飛機(jī)設(shè)備艙口蓋鈦鉚釘超聲波檢測應(yīng)用

■ 張朝暉 杜振宴 高冠楠/石家莊海山實(shí)業(yè)發(fā)展總公司

0 引言

飛機(jī)上的功能構(gòu)件和連接構(gòu)件的工作環(huán)境比較惡劣，負(fù)載較大，很多還在高壓、高溫、高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作，因而構(gòu)件材料基體容易產(chǎn)生缺陷。缺陷的形成主要以承受交變應(yīng)力產(chǎn)生的疲勞裂紋最為常見[1]。殲擊機(jī)設(shè)備艙口蓋整體呈弧形結(jié)構(gòu)，口蓋為復(fù)合材料面板蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)。設(shè)備艙口蓋通過鉸鏈合頁與機(jī)身連接在一起，合頁又通過21顆HB6478-4×8鈦鉚釘與口蓋相連，口蓋打開時可向上翻轉(zhuǎn)90??？谏w用19件快卸鎖將設(shè)備艙口蓋固定到機(jī)身上。每件快卸鎖各通過2顆HB6478-4×8鈦鉚釘與設(shè)備艙口蓋相連，如圖1所示。設(shè)備艙口蓋外側(cè)為鉚釘頭，內(nèi)側(cè)為鉚釘墩頭，快卸鎖鉚釘在金屬鎖一側(cè)為鉚釘墩頭。口蓋表面噴防腐漆層，有的飛機(jī)在口蓋外側(cè)涂有隱身涂層。服役過程中的設(shè)備艙口蓋鈦鉚釘在承受使復(fù)合材料和合頁、復(fù)合材料和快卸鎖分離的外力作用時，由釘桿、釘頭承受剪切力，防止復(fù)合材料和合頁分離、復(fù)合材料和快卸鎖分離，因此鈦鉚釘易產(chǎn)生疲勞裂紋。飛機(jī)服役過程中曾多次發(fā)生設(shè)備艙口蓋上鈦鉚釘斷裂故障。

針對上述問題，飛機(jī)修理工廠采用原位超聲波檢測方法，對設(shè)備艙口蓋上鈦鉚釘進(jìn)行檢測，以確保鈦鉚釘鉚接質(zhì)量，提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)性能及飛行安全。

1 鈦鉚釘內(nèi)部質(zhì)量分析

鉚接過程中為防止對復(fù)合材料釘孔造成分層損傷,設(shè)備艙口蓋上的鈦鉚釘采用壓鉚形式，壓鉚后不得出現(xiàn)壓歪、壓偏現(xiàn)象，必須保證鉚釘與其所對應(yīng)的孔是同心的，鉚釘鉚接完成后釘頭面與復(fù)合材料表面平齊，釘頭上表面與墩頭下表面平行，飛機(jī)修理時為防止退漆水對復(fù)合材料和鈦鉚釘造成腐蝕，對設(shè)備艙口蓋鈦鉚釘采取原位帶漆層超聲波檢測。

服役過程中的鈦鉚釘由于交界處截面發(fā)生變化，形成應(yīng)力集中，從而容易在釘頭與釘桿交界處產(chǎn)生裂紋，裂紋嚴(yán)重時能使鉚釘頭局部脫落或完全脫落下來。

2 檢測設(shè)備

2.1 超聲波探傷儀

采用便攜式工業(yè)無損超聲波探傷儀，能夠快速、便捷、無損傷、精確地對工件內(nèi)部裂紋、氣孔、夾雜等缺陷進(jìn)行檢測、定位和評估，測量范圍0～6000mm，工作頻率0.5～15MHz；放大接收硬件實(shí)時采樣：10位AD轉(zhuǎn)換器，采樣速度160 MHz，濾波頻帶0.5～15MHz，根據(jù)探頭頻率全自動匹配，無需手動設(shè)置；近表面分辨率高，已被廣泛應(yīng)用到航天、航空、電力、機(jī)械制造、鐵路交通等行業(yè)的薄壁零件、渦輪葉片鑄件和鍛件等工件的探傷。

