涡轮盘是飞机发动机的关键构件,其运作在高应力、高转速,高载荷的严酷复杂环境下,即使存在微小缺陷和疲劳损伤都可能导致灾难性后果,因此对涡轮盘进行无损检测至关重要。理论和试验表明,工件中的裂纹在扩展到断裂的临界尺寸前仍然能够在原定载荷下服役到下一次检修,剩余寿命评价对构件的安全运转具有重要作用。剩余寿命的评价方法不仅需要检出缺陷,更需要对缺陷在每个阶段的尺寸变化进行精确定量,这对无损检测的方法提出了更高的要求。传统的超声检测使用的单晶探头检测范围小、声束能量低,对航空涡轮盘中微小缺陷的检测精度不足。超声相控阵检测技术以其具有聚焦、偏转、能量高和多种显示模式的检测优势,近年来被广泛应用在航空涡轮盘的无损检测中。然而,航空涡轮盘件组织结构、几何形状、材料属性复杂均导致超声相控阵检测技术存在问题。因此,改善超声相控阵的声场控制模式以提高检测能力,探求超声相控阵新的定量方法以提高定量精度是航空涡轮盘超声相控阵检测的研究重点,据此开展以下3方面的研究工作:第一,对超声相控阵检测参数进行了优化配置。通过试验方法对比分析了探头频率、阵元数、耦合方式、耦合剂对涡轮盘相控阵检测图像质量的影响。给出了涡轮盘超声相控阵检测参数最优设置法则,并据此指导涡轮盘超声相控阵扇形扫查检测以及C扫描成像检测试验。第二,开展了自定义聚焦的声场控制方法研究。设计了超声相控阵检测声场的三种自定义聚焦模式,并建立相应的有限元模型分析聚焦声场分布特性及其影响因素。将自定义聚焦方案应用在航空钛合金试样的检测试验中,并对比分析了常规聚焦方式与自定义聚焦模式的检测效果。第三,给出窄槽(面型缺陷)超声相控阵检测的高精度定量方法。在获得清晰的面型缺陷衍射波图像的基础上,提出基于衍射波图像的面型缺陷取向及尺寸的测量方法,并对比常规脉冲法的测量结果。综上,超声相控阵检测参数的优化配置研究、面型缺陷的定量方法研究以及相控阵聚焦声场的控制方法研究能够提高超声相控阵检测能力、成像质量以及定量精度。对超声相控阵的实际工业检测具有指导性意义。