一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法技术

本发明专利技术属于特种加工技术领域，涉及一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，包括以下步骤：电火花制孔过程中实时调节脉冲电源输出电压周期，在电压波形中附加预设的频率成分，且随时间进行预设的变化；利用声音传感器采集涡轮叶片和电极之间火花放电产生的声波，对声音信号进行频谱分析，若检测到预设频率成分的子带能量超过特定的阈值，且随时间进行预设的变化，则判定为贯穿状态；若检测到预设频率成分的子带能量超过特定的阈值，但没有进行预设的变化，则判定存在干扰；否则判定为非贯穿状态。该涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，解决了涡轮叶片，特别是双层壁叶片电火花制孔的对壁损伤和盲孔问题，提高叶片制孔质量和合格率。提高叶片制孔质量和合格率。提高叶片制孔质量和合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法


[0001]本专利技术属于特种加工
，涉及一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方 法。

技术介绍

[0002]气膜冷却技术是沿零件表面喷射冷却气体形成气膜，使零件表面与高温介 质隔开，从而起到隔热散热的作用，已广泛应用于航空发动机的涡轮叶片，以 保证其在高于叶片材料熔点的环境温度下可靠工作。气膜冷却技术实现的关键 在于气膜孔的加工，由于涡轮叶片采用的铸造高温合金属于难加工材料，且气 膜孔具有孔径小、深径比大、倾角大的特点，目前国内外广泛采用电火花制孔 工艺进行气膜孔的加工。
[0003]电火花制孔利用涡轮叶片和电极之间的火花放电对叶片材料进行蚀除，从 而加工出气膜孔。加工过程中电极会发生损耗，使其长度变短，且电极损耗受 多种因素影响，因此无法准确预测加工过程中气膜孔何时贯穿。气膜孔的出口 位于涡轮叶片内腔，若在孔贯穿后没有及时停止加工，会使涡轮叶片内腔出现 对壁损伤，降低叶片的服役寿命，甚至造成叶片报废，因此需要在电火花制孔 过程中实时进行贯穿检测。目前电火花制孔贯穿检测均采用基于电信号、电极 运动以及内冲液压力的检测方法，可有效防止涡轮叶片内部间隙1mm以上部位 的对壁损伤。2020年，本人提出基于声音信号的涡轮叶片电火花制孔贯穿检测 方法，在理论上验证了利用声音信号进行贯穿检测的可行性。然而，该方法存 在机床运行和厂房环境干扰对检测结果影响较大的问题，可靠性较差，尚不具 备实用性。
[0004]随着航空发动机涡轮前温度的不断提升，双层壁作为一种高效的冷却结构， 是新一代航空发动机的重要发展方向。一种双层壁叶片气膜孔结构如图2所示。 其外层壁200上需要加工气膜孔100，气膜孔100出口与内侧壁300距离较近， 某些部位间隙小于1mm。目前的基于电信号、电极运动以及内冲液压力的贯穿 检测方法受电火花加工放电状态和孔形的影响较大，在双层壁叶片的制孔过程 中极易出现漏检和误检，造成对壁损伤和盲孔。例如某型航空发动机双层壁高 压涡轮导向叶片电火花制孔后出现大量对壁损伤，叶片批次性报废，已成为该 型发动机涡轮叶片研制的瓶颈问题。因此，研究一种新型涡轮叶片电火花制孔 的贯穿检测方法，避免对壁损伤和盲孔，提升叶片制孔合格率，是目前涡轮叶 片特种加工领域亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是：提供一种新型涡轮叶片电火花制孔的贯穿检测方法，避 免对壁损伤和盲孔，提升叶片制孔合格率，特别是针对双层壁高压涡轮导向叶 片的贯穿检测。
[0006]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、电火花制孔过程中实时调节脉冲电源输出电压周期，在电压波形 中附加预设的频率成分，且随时间进行预设的变化；
[0009]步骤二、利用声音传感器采集涡轮叶片和电极之间火花放电产生的声波， 对声音
信号进行频谱分析，若检测到预设频率成分的子带能量超过特定的阈值， 且随时间进行预设的变化，则判定为贯穿状态；若检测到预设频率成分的子带 能量超过特定的阈值，但没有进行预设的变化，则判定存在干扰；否则判定为 非贯穿状态。
[0010]所述步骤一具体为：
[0011]设脉冲电源输出电压的原周期为T0，将加工过程中的每个检测周期t0分 为n个时间段tn，将每个所述时间段tn内输出电压周期调整为 T＝T0+ΔTsin(2πft)，其中f＝f1或f2是所述预设的频率成分，在每个所述时间段tn内保持不变，在每个检测周期t0内进行所述预设的变化，ΔT是所述输出电 压周期的变化幅值。
[0012]所述步骤二具体为：
[0013]在每个所述时间段tn内分别计算频率范围f1
±
Δf和f2
±
Δf内的子带能量SE1 和SE2，若在一个所述检测周期t0内每个所述时间段tn均满足SE1+SE2≥SE0， 且同时满足当所述时间段内f＝f1时满足SE1
