飛機(jī)緊固件孔壁裂紋的渦流無損檢測

孫長江，南宇峰

（北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 航空學(xué)院，廣東 珠海 519088）

1 引言

飛機(jī)上的各種金屬零部件，在飛機(jī)飛行中工作是否可靠，直接關(guān)系到飛行安全，而在使用中產(chǎn)生的裂紋，據(jù)統(tǒng)計90%以上是在零件的表面。因此，現(xiàn)代民航維修業(yè)對于飛機(jī)結(jié)構(gòu)裂紋的研究，一直都極為重視。

飛機(jī)無論是在航線維護(hù)還是在定期檢查，其中重要的一項工作就是對損傷區(qū)域，如劃痕、凹坑、腐蝕等區(qū)域進(jìn)行裂紋的檢測。通過對這些損傷區(qū)域的檢測，防止裂紋的形成和擴(kuò)展，確保該零部件的持續(xù)使用。在無損檢測技術(shù)中，使用渦流無損檢測法探測這些表面裂紋，不僅可靠性高，在檢測時不需要清除零件表面的油脂和保護(hù)層，而且多數(shù)案例可在不拆解飛機(jī)的前提下，在外場對飛機(jī)進(jìn)行原位探傷。所以，渦流無損檢測法在航空維修中應(yīng)用得十分廣泛。

2 渦流無損檢測技術(shù)的工作原理

渦流無損檢測技術(shù)檢測的基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)原理。利用高頻渦流檢測飛機(jī)金屬（磁性和非磁性材料）結(jié)構(gòu)件，可檢測的裂紋形式為表面（鋁、鋼、鈦）和近表面（0.125mm）（鋁、鈦）；利用低頻渦流檢測飛機(jī)金屬（非磁性或低導(dǎo)磁性材料）結(jié)構(gòu)件，可檢測的裂紋形式為亞表面（到9mm）。

應(yīng)用渦流無損檢測技術(shù)檢測飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)緊固件時，如圖1（a）所示，首先要將緊固件拆下，將大小與孔徑相適應(yīng)的高頻探頭放入孔內(nèi)，使探頭在孔中旋轉(zhuǎn)并上、下移動掃描，測得孔壁裂紋的信息。飛機(jī)結(jié)構(gòu)大部分鉚釘孔、螺栓孔都可用這種方法檢查。但是，當(dāng)板厚在1.5mm以下時，由于邊界效應(yīng)的影響，檢測比較困難。原則上會根據(jù)被檢孔的大小制作探頭，但實際應(yīng)用中，不同孔徑的孔太多，而且即使是公稱尺寸相同的孔徑由于制造的誤差不一樣，實際孔徑也是有差異的。為了能夠使用較少的探頭，檢測較多孔徑的孔，往往在探頭的頭部開有槽口。這樣可以使探頭的檢測范圍具有彈性，能在一定范圍內(nèi)檢測，并且能夠改善探頭與孔壁之間的接觸狀況，減少間隙效應(yīng)。采用此種方法可檢測出較小尺寸的孔壁裂紋，如圖1（b）所示。

隨著飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)緊固件涂層厚度的增加，渦流檢測精度也將下降。例如，對于2.54mm的表面裂紋，不同涂層厚度下，其檢測精度分：

（1）厚度小于0.15mm的漆層對裂紋檢測精度的影響可以忽略不計；

圖1 飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)緊固件

（2）厚度大于0.25mm的漆層能降低裂紋檢測精度大約50%；

（3）當(dāng)漆層厚度達(dá)到0.25mm時，雖可能檢查出孔壁存在裂紋，但是難以確定緊固件孔的邊界。如果不能清楚地確定出緊固件孔的邊界，則應(yīng)清除漆層后再做檢測。

3 渦流無損檢測的儀器設(shè)備

應(yīng)用渦流無損檢測技術(shù)檢測飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)緊固件時常用的儀器設(shè)備主要有渦流儀器、旋轉(zhuǎn)掃描儀和試塊等（見圖2）。渦流儀器要能夠在300千赫和500千赫之間工作。如：Defectoscop D2.831–Forster、NDT－19– Nortec、Elotest B1– Rohman等。旋轉(zhuǎn)掃描儀可用自動轉(zhuǎn)動的探頭連接，探頭被打開時的速率通過渦流儀器的函數(shù)顯示出來。由操作員控制探頭通過一個緊固件孔運(yùn)動的速率。

