靜電噴涂熒光滲透檢測空心結(jié)構(gòu)零件

蘇清風，江惠東，袁雅妮

（1.中國南方航空工業(yè)集團有限公司，株洲 412002；2.成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司，成都 610092）

靜電噴涂熒光滲透檢驗雖已得到應用，但多用于大尺寸零件的整體或局部檢查，而應用于多孔空心結(jié)構(gòu)零件，特別是小零件的檢驗的報道較少。

空心葉片等零件在熒光滲透檢查時，由于滲透劑去除工藝難度大，往往會遇到檢測背景深而影響評定，或局部清洗過度以致降低檢驗可靠性的問題；且由于清洗與評定的難度造成檢驗周期長。筆者著重探討滲透劑不同施加方式對產(chǎn)品檢驗過程及結(jié)果的影響。

1 常規(guī)浸漬法熒光滲透檢驗存在的問題

對于小零件的滲透檢驗，采用浸漬法是最快速有效的。但對空心且表面多孔葉片或其他內(nèi)腔結(jié)構(gòu)件，采用浸漬法時，滲透劑不可避免地會進入型腔。由于零件內(nèi)腔中的滲透劑滯留較多，清洗多余滲透劑花費的時間很長，更嚴重的是無法在允許的清洗時間內(nèi)清洗干凈，內(nèi)腔中的滲透劑總會滲出，從而掩蓋了零件的本底，受檢表面局部產(chǎn)生較強的熒光背景，降低了缺陷顯示的對比度，有時甚至會完全掩蓋缺陷顯示，不能保證檢測質(zhì)量，如圖1所示。

因此，采用合適的滲透劑施加方式，以使?jié)B透劑盡量少地流入零件內(nèi)腔至關重要。

圖1 多孔性零件表面過強熒光背景圖

2 理論基礎

2.1 滲透劑施加方式

根據(jù)零件大小、形狀、數(shù)量及檢驗部位的不同，選擇不同的施加方式，最常見的有如下幾種。

浸漬：整個零件全部浸入滲透劑中，適用于小零件的整體檢查。

刷涂：用刷子對零件受檢表面刷上滲透劑，適用于局部檢查，如焊縫。

澆涂：將滲透劑直接澆在零件受檢表面，適應于大零件的局部檢查。

噴涂：包括靜電噴涂、噴罐噴涂，適用于大零件的局部或整體檢查［1］。

上述施加方式主要從滲透劑覆蓋受檢表面的方便性來考慮的，未涵蓋零件結(jié)構(gòu)原因?qū)е露嘤酀B透劑的去除難度及對評定產(chǎn)生的影響。

對于有盲孔或內(nèi)通道的零件，滲透前一般需用橡皮塞塞住或用膠紙粘住孔洞口，防止?jié)B透劑滲入而造成清洗困難。但對于多孔性零件結(jié)構(gòu)特點（表面孔多、直徑小、分布廣），顯然封堵的難度太大。當要求對零件進行整體檢查時，只能尋找其他的滲透劑施加方法或控制手段。

2.2 靜電屏蔽原理與電場力

2.2.1 靜電屏蔽原理

將導體放入電場強度為E的外加電場中，導體內(nèi)的自由電子在電場力的作用下，會朝電場相反方向運動。導體的負電荷分布在一邊，正電荷分布在另一邊；這些電荷會產(chǎn)生一個與外加電場方向相反的電場，且只有當兩個電場強度大小相等時，即導體內(nèi)部總電場為0時，導體內(nèi)的自由電子不再移動。這種狀態(tài)稱之為靜電平衡。

處于靜電平衡狀態(tài)的導體是一個等位體，內(nèi)部電位為0，電場為0。電荷只分布在導體的外表面，如果導體是空心的，內(nèi)部也將沒有電場，這意味著導體內(nèi)部區(qū)域與外部靜電場是屏蔽開的［2］，通常將這種導體內(nèi)部不受外部電場影響的現(xiàn)象稱之為靜電屏蔽。

