波音737飛機(jī)雷達(dá)罩渦流測(cè)厚技術(shù)淺談

■ 崔宗輝/山東太古飛機(jī)工程有限公司

0 引言

飛機(jī)雷達(dá)罩是極易受損的部件之一，損傷主要是由于雷擊、起降過程中鳥擊以及空氣中微小顆粒的長(zhǎng)時(shí)間沖擊而導(dǎo)致。定檢維修中，雷達(dá)罩常見的修理方法是切除損傷區(qū)域并更換新的蜂窩板和玻璃纖維布。波音737飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)53-10-72章對(duì)雷達(dá)罩修理后的厚度以及應(yīng)達(dá)到的電磁傳輸率做出了明確規(guī)定：雷達(dá)罩窗口區(qū)域任意點(diǎn)的電磁傳輸率不得低于75%。修理后的蜂窩板厚如果超出原始厚度，傳輸率會(huì)降低；漆層厚度如果超過規(guī)定的0.010in，也會(huì)造成傳輸率的下降。波音公司推薦采用渦流測(cè)厚的方法對(duì)雷達(dá)罩厚度進(jìn)行測(cè)量，本文就該方法的實(shí)際應(yīng)用做一些探討。

1 基本原理

復(fù)合材料厚度測(cè)量利用了渦流檢測(cè)三大效應(yīng)之一的提離效應(yīng)：當(dāng)渦流線圈從非鐵磁性導(dǎo)電體材料表面提起一段距離時(shí)，線圈電流所產(chǎn)生的磁力線有一部分將不能到達(dá)試件，此時(shí)線圈的感抗等于空線圈感抗，這是在探測(cè)非鐵磁性材料時(shí)所獲得的最高感抗值；反之，線圈越接近試件表面，線圈電流產(chǎn)生的磁力線與試件產(chǎn)生更多的交連，在試件中感生出的渦流反抗著線圈磁場(chǎng)的變化，與激勵(lì)線圈耦合的總的磁力線減少，線圈的自感和感抗因之減少，當(dāng)線圈平面與試件表面穩(wěn)定接觸時(shí)，可以得到減小的極限值。這種線圈阻抗的變化反饋到渦流儀中，信號(hào)相位和幅度隨之產(chǎn)生相應(yīng)的變化。通過建立厚度與線圈阻抗之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以完成被檢零件的測(cè)量。

2 試驗(yàn)分析

737飛機(jī)無(wú)損檢測(cè)（NDT)手冊(cè)對(duì)該技術(shù)提供了兩種方法（METHODⅠ&METHODⅡ)，本文采用METHODⅡ即阻抗分析法。由于公司并不具備手冊(cè)推薦的渦流設(shè)備和探頭，因此決定采用替代工裝。手冊(cè)中提到，任何滿足該程序性能要求的儀器探頭都是可以接受的?？紤]到公司現(xiàn)有設(shè)備狀況、渦流儀器的發(fā)展趨勢(shì)以及工藝可操作性，決定采用的檢測(cè)設(shè)備為：阻抗平面顯示渦流探傷儀PHASEC 2d，渦流探頭Nortec RR017-1/TF 80～4000Hz 0.35IN（9.0mm)ID/0.75in（20mm)OD，如圖1所示。

2.1 試塊制作

737-300系列飛機(jī)一般選裝件號(hào)P/N 65-73294-7的雷達(dá)罩，根據(jù)NDT手冊(cè)P6/53-50-00 DETAIL Ⅷ 確定試塊公稱尺寸為0.390in，以±0.010in為變量，厚度范圍為0.360～0.420in，尺寸精度符合NDT手冊(cè)要求，試塊材料選用合成樹脂。環(huán)形反射盤采用7075鋁合金加工，尺寸精度符合NDT手冊(cè)要求。

2.2 儀器校驗(yàn)

為了有效提取信號(hào)提離點(diǎn)，必須保證提離點(diǎn)沿Y軸方向移動(dòng)。經(jīng)過試驗(yàn)，選擇以下參數(shù)：頻率為500Hz，相位為207.1°，HP/LP為DC/80， 增益為37.0/46.0。

