沈俊

摘 要：由于 TRENT700 发动机进厂修理的间隔太长，为了减少发动机在高速运行期间出现的风扇叶片断裂事件，要求NDT检测人员在不超出6000使用循环数的前提下利用超声波相控阵进行检查。此方法可以探测到风扇叶片翼型表面下的异常，以降低空停或不正常事件的几率。本文就发动机风扇叶片相控阵技术的操作方法展开探讨。

关键词：超声相控阵技术；风扇叶片；操作步骤

1超声波相控阵的基本原理：

超声波相控阵，简单地说就是将多个超声波单探头有机排列在一起使用，利用计算机技术控制每个晶片的激发顺序，对工件进行超声波扫查。基于其对每个探头的激发可以精确控制，通过对每个单晶片激发顺序的调整还可以产生不同的方向，深度，聚焦点等。

2超声波相控阵检测的准备工作

所需设备器材：

相控阵检测设备套装；相控阵探测仪OmniScan mx2；超声偶合剂 OMat 655 （如下图1）

首先须检查弹性楔形块表面有无缺陷，整个楔形块表面必须没有气泡。然后检查楔形块罩底座，应该没有明显磨损，如发现楔形块两个前端底座的高小于18mm或者一个后端底座的高小于10mm，应立即更换该楔形块罩。将足够的耦合剂涂抹在楔形块与叶片表面上。

用四个螺钉将楔形块罩底座固定在相控探头上并确认完全拧紧。将探头连接到相控阵探测仪OmniScan2。

3超声波相控阵检测设备的标定

3.1系统检查

系统检查的目的：使用计量块来确认所有相控阵探头上的64个元件有一致的灵敏性。

计量块是一个200x120x6.5mm钛合金板。它包括六个壓模过的槽，以1mm为增量，深度从1mm到6mm。在6.5mm板片和1mm厚度压模过的槽间是一个5.5mm的梯阶。系统检查使用脉冲-回波信号，通过这5.5mm阶梯和相控阵探头上每一个元件，确保有一致的灵敏性。

执行系统检查步骤：

（1）依次按下触摸屏File - Setup – Open，选择RR_T700FB_Probe_Check.ops，按下Open。装载《RR_T700FB_Probe_Check.ops》系统文件。

（2）在楔形块前表面涂上耦合剂，探头放在计量块上，将楔形块置于5.5mm梯阶的上方。检查探头中是否有坏的元件，如果是坏的元件，则在屏幕中将显示成一行零信号的线。相邻的元件若是显示已坏，应该检查探头是否与相控阵仪Omni Scan连接正常以及螺钉固定是否牢固。

（3）按下Wizard -Calibration.。选择Type （Ultrasound），Mode （Sensitivity），按下Calibration。执行元件灵敏度检查。

（4） 在探头上施加一个稳定的压力，使楔形块罩底座的三条边紧贴计量块表面，将探头放置在5.5mm阶梯处沿直线平移，找到信号最强的点的位置。调节增益，使得来自所有元件的平均信号大约在50%屏幕刻度，增益大约为23dB。确认所有的信号在屏幕刻度40%的范围内。

（5） 按Cancel键，退出Calibration Wizard。

3.2探头校准程序

探头的灵敏性设置使用的是有长1.0mm，深0.5mm切口的计量块，其材料厚度为6mm。

（1）依次按下仪器触摸屏 File - Setup – Open，选择RR_T700FB_Frame_Scan.ops，仪器装载《RR_T700FB_Frame_Scan.ops》文件。

（2） 将探头放置在6mm深1.0x0.5mm的切口上方。在切口处将信号增到最大，改变增益，设置到最大信号100%屏幕刻度，增益应在27dB左右。增加3dB的增益，使接口门限被正确触发。

（3）按顺序移动探头经过剩下的5个压模过的槽切口。确认所有的切口能达到至少120%屏幕刻度的信号。如果有任何一个切口显示的信号小于120%屏幕刻度，楔形块和计量块间的耦合情况应作为重点检查对象来重新涂抹耦合剂。

4 安装在发动机上的风扇叶片具体检查步骤

（1）按照3.1完成系统检查

（2）按照3.2完成探头校准。

（3）将扫描架连接到第一片待检查的风扇叶片上，转动风扇使得叶片转到适合检查的位置并用叶片锁定片固定住风扇叶片。将风扇叶片支架定位，用固定夹分别置于风扇叶片根部和顶部的前缘并且对齐。夹紧固定夹，确认固定块紧贴叶片前缘然后拉出中间扳杆。

（4）手部滑动探头的同时观察S-SCAN屏信号变化以发现潜在的缺陷，仔细检查全部26片风扇叶片的正反两面。

5 扫查结果的判定

对于屏幕中显示任何信号高度大于刻度60%的叶片必须立即报废，详细记录每一片信号高度大于60%屏幕刻度的叶片的相关参数。

6 总结

相控阵检测设备套装涉及工装较多，还有许多小部件，在役检查时多为夜间，在光线不充足条件下容易造成工具丢失的情况，发动机作为最为重要的组成部分之一，工具的定位及管理显得尤为重要。

在每一片叶片扫描结束后，由于表面的杂质可能会划伤叶片表面，应及时去除积聚在探头表面及楔形块底座上的细沙等杂质。当风扇叶片全部检查完毕，应去除叶片表面之前涂抹的耦合剂，清洁叶片并确认所有叶片表面没有任何附着的灰尘，污垢或者油脂。

由于集成探头多角度的覆盖极大地提高了分辨率，改善了信噪比和灵敏度，更为突出的是相控阵检测仪的出现使检测人员观察到的图像更为直观，极大的提高了检测质量及检测效率。

作为前沿科技以及新兴产物，超声相控阵检查风扇叶片还有很多需要改进之处，比如探头的体积过于庞大，在很多狭小的空间无法使用，存在较多的局限性。而仪器本身须使用诸多文件的载入及参数设置，需要操作人员具备相当多的经验才能熟练掌握，这些都是阻碍相控阵检查大范围被使用的拦路虎，也将是今后研究的方向和重点。

参考文献：

[1] 民航无损检测人员资格鉴定与认证委员会 航空器超声检测[M]. 北京： 中国民航出版社，2009

[2] 全国锅炉压力容器无损检测人员资格考核委员会 超声波探伤[M]. 中国锅炉压力容器安全杂志社，1995