某型飛機多層結(jié)構(gòu)缺陷渦流檢測的頻率選取

孫金立,陳新波

(海軍航空工程學(xué)院青島分院,青島 266041)

某型飛機的機翼壁板采用三層鋁合金復(fù)合結(jié)構(gòu),由于地處沿海,腐蝕較為嚴重,而腐蝕缺陷一般出現(xiàn)在第三層與鋼結(jié)構(gòu)框架的結(jié)合面,平時維護中很難發(fā)現(xiàn)。隨著服役年限的增長,這種腐蝕越來越嚴重,對飛行安全構(gòu)成嚴重的威脅。低頻渦流檢測法是目前解決多層結(jié)構(gòu)腐蝕較為理想的方法,但其激勵(工作)頻率的選取是關(guān)鍵。以下以理論計算為基礎(chǔ),通過試驗,找出檢測機翼壁板腐蝕的最佳工作頻率。

1 滲透深度

渦流在被檢測表面下的滲透深度受到工作頻率f、材料的電導(dǎo)率σ和磁導(dǎo)率μr的影響：

式(1)表明滲透深度δ與頻率f的平方根成反比,f越小,δ越大。因此,檢測工件的表面缺陷(如疲勞裂紋)時可以采用較高頻率,檢測埋藏較深的缺陷時可采用較低的頻率。通常把工作在10 k Hz～1 MHz頻率范圍內(nèi)的渦流稱為高頻渦流;工作在100 Hz～10 k Hz頻率范圍內(nèi)的渦流稱為低頻渦流[2]。

2 參考試件制作

參考試件應(yīng)力求與被檢件一致,因此,從某型飛機機翼部位切割出幾何尺寸為200 mm×150 mm的壁板,厚度為 4.0 mm,其中,第一層厚度為1.0 mm,第二層和第三層均為1.5 mm。在第三層與鋼結(jié)構(gòu)框架的結(jié)合面上制作了直徑為15 mm的四個模擬腐蝕缺陷,深度分別為0.25,0.5,0.75和1.0 mm。然后,用結(jié)合螺栓加以固定,使之與原機上裝配狀態(tài)一致,如圖1。

3 工作頻率的選取

3.1 試驗設(shè)備

試驗設(shè)備如圖 2。儀器為德國產(chǎn)ELOTEST B320渦流檢測儀;渦流傳感器為PKA34-18腐蝕檢測探頭。

圖1 機翼壁板試塊

3.2 試驗數(shù)據(jù)

要使得渦流的穿透深度δ等于要檢測的深度[3],就要選擇合適的工作頻率。某型飛機機翼壁板厚度(即檢測深度)為4mm,材料為鋁合金,其電導(dǎo)率 σ約為14.74×106Ω-1?m-1,μr≈1,根據(jù)式(1)可得渦流檢測工作頻率f≈1 073 Hz。以此頻率值為參考,在試件上進行試驗。圖3是工作頻率f與靈敏度的對應(yīng)關(guān)系。

圖2 試驗設(shè)備

3.3 最佳頻率

由圖3可以看出,工作頻率從500 Hz～1 k Hz,四個模擬腐蝕缺陷的幅值都在增加;工作頻率由1～1.5 k Hz,深度為0.25和0.5 mm兩個模擬腐蝕缺陷的幅值在減小,而深度為0.75和1 mm兩個模擬腐蝕缺陷的幅值在增加。為了檢測不同深度的腐蝕,工作頻率在1 k Hz應(yīng)該是檢測該多層結(jié)構(gòu)腐蝕缺陷的最佳頻率。

4 實際應(yīng)用

針對該機型機翼壁板的檢測試驗研究,制訂了專門的無損檢測工藝,對在役的4架飛機進行了普查,發(fā)現(xiàn)了6處腐蝕缺陷。通過與參考試件的模擬缺陷比較,得出了當(dāng)量腐蝕深度,經(jīng)分解檢查,結(jié)果基本一致。檢查中發(fā)現(xiàn),該工作頻率的選取能保證比其它頻率的檢測靈敏度高,但現(xiàn)場檢測與試件檢測相比,靈敏度明顯降低,原因是夾層間有不同程度的分離以及夾層間有水分造成的。

5 結(jié)語

將低頻渦流檢測技術(shù)應(yīng)用于某型飛機機翼壁板三層鋁合金復(fù)合結(jié)構(gòu)的腐蝕缺陷檢測。制作了參考試件,模擬了系列不同深度的腐蝕缺陷,通過試驗找出檢測該結(jié)構(gòu)的最佳工作頻率。這對于其它飛機多層結(jié)構(gòu)檢測具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]孫金立.無損檢測及在航空維修中的應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社,2004：100.

[2]美國無損檢測學(xué)會編.《美國無損檢測手冊》譯審委員會譯.美國無損檢測手冊?電磁卷[M].上海：世界圖書出版公司,1999：632.

[3]任吉林,林俊明,等.電磁檢測[M].北京：機械工業(yè)出版社,2000：118.