圖1 檢測(cè)設(shè)備

圖2 測(cè)量階梯試塊提離

首先將階梯試塊置于探頭與反射盤之間，在0.360in厚度區(qū)域按壓平衡鍵獲取提離信號(hào)。注意保持探頭與反射盤垂直并同軸，確保提離點(diǎn)的穩(wěn)定性，將此點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。如圖2所示，以+0.010in為增量測(cè)取每個(gè)臺(tái)階面的提離點(diǎn)，考慮到信號(hào)漂移及工作者操作時(shí)的平穩(wěn)度等外界干擾，每個(gè)臺(tái)階面測(cè)取三次數(shù)據(jù)，以它們的平均值計(jì)入測(cè)量提離點(diǎn)。具體測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

圖3 厚度三角形

表1 階梯試塊提離點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)

2.3 理論分析

為了證明厚度與提離點(diǎn)間存在一定的線性關(guān)系，取0.360in、0.370in兩組數(shù)據(jù)建立三角形，如圖3所示，得到三角形斜率tgα=4/10=0.4。以斜率0.4計(jì)算得出理論提離點(diǎn)，如表2所示。

根據(jù)表1、表2中的兩組數(shù)據(jù)繪制提離曲線圖（圖4)，在0.360～0.380in范圍內(nèi)兩線重合。隨著試塊厚度的增加，在0.380～0.420in之間，測(cè)量值逐漸偏離理論值?？梢钥闯觯瑴y(cè)量曲線與理論曲線走勢(shì)基本一致，存在相互對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。

表2 階梯試塊理論提離點(diǎn)

圖4 校驗(yàn)曲線

表3 提離數(shù)據(jù)對(duì)比

表3所示為測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的對(duì)比，在試塊厚度范圍內(nèi)，測(cè)量值與實(shí)際厚度值最大誤差為+0.005in，這與NDT手冊(cè)中所提到的測(cè)量精度±0.005in相符，說明替代工裝的精度和靈敏度達(dá)到了手冊(cè)要求。因此，理論提離曲線可以作為工作校驗(yàn)曲線。

3 操作時(shí)的注意事項(xiàng)

實(shí)際工作時(shí)，一般都在維修現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。應(yīng)保持雷達(dá)罩內(nèi)外表面清潔，檢查區(qū)域應(yīng)遠(yuǎn)離大功率變壓器、發(fā)電機(jī)以及動(dòng)力電源線，這些設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)對(duì)渦流儀產(chǎn)生影響。由于雷達(dá)罩尺寸較大，需要兩名人員共同操作，一人持反射盤位于雷達(dá)罩內(nèi)表面，一人在外部操作儀器掃查。為了獲得準(zhǔn)確的提離參數(shù)，探頭掃查應(yīng)覆蓋整個(gè)反射盤的對(duì)應(yīng)表面，并以螺旋或十字軌跡掃查，直至獲得最小的提離點(diǎn)。

另外，以下情況可能造成錯(cuò)誤的檢查結(jié)果：

1)檢查區(qū)域與探頭之間過大的溫差會(huì)造成信號(hào)漂移失真。雷達(dá)罩修復(fù)后的表面溫度可達(dá)55℃，如果此時(shí)進(jìn)行厚度測(cè)量，必然會(huì)損傷探頭且測(cè)量誤差較大。應(yīng)等待檢查區(qū)域完全冷卻后再進(jìn)行測(cè)量。

2)盡量避免檢查區(qū)域的金屬結(jié)構(gòu)，如放電條、緊固螺栓等，否則會(huì)對(duì)儀器響應(yīng)產(chǎn)生干擾。

3)反射盤與雷達(dá)罩內(nèi)壁存有間隙。操作者應(yīng)始終保持反射盤與雷達(dá)罩的緊密貼合，以取得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

［1］ 民航無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證委員會(huì)．航空器渦流探傷[M]．北京：中國(guó)民航出版社，2014.

［2］ Boeing.B737 Non-destructive test manual[Z].2012-11-15.

［3］ Boeing.B737-300 Structural repair manual[Z].2012.