本發(fā)明屬于航空發(fā)動機鑄造空心渦輪葉片殘余型芯無損檢測范圍，具體為一種空心渦輪葉片型腔完全充水冷凍結(jié)冰后采用熱中子射線照相檢測殘余型芯。

背景技術(shù)：

隨著航空發(fā)動機空心渦輪葉片鑄造技術(shù)的不斷進步，葉片的外形和內(nèi)腔越來越復雜，葉片內(nèi)部具有復雜的冷卻通道，葉片的質(zhì)量要求也越來越高。制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，但葉片進行脫芯后，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)葉片的型腔上有型芯材料殘留，這種殘余型芯將阻礙冷卻通道，降低冷卻效果，并且殘余的陶瓷型芯在高溫下會與葉片發(fā)生化學反應，降低葉片的高溫抗蠕變能力，所以空心葉片在制造和使用后必須進行殘余型芯檢查。

射線檢測是異物檢測的主要手段，但常規(guī)X射線檢測方法檢測空心葉片殘余型芯時，其檢出能力與葉片厚度、材料、殘余型芯的材料、尺寸有關(guān)。葉片越厚，材料密度越大，殘余型芯材料密度越小，尺寸越小，殘余型芯越難被檢出。

檢測空心渦輪葉片殘余型芯比較可行的檢測方法有灌粉后進行X射線照相檢測的方法、標記法、中子射線照相法和工業(yè)CT方法。

空心渦輪葉片殘余型芯X射線灌粉檢測技術(shù)是將與葉片材料密度相同或相近的金屬粉(粒度大小為50μm-150μm)灌入空心葉片型腔中，型腔中有殘余型芯的部位就填不上粉，有金屬粉和殘余型芯之間對X射線的吸收差異較大，從而可以檢測出殘余型芯。美國TRW公司Clyde R.Honeycutt等在1969年US Patent 3624397D:A中提出了灌粉法檢測殘余型芯的思想。灌粉檢測技術(shù)中金屬粉的徹底清除是技術(shù)重點和難點，對于單晶葉片，若內(nèi)部殘留有金屬粉，殘留的金屬粉在高溫環(huán)境下可能導致再結(jié)晶，可能導致葉片壽命縮短等危害。

中子射線照相方法是渦輪葉片內(nèi)部檢測的常用方法，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，可以得到清晰的殘余型芯圖像。2012年，北京航空材料研究院利用中國工程物理研究院研制的反應堆中子成像系統(tǒng)，開展了航空發(fā)動機渦輪葉片殘余型芯檢測應用研究，在葉片陶瓷型芯中添加元素釓作為示蹤劑，獲得了質(zhì)量極佳的葉片殘余型芯圖像。

由于中子照射葉片后葉片存在殘余輻射，為了避免這種殘余輻射的影響，Remmers等在1992年US Patent 5242007中提出了一種基于標記法的X光檢測殘余型芯方法，采用鎢酸鈉溶液浸漬空心渦輪葉片，如葉片中含殘余型芯，鎢酸鈉將進入殘余型芯材料中，進入型芯內(nèi)部的鎢酸鈉將在隨后的處理程序中被保留下來，當用X光檢測葉片時，由于高原子序數(shù)元素鎢構(gòu)成的鎢酸鈉對X射線的吸收高于型芯材料，在X光的照射下得到清晰顯示。

與上述射線照相方法不同，工業(yè)CT以三維成像的方法重構(gòu)渦輪葉片的整體結(jié)構(gòu)，可應用于葉片型腔殘余型芯的檢測，現(xiàn)有實驗表明，工業(yè)CT可以發(fā)現(xiàn)0.2mm-0.5mm厚的殘余型芯。但工業(yè)CT方法檢測效率低，檢測成本高，不適合大批量葉片快速檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：設(shè)計一種不同于已有方法的空心渦輪葉片殘余型芯熱中子射線照相檢測方法，用于航空發(fā)動機渦輪葉片脫芯后的殘余型芯檢測。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種空心渦輪葉片殘余型芯中子射線照相檢測方法，該方法包括蒸餾水的制作、塑料盛水容器、空心渦輪葉片完全浸入蒸餾水中、冷凍室完全冷卻結(jié)冰、表面冰清除、空心渦輪葉片中子射線照相、空心渦輪葉片解凍和干燥處理，其特征在于步驟如下：

