某型導(dǎo)向器葉片穿透性裂紋檢測技術(shù)

劉 勇，楊 光

（中國燃?xì)鉁u輪研究院，四川 綿陽 621703）

某型導(dǎo)向器葉片穿透性裂紋檢測技術(shù)

劉 勇，楊 光

（中國燃?xì)鉁u輪研究院，四川 綿陽 621703）

導(dǎo)向器是飛機發(fā)動機上的重要零部件，發(fā)動機導(dǎo)向器在熒光滲透檢測后，其葉片根部焊縫處存在穿透性裂紋漏檢。為找出裂紋漏檢原因，對裂紋形貌以及導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，并結(jié)合滲透檢測的原理進(jìn)行分析，最終確定裂紋漏檢的原因為導(dǎo)向器特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的過清洗。通過進(jìn)一步的試驗，改進(jìn)檢測工藝，避免產(chǎn)生過清洗。通過對比可以看出，新工藝的使用，使導(dǎo)向器葉片的檢測可靠性得到提高，降低漏檢發(fā)生的概率。

熒光滲透檢測；導(dǎo)向器；穿透性裂紋；過清洗

0 引 言

壓氣機的導(dǎo)向器是飛機發(fā)動機上的重要零部件之一，由于其位置的特殊性，當(dāng)其在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生斷裂時，將會對后面的零部件造成重大損傷，因此導(dǎo)向器的結(jié)構(gòu)完整性是飛機發(fā)動機試驗中重點關(guān)注的內(nèi)容[1-2]。某型壓氣機的導(dǎo)向器采用分段式結(jié)構(gòu)，每段導(dǎo)向器由內(nèi)外環(huán)和葉片采用真空釬焊焊接而成，焊縫位置如圖1所示，雖然壓氣機導(dǎo)向器的工作環(huán)境相對于發(fā)動機其他部件較好，但是由于受焊縫質(zhì)量的影響，此處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此圖示焊縫位置依然成為無損檢測過程中的重點關(guān)注部位[3]。

某次試車后對導(dǎo)向器進(jìn)行熒光滲透檢測時，發(fā)現(xiàn)某段導(dǎo)向器的一處焊縫位置在白光下呈現(xiàn)出明顯的裂紋形狀的痕跡，但是該痕跡在黑光燈下并沒有熒光顯示。為驗證該痕跡產(chǎn)生的原因，后續(xù)檢測人員對該段導(dǎo)向器重新進(jìn)行了熒光滲透檢測，但仍未發(fā)現(xiàn)熒光顯示。

該部位在體式鏡下觀察得到的裂紋形貌如圖2所示，因此初步確認(rèn)該部位的確存在裂紋缺陷，并由于某種原因發(fā)生了漏檢。

圖1 導(dǎo)向器焊縫

圖2 裂紋形貌

為進(jìn)一步確定該部位存在漏檢裂紋，檢測人員對該部位單面刷涂熒光滲透液，并從另一面進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)有熒光滲透液從另一面滲透出來，因此確定了該部位存在穿透性裂紋缺陷。

1 漏檢原因分析

1.1 缺陷阻塞

該導(dǎo)向器為多次試驗后進(jìn)行熒光滲透檢測，所以考慮缺陷阻塞是可能引起缺陷漏檢的原因，并且，該缺陷部位在白光下可見明顯的油漬。因此，檢測人員初步認(rèn)定本次漏檢是由于油污阻塞缺陷導(dǎo)致。

將該段導(dǎo)向器重新用汽油和超聲波進(jìn)行了清洗，然后重新進(jìn)行熒光滲透檢測；仍然不能有效發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷。通過圖2中體式鏡觀察到的裂紋形貌再次分析，該處漏檢裂紋并沒有被油污阻塞。因此，初步排除缺陷阻塞是造成缺陷漏檢的原因。