‑
SE2＞0，当所述时间段内f＝f2时 满足SE1
‑
SE2＜0，则判定为贯穿状态；若在一个所述检测周期t0内每个所述 时间段tn均满足SE1+SE2≥SE0，但不满足当所述时间段内f＝f1时满足SE1
‑
SE2 ＞0，当所述时间段内f＝f2时满足SE1
‑
SE2＜0，则判定存在干扰；否则为判定 非贯穿状态。
[0014]所述脉冲电源输出电压周期T、时间段tn、预设的频率成分f1和f2始终应 满足100/tn＜f1＜f2＜0.5/T，且f1、f2与机床运行和厂房环境干扰频段不重合。 若存在环境干扰，则实时调整预设频率f1和f2，消除干扰。
[0015]所述脉冲电压的输出波形为方波。
[0016]所述声音传感器为心型指向，传感方向指向叶片加工区域，减小其他方向 的干扰。
[0017]所述采集涡轮叶片和电极之间火花放电产生的声波包括可听声和超声。
[0018]步骤一之前还包括以下步骤：
[0019]开始加工后，电极进给一定距离完成气膜孔入口的加工，然后开启贯穿检 测系统；加工气膜孔入口时脉冲电源输出电压周期为恒定值T0。加工距离为目 前常规的经验设置。
[0020]步骤二之后还包括以下步骤：
[0021]若判定为贯穿状态，电极进给一定距离完成气膜孔出口的加工，然后关闭 脉冲电源，结束该气膜孔的加工。加工距离为目前常规的经验设置。
[0022]特别地，所述涡轮叶片为双层壁高压涡轮导向叶片。
[0023]本专利技术的有益效果是：本专利技术的涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，通过 调节脉冲电源的输出电压，间接在火花放电产生的声音信号中附加预设的信息， 通过改变脉冲电源输出电压周期，调节加工过程中火花放电的时长和频次，间 接在火花放电产生的频率成分，通过对该频率成分及其变化情况的检测可准确 判定检测信号是否为火花放电所产生，从而消除机床运行和厂房环境干扰对检 测结果的影响。有效提高基于声音信号的贯穿检测系统的可靠性，解决了涡轮 叶片，特别是双层壁叶片电火花制孔的对壁损伤和盲孔问题，提高叶片制孔质 量和合格率。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例的涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法流程图；
[0025]图2是现有的一种典型的双层壁叶片气膜孔结构示意图；
[0026]图3是电火花制孔对壁损伤示意图；
[0027]图4是本专利技术一实施例的气膜孔入口加工状态示意图；
[0028]图5a是本专利技术一实施例的贯穿检测状态示意图；
[0029]图5b是本专利技术一实施例的贯穿状态示意图；
[0030][0031]其中：100
‑
气膜孔；200
‑
叶片外层壁；300
‑
叶片内层壁；400
‑
电极；500
‑
脉 冲电源；600
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，其特征在于：所述涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法包括以下步骤：步骤一、电火花制孔过程中实时调节脉冲电源输出电压周期，在电压波形中附加预设的频率成分，且随时间进行预设的变化；步骤二、利用声音传感器采集涡轮叶片和电极之间火花放电产生的声波，对声音信号进行频谱分析，若检测到预设频率成分的子带能量超过特定的阈值，且随时间进行预设的变化，则判定为贯穿状态；若检测到预设频率成分的子带能量超过特定的阈值，但没有进行预设的变化，则判定存在干扰；否则判定为非贯穿状态。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，其特征在于：步骤一具体如下：设脉冲电源输出电压的原周期为T0，将加工过程中的每个检测周期t0分为n个时间段tn，将每个所述时间段tn内输出电压周期调整为T＝T0+ΔTsin(2πft)，其中f＝f1或f2是所述预设的频率成分，在每个所述时间段tn内保持不变，在每个检测周期t0内进行所述预设的变化，ΔT是所述输出电压周期的变化幅值。3.根据权利要求1所述的涡轮叶片电火花制孔贯穿检测方法，其特征在于：步骤二具体如下：在每个所述时间段tn内分别计算频率范围f1
±
Δf和f2
±
Δf内的子带能量SE1和SE2，若在一个所述检测周期t0内每个所述时间段tn均满足SE1+SE2≥SE0，且同时满足当所述时间段内f＝f1时满足SE1
‑
SE2＞0，当所述时间段内f＝f2时满足SE1
‑
SE2＜0，则判定为贯穿状态；若在一个所述检测周期t0内每个所述时间段tn均满足SE1+SE2≥SE0，但不满足当所述时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁威，杨泽南，王祯，郑帅，张强，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：