焦探头有更好的信噪比和检测小缺陷的能力（图3），因此选择聚焦探头；水浸检测一次底波应在二次界面波之前，且探头焦点放在零件的不同深度，因此应选择不同焦距的探头。具体参数见表1。

2.4 检测面的选择

为了提高粉末盘超声检测缺陷检出几率，将FGH96涡轮盘、FGH97篦齿盘的轴向及径向均作为超声检测面。

表1 超声波探头参数序号频率/MHz焦距/mm晶片直径/mm钢中焦柱长度/mm 焦点直径/mm 1 10 76 10 9 1.16 2 10 203 25 10 1.18 3 10 254 25 15 1.48 4 10 330 25 25 1.90 5 10 406 25 38 2.36

2.5 超声波检测区域的确定

传统高温合金超声波检测采用的是单个水浸聚焦探头，将探头焦点落在零件表面或某一深度区域，见图4（a）；而粉末盘的超声检测采用的是多个探头分区检测，即使每一个探头焦柱区落在零件的不同深度，这样零件全厚度范围超声检测均具有较高的检测灵敏度，如图4（b）所示。由于每个水浸聚焦探头焦距、焦柱长度不同，根据表1探头在钢中焦柱长度，确定了粉末盘超声检测区域为12.7 mm。

2.6 超声波检测灵敏度的确定

常规高温合金盘件水浸法超声波探伤灵敏度调节方法是，将水浸聚焦探头的焦点放