2.2 超聲波探頭

檢測時采用帶延遲塊探頭：G15MN和ALPHA，延遲塊長度為12.5mm或16.5mm。

2.3 對比試塊

圖2所示為設(shè)備艙口蓋鈦鉚釘對比試塊，其在HB6478-4×8鈦鉚釘釘頭與釘桿交界R處人工刻槽以模擬裂紋，采用完好的鈦鉚釘以及帶有不同深度人工刻槽的鈦鉚釘鉚接在尺寸150mm×50mm的復(fù)合材料板和鋼板上。其中1#鈦鉚釘為無缺陷完好鉚釘，2#鈦鉚釘切槽為橫向平行于釘頭表面人工刻槽，刻槽深度為1mm，3#鈦鉚釘切槽為橫向平行于釘頭表面人工刻槽，刻槽深度為2mm，4#鈦鉚釘切槽為橫向與釘頭表面有一定角度人工刻槽，刻槽深度為2mm。

圖1 設(shè)備艙口蓋

圖2 設(shè)備艙口蓋鈦鉚釘對比試塊

圖3 鉚釘釘頭與頂桿交界處小裂紋回波波形

圖4 鉚釘釘頭與頂桿交界處大裂紋回波波形

圖5 缺陷的反射面與聲束軸線不垂直波形

圖6 裂紋與釘頭面有一定角度的鉚釘頭和釘桿

3 異常波形評定與分析

3.1 鈦鉚釘缺陷回波指向性的影響

設(shè)備艙口蓋鈦鉚釘裂紋一般出現(xiàn)在釘頭與釘桿交界處，由于裂紋距離鉚釘頭埋深較小，裂紋反射波一般出現(xiàn)在界面波與底波之間靠界面波側(cè)。裂紋較小時，缺陷回波的指向性較差，其反射回波高度很低，反射次數(shù)只有一次或二次，底波略有降低，如圖3所示。隨著裂紋深度的增加，缺陷回波具有較好的指向性，缺陷回波的高度也隨之增高，反射波次數(shù)同時增加，底波強(qiáng)度減弱，甚至消失，見圖4。

3.2 鈦鉚釘裂紋取向?qū)z測的影響

檢測中，經(jīng)常出現(xiàn)界面波與底波之間沒有反射回波或底波降低甚至消失的現(xiàn)象，如圖5所示。

此時，仔細(xì)觀察鉚釘頭側(cè)，正常鉚釘釘頭面與復(fù)合材料表面平齊，如果發(fā)現(xiàn)鉚釘頭一側(cè)微微翹起，有可能是釘頭與釘桿交界處裂紋，且裂紋方向偏釘頭方傾斜。圖6所示是鉚釘破壞分解后的鉚釘頭和釘桿，鉚釘頭部位左高右低，說明裂紋方向偏釘頭方向傾斜，嚴(yán)重時用尖細(xì)工具輕輕一觸，釘頭局部就會掉落。

3.3 鈦鉚釘表面涂層對檢測的影響

原位檢測時，從鉚釘頭測入射，界面波占寬增加，既沒有缺陷波也沒有底波，此時，觀察鉚釘頭面，如果釘頭面和復(fù)合材料表面平齊，有可能是釘頭表面有涂層或漆層貼合不緊所致。更換使用ALPHA探頭，重新標(biāo)定探傷儀，從鈦鉚釘?shù)亩疹^測入射，如果熒光屏上同時出現(xiàn)正常界面波和底波，說明該鉚釘為完好鉚釘。

4 結(jié)束語

設(shè)備艙口蓋鈦鉚釘超聲波檢測，工藝方法可靠性高，操作簡單方便，能保證缺陷不漏探、不誤判，可以保證內(nèi)、外場飛機(jī)服役中鉚釘產(chǎn)生的缺陷能100%檢出，本方法的應(yīng)用為今后裝備鉚接檢測積累了檢測經(jīng)驗(yàn)，保障了裝備修理質(zhì)量及飛行安全。

[1]成楓. 帶漆零件的渦流探傷[J].航空工藝技術(shù), 1992, 3∶ 23-25.