1.2 熒光滲透液靈敏度

由于本次檢測采用的是I類A法，即水洗型熒光滲透檢測，因此考慮可能存在熒光滲透液靈敏度不夠的情況。但是，通過五點B型試塊對檢測工藝進(jìn)行校驗，發(fā)現(xiàn)檢測靈敏度可達(dá)到3級熒光滲透檢測靈敏度[4]，如圖3所示。

圖3 五點B型試塊

以前，采用該檢測工藝也曾多次有效檢測出導(dǎo)向器葉片葉身和根部的裂紋缺陷，并且在本次導(dǎo)向器的檢測過程中依然檢出了部分焊縫處的裂紋；被檢出的裂紋，在長度和開口寬度均小于本次漏檢部位裂紋。

所以，可以說本次熒光滲透檢測采用熒光滲透液，靈敏度完全可以滿足檢測此類缺陷的要求。因此，初步排除熒光滲透液靈敏度低是導(dǎo)致該部位缺陷漏檢的原因。

1.3 過清洗

通過上述試驗分析得知，雖然熒光滲透檢測沒有檢出該部位的裂紋缺陷，卻依然能夠檢出其他部位的未穿透缺陷；并且在體式鏡下觀察本次漏檢缺陷發(fā)現(xiàn)，漏檢裂紋開口較大；進(jìn)一步分析得知，漏檢裂紋產(chǎn)生位置零件厚度較薄，缺陷結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生過清洗。

為了驗證是否是由于過清洗的原因造成了漏檢，檢測人員對該部位重新刷涂了熒光滲透液；在去除過程中，檢測人員沒有采用水洗的方式，而是采用吸水紙進(jìn)行擦拭；將表面多余熒光滲透液擦拭干凈后，按照正常操作流程進(jìn)行顯像和觀察。此時，在黑光燈下觀察，發(fā)現(xiàn)該漏檢裂紋部位具有明顯的熒光顯示。

通過上述分析和試驗，最終確定了造成該部位缺陷漏檢的原因是，在熒光滲透液的水洗去除的操作過程中，對該部位造成了過清洗，使缺陷內(nèi)截留的熒光滲透液被流失[5]。

2 過清洗原因分析

為了分析造成該部位過清洗的原因，從工藝流程、零件結(jié)構(gòu)和缺陷特性3個方面進(jìn)行分析。

2.1 工藝流程分析

本次檢測所采用的檢測工藝為：I類A法a型顯像（預(yù)清洗→干燥→滲透→水洗→干燥→顯像→檢驗）[5]，唯一可能會造成過清洗的操作就是水洗。

為此，檢測人員專門對水洗時的水壓進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)并未超過航標(biāo)規(guī)定的0.27MPa；并且，操作人員在水洗操作過程中嚴(yán)格控制了水槍與零件的距離和清洗的角度。因此可以確定，按照正常的檢測操作，該檢測工藝流程并不會造成過清洗。

2.2 導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)分析

雖然通過五點B型試塊對現(xiàn)有檢測工藝流程進(jìn)行了檢驗，但是通過進(jìn)一步對比五點B型試塊和導(dǎo)向器的區(qū)別可以看出，由于五點B型試塊上的人工缺陷均為非穿透性缺陷，而導(dǎo)向器上漏檢缺陷是穿透性缺陷，因此，五點B型試塊上的裂紋并不能完全反映漏檢缺陷的狀態(tài)。并且五點B型試塊為平板型結(jié)構(gòu)，也不能完全反映被檢導(dǎo)向器的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，因此在操作工藝的適用性上也不能完全反應(yīng)受檢零件，需要針對導(dǎo)向器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行專門分析。

該導(dǎo)向器為焊接組合件，在其內(nèi)環(huán)位置涂有石墨封嚴(yán)涂層，該材料為疏松性材料，極易殘留熒光滲透液，并且在靠近漏檢區(qū)域的內(nèi)環(huán)位置，安裝有一塊封嚴(yán)片，該封嚴(yán)片與內(nèi)環(huán)存在一定的安裝間隙，也有可能殘留熒光滲透液。具體情況如圖4所示。

