火箭发动机推力室焊缝缺陷的检测方法技术

本申请涉及焊接技术领域，尤其涉及火箭发动机推力室焊缝缺陷的检测方法

【技术实现步骤摘要】
火箭发动机推力室焊缝缺陷的检测方法、装置及电子设备


[0001]本申请涉及焊接
，尤其是涉及一种火箭发动机推力室焊缝缺陷的检测方法
、
装置及电子设备
。

技术介绍

[0002]目前，随着航天技术的不断提升，航天器发动机技术得到了快速发展
。
液体火箭发动机广泛应用于运载火箭和航天器上
。
与固体火箭发动机相比，液体火箭发动机具有工作时间长
、
比冲高
、
推力矢量易于控制和可重复启动等优点
。
液体火箭发动机主要由推力室
、
推进剂供应系统
、
控制系统及发动机总装元件等部分组成
。
推力室能够将液体推进剂的化学能转化为喷气动能，并产生推力的组件
。
发动机推力室结构主要由头部
、
身部
(
燃烧室
、
喷管
)、
喷管延伸段和总装支架等组成
。
推力室身部是发动机推力室必不可少的部件，其结构为拉瓦尔面型结构，通常由圆柱段
、
收缩段和扩张段构成
。
推力室身部中的燃烧室主要负责将燃料进行混合燃烧，生成高温高压燃气，燃气通过收缩段加速排出，获得反推力
。
[0003]为了承受燃气的高温，燃烧室一般采用再生冷却技术
。
该燃烧室通常在内壁的外表面铣槽形成冷却通道，然后将内外壁装配到一起，对每一处加筋区域和外壁通过钎焊形成焊缝，内外壁通过焊缝相连接
。
为将各个冷却通道彼此隔离，要求铣槽内壁与外壁在焊缝处具有良好的力学连接性能，形成数百个封闭的管型通道
。
由于冷却通道内流动的冷却剂压力远高于燃烧室内部的燃气压力，铣槽内壁和外壁在焊缝处容易出现脱焊以及裂纹萌生的现象
。
两种缺陷均会降低内外壁之间的连接强度，引起液体串流，造成燃烧室身部的局部结构失稳
、
撕裂，严重的甚至会导致发动机冷却失效
、
喷管烧毁
、
飞行任务失败
。
[0004]目前常见的针对铣槽内壁和外壁脱焊缺陷的无损检测方式有三种
。
第一种无损检测方式采用超声检测内部的脱焊缺陷
。
该方法的原理是利用超声在物体内传播时，物体内部结构对入射声波产生反射
、
散射及折射，通过对反射
、
透射信号的提取和分析，对物体内部结构和缺陷进行判断
。
该方法在实际检测中一般把超声探头布置在燃烧室的外壁上进行逐点检测，以自发自收的方式产生和接收超声信号
。
当界面存在脱焊情况时，超声体波经过脱焊区域时会产生由脱焊缺陷引起的反射回波信号并被超声探头接收，进而确定脱焊缺陷的位置
。
第二种无损的检测方式为对推力室身部的侧壁使用
X
射线进行拍照检测
。
该检测方法的原理是当射线入射到工件内部，若工件内部存在缺陷，缺陷与工件本身材质密度不同，使透射射线强度发生变化，采用胶片记录或探测器记录透射射线强度的变化，即可对工件内部缺陷进行检测
。
该方法在实际检测时，在燃烧室外壁粘贴胶片，利用
X
射线探伤机在推力室中心进行透照，得到冲洗后的胶片以确定每一个界面焊接状况
。
第三种检测方法为激光全息检测
。
该方法的原理是对物体施加一定的载荷，物体在外界载荷的作用下发生表面变形，有内部缺陷的部位与周围部位对应的表面变形量不同
。
应用全息干涉计算方法，将不同的表面变形量转换为光强表示的干涉条纹并用感光介质记录下来，存在缺陷的部位会产生畸变的干涉条纹，由此可以对产品内部钎焊的焊接情况进行评估
。
[0005]然而，上述常用的针对内外壁之间焊缝的脱焊缺陷的无损检测手段仍存在一定的
不足
。
具体地，传统的超声检测手段使用脉冲
‑
回波法进行检测时，通常将超声探头布置于燃烧室侧壁上，利用体波对焊缝进行逐点检测
。
由于燃烧室外壁存在曲率，同时，在焊接区域的外壁上会形成因焊接导致的局部凸起，因此探头在外壁上不易精确定位
、
定向，导致在侧壁上布置探头的方式不易判断焊接质量
。
此外，该检测方式需要在外壁上逐点进行检测，检测效率很低
。
利用
X
射线进行检测时，由于燃烧室内壁存在较多的铣槽，同时，燃烧室沿轴线方向呈现先收缩后扩张的拉瓦尔面型结构，结构较为复杂，导致
X
射线在结构中传播时存在大量散射，在胶片上很难对焊缝等更细微的结构进行精确成像，不易判断焊接质量
。
此外，该方法的检测成本高
、
检测效率低
。
激光全息检测需要有专用的减振
、
遮光的检测实验室，对检测环境的要求高，对加载方式要求高，检测影响因素复杂
。