（1）對純凈水進行蒸餾得到蒸餾水，通過蒸餾減少水中的雜質(zhì)，用帶壓力閥門的盛水容器收集蒸餾水。

（2）通過壓力閥門將蒸餾水輸送到塑料盛水容器，塑料盛水容器內(nèi)含多個水槽，水槽深度以葉片平放高度的2-3倍為準，水槽水位達到2/3滿。

（3） 將多個空心渦輪葉片分別平放浸入不同的水槽中，保證每個葉片能完全浸入蒸餾水中，浸水時間5-10min。

（4）將塑料盛水容器送入冷凍室進行冷卻結(jié)冰，冷凍溫度為零下10-30度，冷凍時間為蒸餾水完全結(jié)冰時間的2倍以上。

（5）從冷凍室取出塑料盛水容器，取下葉片和冰塊，采用鋸齒刀具清除葉片表面冰塊，并用干燥吸水布清理葉片表面水跡，這樣空心渦輪葉片的冷卻通道填滿了冰，如果有殘余型芯，冷卻通道填充物為冰和殘余型芯材料。

（6）對空心渦輪葉片進行熱中子射線照相，如果葉片內(nèi)部有殘余型芯，由于殘余型芯對熱中子射線的衰減很小，葉片基體材料對熱中子射線的衰減較大，而冰(H₂O)對熱中子射線的衰減最大，這樣，與正常情形相比，有殘余型芯的部位透射過來的熱中子射線強度更大，有殘余型芯的部位在影像上不同于其它正常部位。

（7）中子射線照相結(jié)束后，將葉片置于較高溫度環(huán)境中解凍和干燥處理。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：(1) 與灌粉法相比，不存在金屬粉需要完全清除的問題，(2) 與中子射線照相法相比，因不摻雜釓等示蹤劑，中子射線照射后葉片殘余輻射更小，(3) 與標記法相比，沒有復雜的操作工序，(4) 與工業(yè)CT法相比，可以批量一次檢測，檢測效率更高，(5) 操作簡單，殘余型芯檢出率更高。

附圖說明

圖1為空心渦輪葉片批量處理塑料水槽設(shè)計示意圖。

圖2為空心渦輪葉片外形結(jié)構(gòu)與截面示意圖。

圖3為冷卻通道殘留殘余型芯充水冷卻結(jié)冰后截面示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述，包括如下步驟：

(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) 對純凈水進行蒸餾得到蒸餾水，用帶壓力閥門的盛水容器收集足夠的蒸餾水。

(3) 準備一個塑料盛水容器，內(nèi)含多個水槽，單個水槽長度為葉片長度的1.2倍，寬度為葉片寬度的1.2倍，深度為葉片平放高度的2-3倍，通過壓力閥門將蒸餾水輸送到塑料盛水容器的多個水槽中，水位達到2/3滿。

(4) 將多個空心渦輪葉片分別平放浸入不同的水槽中，保證每個葉片1能完全浸入蒸餾水中，浸水時間控制在5-10min，保證葉片冷卻通道完全充滿水。

(5) 將塑料盛水容器整體送入冷凍室進行冷卻結(jié)冰，冷凍溫度為零下10-30度，冷凍時間為蒸餾水完全結(jié)冰時間的2倍以上。

(6) 從冷凍室取出塑料盛水容器后，取下葉片和冰塊，采用鋸齒刀具清除葉片表面冰塊，不能損壞型腔冰塊，并用干燥吸水布充分清理葉片表面冰屑和水跡，清理過后只有空心渦輪葉片的冷卻通道3填滿了冰。如果冷卻通道殘留有殘余型芯，冷卻通道填充物為冰4和殘余型芯材料5。

(7) 對清理后的空心渦輪葉片進行熱中子射線照相，如果葉片內(nèi)部有殘余型芯，由于殘余型芯5(氧化鋁)對熱中子射線的衰減很小，葉片基體材料2(鎳基高溫合金)對熱中子射線的衰減較大，而冰4(主要成分為H₂O，密度略小于液態(tài)水)對熱中子射線的衰減最大，熱中子射線照相后有殘余型芯的部位在影像上明顯不同于其它正常部位，一般呈現(xiàn)暗斑和亮斑，從而實現(xiàn)殘余型芯的檢測，三種主要物質(zhì)的熱中子線衰減系數(shù)見下表。

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系數(shù)

(8) 熱中子射線照相結(jié)束后，按規(guī)定操作將葉片置于較高溫度環(huán)境中解凍和干燥處理。