圖4 導(dǎo)向器實物圖

在對導(dǎo)向器進(jìn)行檢測的過程中，由于封嚴(yán)片和石墨涂層都極易殘留熒光滲透液，倘若熒光滲透液清洗不干凈，殘留的熒光滲透液將會形成大片明亮的背景，勢必會對后續(xù)的觀察造成影響，如圖5所示。操作人員在清洗熒光滲透液的過程中為保證能夠去除此處殘留的熒光滲透液，需要對該位置進(jìn)行長時間的沖洗，而漏檢部位又恰好靠近該位置，因此極有可能在對該部位清洗的過程中造成了缺陷的過清洗，從而產(chǎn)生漏檢。

2.3 缺陷特征分析

通過觀察發(fā)現(xiàn)，漏檢缺陷產(chǎn)生的部位屬于薄壁件結(jié)構(gòu)，葉片的平均厚度只有0.4mm；且在體式鏡下觀察后發(fā)現(xiàn)，漏檢缺陷開口較大。

圖5 熒光滲透液污染

缺陷中截留有足夠的熒光滲透液是滲透檢測缺陷檢出的基本條件。從圖6可以看出，當(dāng)缺陷為非穿透性缺陷時，由于熒光滲透液填充了缺陷內(nèi)部，在清洗過程中來自外部的水受到缺陷內(nèi)部壓力的阻礙，不易進(jìn)入到缺陷內(nèi)部；因此，很難將缺陷中熒光滲透液完全去除干凈。而當(dāng)缺陷為穿透性缺陷時，水在清洗壓力的作用下能夠輕易地穿過缺陷，將截留在缺陷內(nèi)部的熒光滲透液帶走。并且，考慮到本文2.2中提到的清洗時間過長的情況，穿透性缺陷更容易產(chǎn)生過清洗。上述分析也與本次檢測過程中只有穿透性缺陷存在漏檢，而其他非穿透性缺陷仍然能夠被有效檢出相吻合[6]。

圖6 滲透劑缺陷截流

3 工藝改進(jìn)

對產(chǎn)生過清洗產(chǎn)生的原因分析后，工藝的改進(jìn)也將從如何減少熒光滲透液去除過程中的沖洗時間和提高熒光滲透液在穿透性缺陷內(nèi)的截留能力兩方面進(jìn)行[7-8]。

3.1 控制清洗時間

之前清洗時間過長的主要原因是，導(dǎo)向器根部的封嚴(yán)片和石墨涂層極易殘留大量熒光滲透液，在去除不干凈的情況下會對檢測背景造成極大的干擾。而在熒光滲透檢測過程中熒光背景質(zhì)量和過清洗之間存在著不可調(diào)和的矛盾[9-10]，為緩解該問題，決定采用刷涂的方式進(jìn)行熒光滲透液的施加，這樣可以有效避開封嚴(yán)片和石墨涂層的位置，防止其殘留過多的熒光滲透液，從而降低對該部位的沖洗清洗時間，降低發(fā)生過清洗的可能性。

3.2 控制清洗壓力及角度

雖然航標(biāo)中規(guī)定了清洗壓力不允許超過0.27MPa，但對于薄壁型零件上的穿透性裂紋，由于裂紋狀態(tài)的特殊性，更加容易受到清洗壓力的影響。通過反復(fù)的試驗，最終規(guī)定對于導(dǎo)向器以及壓氣機葉片等薄壁型零件，采用的最大清洗壓力不應(yīng)大于0.15MPa，沖洗角度不應(yīng)大于30°。

3.3 改善熒光滲透液的去除性

由于自乳化型熒光滲透液可直接溶解于水，具有較好的去除性，雖然使用簡單，但也更容易產(chǎn)生過清洗[11]。而改用后乳化性熒光滲透液，通過控制乳化過程的時間，使乳化劑只對葉片表面的熒光滲透液產(chǎn)生作用，而并沒有滲入到缺陷內(nèi)部，從而防止缺陷內(nèi)部的熒光滲透液被乳化。未被乳化的熒光滲透液在清洗的過程中便不會輕易被水流沖走，從而防止過清洗的發(fā)生[12]。