激光全息检测需要对结构加载，载荷引起的结构变形会不满足结构尺寸精度要求
。
此外，经过检测后，结构内会存在残余应力
、
降低结构的力学性能，如刚度
、
稳定性等
。
[0006]因此，亟需一种火箭发动机推力室焊缝缺陷的检测方法
、
装置及电子设备，在一定程度上以解决现有技术中的技术问题
。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于提供一种火箭发动机推力室焊缝缺陷的检测方法
、
装置及电子设备，以在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题
。
[0008]本申请提供了一种液体火箭发动机的焊缝缺陷检测方法，所述焊缝缺陷检测方法适用于焊缝缺陷检测装置，所述焊缝缺陷检测装置包括激励组件，所述激励组件包括通讯连接的发射模块和接收模块；所述焊缝缺陷检测方法包括：将激励组件用于具有焊缝缺陷的已知件，通过所述发射模块向所述已知件的焊缝正常位置处激励超声信号，利用所述接收模块捕获多种导波模式组；
[0009]所述焊缝缺陷检测方法中的所述激发步骤之后包括以下步骤：
[0010]分析筛选步骤：对所述接收模块捕获到的沿不同方向激励得到的多种导波模式用于具有焊缝缺陷的已知件中，将能够判断所述已知件的焊缝缺陷位置且满足筛选判据的所述导波模式标定为目标导波模式；
[0011]检测步骤：用所述目标导波模式检测待测件，以检测并确定所述待测件的缺陷位置
。
[0012]在上述技术方案中，进一步地，所述激发步骤包括以下步骤：
[0013]计算激励组件数量步骤：根据公式
(1)
计算相邻所述激励组件沿周向的弧长；
[0014][0015]其中，
l
表示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种火箭发动机推力室焊缝缺陷的检测方法，所述焊缝缺陷的检测方法适用于焊缝缺陷检测装置，所述焊缝缺陷检测装置包括激励组件，所述激励组件包括通讯连接的发射模块和接收模块；所述焊缝缺陷检测方法包括：激发步骤
:
将激励组件用于具有焊缝缺陷的已知件，通过所述发射模块向所述已知件的焊缝正常位置处激励超声信号，利用所述接收模块捕获多种导波模式组；其特征在于，所述焊缝缺陷检测方法中的所述激发步骤之后包括以下步骤：分析筛选步骤：对所述接收模块捕获到的沿不同方向激励得到的多种导波模式用于具有焊缝缺陷的已知件中，将能够判断所述已知件的焊缝缺陷位置且满足筛选判据的所述导波模式标定为目标导波模式；检测步骤：用所述目标导波模式检测待测件，以检测并确定所述待测件的缺陷位置
。2.
根据权利要求1所述的火箭发动机推力室焊缝缺陷的检测方法，其特征在于，所述激发步骤包括以下步骤：计算激励组件数量步骤：根据公式
(1)
计算相邻所述激励组件沿周向的弧长；其中，
l
表示相邻所述激励组件沿周向的弧长；
λ
为激励超声信号的波长；
d
表示燃烧室直径；
n
为燃烧室端面结构单元数量；
h
为燃烧室壁厚；根据公式
(2)
计算所述激励组件的数量：其中，
N
表示所述激励组件的数量，
L
为所述已知件沿其轴向截面的周长；激励位置排布步骤：将
N
个所述激励组件按照
l
间距排布于所述已知件的轴向截面；设置激励方向步骤：通过
N
个所述激励组件中的
N
个所述发射模块分别沿所述已知件的周向
、
径向以及轴向激励超声信号；导波模式组捕获步骤：对于沿所述已知件的轴向传播的导波，所述接收模块根据粒子振动方向能够捕获到沿轴向激励产生的
L(a,b)
类纵波模式组
、
沿周向激励产生的
T(c,d)
类扭转波模式组以及沿径向激励产生的
F(e,f)
类弯曲波模式组，其中
a,b,c,d,e,f
均为整数，
a
和
c
均大于等于0，
b,d,f,e
均大于等于
1。3.
根据权利要求1所述的火箭发动机推力室焊缝缺陷的检测方法，其特征在于，所述分析筛选步骤包括以下步骤：将沿周向激励产生的类
T(0,1)
模式的导波
、
沿径向激励产生的类
F(1,1)
模式的导波以及沿轴向激励产生的类
L(0,1)
和类
F(1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：余旭东，张子健，刘博涵，周昊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：