2.2.2 電場力

電場對放入其中的電荷產(chǎn)生的力，在電荷量相同的情況下，距離越近的異種電荷間吸引力越大。

2.3 靜電噴涂原理

靜電噴涂原理是：受檢零件接地并作為陽極，在噴涂滲透劑（或顯象劑）的噴嘴上加上負高壓電極；噴出的滲透劑（或顯象劑）通過負高壓電極而帶上負電，零件外表面在外電場作用下產(chǎn)生感應正電荷；因此，噴出的滲透劑（或顯象劑）在高壓靜電場的作用下會被吸引到離噴頭最近的接地良好的零件表面上，如圖2所示。由于滲透材料與零件表面結(jié)合緊密，有利于滲透劑滲透和顯象劑吸附。

另外，與普通壓力噴涂相比，采用靜電噴涂，可通過調(diào)節(jié)設備使更少量的滲透劑達到均勻覆蓋受檢表面的效果；對于空心零件來說，噴涂直達的內(nèi)腔表面聚集的滲透劑自然會較少；噴涂非直達的內(nèi)腔表面，由于靜電屏蔽原理，進入的多余滲透劑可能會更少，有利于這類零件滲透檢查時的去除與評定，保證檢測結(jié)果的可靠。

圖2 靜電噴涂原理示意圖

3 靜電噴涂工藝

（1）檢驗前準備：滲透檢驗前應根據(jù)不同的受檢件所涉及的滲透系統(tǒng)建立系統(tǒng)性能基準，以備檢驗時對比系統(tǒng)性能。另外，應根據(jù)零件大小、結(jié)構(gòu)及每批次的數(shù)量來制作專用的工位器具，以便靜電噴涂時快速有效。

（2）預清洗：清洗后，檢驗員應檢查零件表面是否有油脂、金屬屑或其他妨礙滲透檢查的污物。

（3）靜電噴涂滲透劑：零件裝入專用滲透檢驗工位后，開啟靜電發(fā)生器與抽風裝置，采用噴槍噴涂規(guī)定靈敏度的滲透劑，移動噴嘴至零件表面距離到合適位置（一般為200～300mm），調(diào)整噴口壓力（一般為0.2MPa），噴涂角度應根據(jù)不同零件調(diào)整，避免噴嘴正對零件內(nèi)腔孔。

噴涂時應在黑光燈下進行，以觀察噴涂效果，保證受檢面均勻涂上一薄層滲透劑（在保證滲透劑覆蓋受檢面的情況下盡可能?。?。

（4）滲透劑去除：按認可的相應技術規(guī)范要求進行。

（5）干燥：最好不要采用壓縮空氣吹，即使是局部積聚的水，可先用吸水布輕輕吸掉，然后采用熱循環(huán)烘箱干燥，干燥溫度最好為60～70℃（且烘箱在零件放入前最好已達到設定溫度）。

（6）顯像：打開抽風裝置，調(diào)整噴槍噴口及壓力，以得到理想的顯像狀態(tài)，顯像時間一般為10～20min。對于批量的小零件來說，如果現(xiàn)場有專用噴粉柜的話，也可放入噴涂柜中采用噴粉方式顯像。

（7）檢驗：檢驗零件前，應先對靈敏度試片進行檢查以確定該次操作是否有效［3］，檢驗時按認可的相應技術規(guī)范要求進行即可。

4 應用實例

從試驗結(jié)果來看，內(nèi)腔多管路的大型機匣類零件，由于與外表面相連的孔口尺寸相對較大且數(shù)量相對較少，采用靜電噴涂檢查容易控制。試驗重點是表面多孔的帶有空心內(nèi)腔的小零件：選取一定數(shù)量的導向葉片和工作葉片，分別采用常規(guī)的浸漬法、刷涂法與靜電噴涂法，進行反復對比試驗。

4.1 工藝系統(tǒng)性能試驗

采用B型工藝試塊PSM－5型，選取2級靈敏度水洗滲透系統(tǒng)（Ardrox P133D 滲透劑＋Ardrox 9D4A 顯像劑）進行試驗。靜電噴涂滲透劑和顯象劑，停留時間均采用規(guī)范要求的最低限定時間10min。結(jié)果五個裂紋顯示點均很清楚，高于系統(tǒng)規(guī)定的最少顯示3個裂紋點的要求，證明系統(tǒng)性能試驗高于2級靈敏度。