4 改進(jìn)效果

采取上述工藝改進(jìn)之后，對與漏檢導(dǎo)向器同一批次的導(dǎo)向器重新進(jìn)行了檢測，不但檢出了本次漏檢部位的缺陷，還檢出了多處其他部位的漏檢缺陷，其他部位的漏檢缺陷在體式鏡下觀察，裂紋形貌均與本次漏檢部位缺陷相似。

圖7 檢測效果對比

可見在采取工藝改進(jìn)之后，明顯提高了對薄壁件的大開口、穿透性缺陷的檢出能力。并且通過圖7中對該批次導(dǎo)向器同一部位缺陷在工藝改進(jìn)前后的檢測情況對比可以看出，改進(jìn)檢測工藝后的熒光背景質(zhì)量得到了明顯提高，并且由于增加了缺陷中殘留的熒光滲透液，缺陷的亮度也得到了明顯提升。

在工藝改進(jìn)之后，雖然采取刷涂的方式來施加滲透液使檢測效率有所降低，但由于該操作可有效減少清洗時間，所以整個檢測流程的時間并沒有明顯增加。

5 結(jié)束語

1）對于導(dǎo)向器葉片這類偏薄的零件，穿透性裂紋內(nèi)殘留的滲透液極易被清洗干凈，因此在針對此類零件檢測的時候應(yīng)注意防止過清洗的發(fā)生。

2）采用五點B型試塊獲得的系統(tǒng)檢測靈敏度之后，依然要考慮實際工作狀態(tài)對檢測效果的影響，因為五點B型試塊在表面狀態(tài)和檢測條件等方面并不能完全模擬實際檢測工作中的零件狀態(tài)，因此最終對工件缺陷的檢測效果可能會與對試塊缺陷的檢測效果存在偏差。所以在條件允許的情況下應(yīng)搭配與檢測工件一致的自然缺陷試樣使用。

3）對于存在極易殘留熒光滲透液結(jié)構(gòu)的零件，檢測靈敏度和清洗后的背景質(zhì)量往往存在不可調(diào)和的矛盾，而采用局部刷涂的方法可有效控制復(fù)雜零部件檢測過程中背景質(zhì)量和檢測靈敏度之間的矛盾，使對關(guān)鍵部位的檢測質(zhì)量更加安全可靠。

[1]廉筱純，吳虎.航空發(fā)動機原理[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2016.

[2]陳光.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1988.

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[4]任學(xué)東.滲透檢測[M].北京：機械工業(yè)出版署，2004.

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[8]陳崔麗.軸承用陶瓷球熒光滲透檢測[J].無損檢測，2014，36（11）：59-61.

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[10]蘇青風(fēng).某型高壓渦輪工作葉片的熒光滲透檢測工藝改進(jìn)與細(xì)化[J].無損探傷，2010，34（3）：30-31.

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（編輯：劉楊）

Detection technology for through-wall cracks on guide vane

LIU Yong，YANG Guang
（China Gas Turbine Establishment，Mianyang 621703，China）

Guide vane serves as a critical component of aeromotor.Some through-wall cracks at the root of vane were found failed to be examined after fluorescent penetrant inspection.To find out the reason，the crack form and guide vane structure were observed and analysis was carried out with the principle of penetrant testing.Finally，it was found it was the overwashing caused by the complex structure of guide vane thatcaused the missing inspection.In order to avoid overwashing， further experiment analysis and technology improvement were carried out， and these means were proved to be effective for improving the inspection reliability of guide vane and reducing the missing rate.

fluorescent penetrant inspection； guide； through-wall cracks； overwashing

A

：1674-5124（2017）07-0040-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.07.008

2016-12-08；

：2017-01-10

劉 勇（1964-），男，四川綿陽市人，技師，主要從事航空發(fā)動機零件的無損檢測工作。