圖2 渦流儀器、旋轉(zhuǎn)掃描儀和試塊

探頭分為可擴(kuò)展式探頭（見圖3）和旋轉(zhuǎn)式探頭（見圖4）兩種。當(dāng)檢測緊密配合的緊固件孔時，應(yīng)采用可擴(kuò)展式探頭。

圖3 可擴(kuò)展式探頭

圖4 旋轉(zhuǎn)式探頭

依據(jù)所要檢查的緊固件孔的直徑來選擇探頭的直徑。如果使用的是旋轉(zhuǎn)式探頭，要確保孔的直徑和探頭的外徑差不超過0.010英寸；如果使用的是可擴(kuò)展式探頭，必須設(shè)置探頭進(jìn)入緊固件孔時有一個松的過盈配合，如果探頭配合過緊，探頭將迅速磨穿。

緊固件孔的參考試塊，必須模擬裂紋缺口制作。

4 渦流無損檢測的步驟

實施渦流無損檢測時，要確定檢測位置與被檢測的緊固件孔的大小，從緊固件孔里面清潔松散的污垢和密封膠，目視檢測所有被檢孔表面情況，避免可能出現(xiàn)干擾的噪聲信號。在檢測過程中，可以使用內(nèi)窺鏡、反光鏡或其它光學(xué)儀器幫助視覺檢查，以檢查出毛刺、擦傷、腐蝕、孔變形等缺陷。具體的無損檢測步驟如下：

（1）在確保旋轉(zhuǎn)掃描儀正常工作的情況下，低速、平穩(wěn)地移動探頭，使之對于每個尺寸的緊固件孔都能進(jìn)行檢測；

（2）標(biāo)記所有緊固件孔出現(xiàn)裂紋信號的位置，同時對那些有必要進(jìn)行清理的緊固件孔也要作標(biāo)記；

（3）對上面必須進(jìn)行清理的緊固件孔做一個最低的0.016英寸（0.41毫米）的清理工作；

（4）再次檢測所有緊固件孔。

5 渦流無損檢測的幾點(diǎn)建議

（1）在渦流檢測過程中，檢測線圈往往處于運(yùn)動狀態(tài)，而線圈的運(yùn)動速度對檢測結(jié)果并沒有影響。被測體尺寸的大小、激勵電壓的大小對渦流的大小均產(chǎn)生影響，其中，激勵電壓的選擇確能影響渦流檢測位移系統(tǒng)的靈敏度以及測量范圍。

（2）要保證零件表面的光潔度，在十倍功率（或更高）的放大倍率和充足的光線的環(huán)境下做一次視力檢查，但目視檢查對裂紋并不總是像渦流檢查那樣敏感。

（3）要將檢測到的信號與參考標(biāo)準(zhǔn)的磁極（域）中的材料的信號進(jìn)行比較，不要把來自磁極（域）中的材料的信號誤認(rèn)為是裂紋信號。當(dāng)快速高檔信號超過參考標(biāo)準(zhǔn)的50%以上的陷波信號時，顯示有裂痕。

（4）在檢測中如發(fā)現(xiàn)疑似信號，可通過擴(kuò)大孔去消除裂紋，之后再次做一個渦流探傷。如果裂紋信號和參考標(biāo)準(zhǔn)槽口信號的50%和100%之間的渦電流信號看起來幾乎相同的緊固件孔，必須重復(fù)檢查，再做一次目視檢查緊固件孔?？幢砻嬗袥]有哪些情況可能會產(chǎn)生渦流裂紋信號。如果是在相同的深度，并在同一位置上發(fā)現(xiàn)裂紋信號與渦流檢測的裂紋信號相同，那么孔有裂紋。如果表面沒有條件可以看出渦流信號的原因，需對孔再進(jìn)一步檢查。如果裂紋沒有被移除，繼續(xù)擴(kuò)孔和做渦流探傷，直到裂紋完全去除。

（5）環(huán)境溫度對渦流檢測系統(tǒng)的影響比較復(fù)雜，由于溫漂會使得測量結(jié)果發(fā)生偏差，因此需要采取一定的溫度補(bǔ)償措施，保證檢測到的信號準(zhǔn)確無誤。

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