4.2 試件對比試驗情況

分別采用常規(guī)浸漬法（包括刷涂法）工藝和靜電噴涂法工藝對葉片試件進行熒光滲透檢查。

從試驗過程及結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不論是采用哪種靈敏度等級的水洗型還是后乳化型熒光滲透檢驗，浸漬法均存在較多的熒光背景，不同結(jié)構(gòu)的零件采用不同的檢驗方法只是熒光背景吸附的程度不同，甚至同一方法多次檢測的結(jié)果其吸附程度也有差異；而靜電噴涂法只要操作得當，除了零件結(jié)構(gòu)輪廓顯示外，幾乎沒有多余背景，能達到理想的評定狀態(tài)。

目前航空領域熒光滲透檢測大多采用2、3、4級的水洗型和親水性后乳化型。從滲透劑本身對試件產(chǎn)生背景的影響來說，2級水洗型滲透劑對其影響最??；從對缺陷的檢出能力來說，2 級水洗型滲透劑最弱。為了避免重復，僅選擇了水洗2 級的檢驗結(jié)果進行比較，以著重說明相同試件用同一等級的滲透劑采用浸漬法和靜電噴涂法所產(chǎn)生的檢測結(jié)果差異，不涉及試件所規(guī)定的滲透方法和靈敏度等級要求。浸漬法和靜電噴涂法的檢測效果如圖3～6所示。

圖3 浸漬法檢測的熒光背景圖

圖4 靜電噴涂法檢測的熒光背景圖

圖5 浸漬法檢測時缺陷處的背景掩蓋情況

圖6 靜電噴涂法檢測出的缺陷顯示

4.3 試驗結(jié)果分析

浸漬法滲透檢查時，由于內(nèi)腔積聚滲透劑太多，在保證系統(tǒng)靈敏度的情況下無法徹底清洗干凈，導致這些部位會有不同程度的熒光背景吸附，甚至掩蓋這些部位的缺陷顯示，造成漏檢，檢驗可靠性低；而靜電噴涂方式，由于靜電屏蔽原理及電場力作用，只要控制好噴涂角度或方向，帶電的滲透劑大多被吸附到與其相距最近的零件外表面，空心內(nèi)腔吸入的滲透劑極少，因此其后的各工位控制相對容易得多，且檢驗背景好，檢測可靠性高。

4.4 靜電噴涂熒光滲透檢測多孔性空心結(jié)構(gòu)零件的優(yōu)點

（1）檢驗可靠性高：由于滲透劑或顯像劑在靜電場作用下吸附至零件表面，吸附性強，靈敏度高，多余滲透劑的去除容易控制，檢驗背景好，分辨率高，檢驗結(jié)果可靠；

（2）檢驗周期短，檢驗效率高：受檢產(chǎn)品所需去除時間短，且檢驗背景好，評定時不需對背景面采用擦試技術辨別真?zhèn)?，檢驗效率高；

（3）多余滲透劑易清洗，檢驗工藝控制簡單：不論是水洗型滲透劑還是親水性后乳化型滲透劑，多余滲透劑易清洗，與實心零件檢驗無明顯差異。由于清洗效果好，后續(xù)過程也不會出現(xiàn)殘余滲透劑造成的干擾影響，容易控制。

5 結(jié)語

對多孔性空心小葉片進行靜電噴涂熒光滲透檢測，操作便捷、結(jié)果穩(wěn)定可靠。靜電噴涂技術需要積累足夠的經(jīng)驗，并配備相應的檢驗工裝，對不同結(jié)構(gòu)零件的噴涂效果進行控制并調(diào)整，以便更好地快速可靠地完成產(chǎn)品的檢驗。

［1］林猷文，任學冬.滲透檢驗［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004：75.

［2］郎為民，姜斌，張云峰，等，譯.電磁屏蔽原理與應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010：226.

［3］江惠東.靜電噴涂熒光滲透檢驗工藝應用［J］.無損檢測，2000，22（1）：33－34.