某型飛機(jī)法蘭盤(pán)表面缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法

張海兵,王 莉,孫紅光

(海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，青島 266041)

1 概述

主起落架法蘭盤(pán)是飛機(jī)著陸裝置的關(guān)鍵部件之一(見(jiàn)圖1)，主要作用是固定聯(lián)接剎車(chē)盤(pán)。在飛機(jī)滑行過(guò)程中，當(dāng)剎車(chē)盤(pán)對(duì)輪轂進(jìn)行剎車(chē)時(shí)，剎車(chē)盤(pán)因受反作用力會(huì)對(duì)法蘭盤(pán)施加一定的扭轉(zhuǎn)剪切力，易使得法蘭盤(pán)的過(guò)渡圓角邊緣處產(chǎn)生疲勞裂紋，影響剎車(chē)工作效率，甚至導(dǎo)致剎車(chē)失效。因此，非常有必要定期對(duì)法蘭盤(pán)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

圖1 主起落架輪軸法蘭盤(pán)實(shí)物

圖2 法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)示意

2 檢測(cè)方法

法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，應(yīng)力集中部位如圖中R5處所示。法蘭盤(pán)表面有一層油漆，如對(duì)其實(shí)施磁粉檢測(cè)和滲透檢測(cè)，油漆層會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大影響；如果采用渦流檢測(cè)方法，原理上是可行的，但檢測(cè)部位形狀不規(guī)則，會(huì)引發(fā)大量干擾信號(hào)而影響檢測(cè)的可靠性。故，綜合考慮法蘭盤(pán)表面狀況和各類檢測(cè)方法的適用性，認(rèn)為超聲表面波檢測(cè)技術(shù)是一種較好的原位檢測(cè)方法[1-3]。

另外法蘭盤(pán)材料為30GrMnSiA，是一種鐵磁性材料，選用磁粉檢測(cè)方法作為復(fù)檢的方法比較適用。

3 超聲表面波檢測(cè)

3.1 檢測(cè)影響因素分析

超聲表面波質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有縱波和橫波的綜合特性[4]，表面波檢測(cè)法蘭盤(pán)時(shí)主要受以下因素影響。

(1) 油污和表面光潔度的影響

表面波波長(zhǎng)比橫波波長(zhǎng)短，衰減也大于橫波的，當(dāng)其沿工件表面?zhèn)鞑r(shí)，對(duì)于表面的油污、不光潔等反應(yīng)敏感，會(huì)發(fā)生大幅衰減。利用此特點(diǎn)，檢測(cè)過(guò)程中可以用手指沾少量油在聲束傳播方向觸壓工件表面，并觀察反射回波波高的變化，從而判斷反射源及其所處位置。

(2) 裂紋的影響

當(dāng)表面波遇到裂紋時(shí)，一部分信號(hào)在裂紋開(kāi)口處仍以表面波的形式被反射，并沿工件表面的原路徑返回；另一部分信號(hào)會(huì)沿裂紋表面?zhèn)鞑?，并在?jīng)過(guò)裂紋后仍以表面波的形式沿工件表面繼續(xù)傳播，同時(shí)部分表面波在裂紋尖端處發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為變形縱波和變形橫波在工件內(nèi)部傳播。

(3) 弧形轉(zhuǎn)角的影響

表面波傳播過(guò)程中，遇到凸面弧形轉(zhuǎn)角邊緣時(shí)，部分表面波信號(hào)會(huì)發(fā)生反射和透射；遇到凹面弧形轉(zhuǎn)角邊緣時(shí)，部分表面波會(huì)發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)轉(zhuǎn)換橫波在工件內(nèi)部傳播；而另一部分表面波信號(hào)將繼續(xù)沿弧形表面?zhèn)鞑ァ?/p>

3.2 超聲表面波檢測(cè)

3.2.1 探頭的選擇

超聲表面波探頭主要選擇縱波折射法表面波換能器，壓電晶片產(chǎn)生的縱波通過(guò)一定傾角的斜楔入射到工件表面，經(jīng)波型轉(zhuǎn)換后在工件中產(chǎn)生表面波。法蘭盤(pán)的厚度為4 mm(見(jiàn)圖2)，待檢測(cè)表面應(yīng)較光潔。綜合考慮航空機(jī)件判廢要求和法蘭盤(pán)尺寸結(jié)構(gòu)，探頭頻率選擇為2.5 MHz，晶片尺寸(長(zhǎng)×寬)為6 mm×6 mm，入射角為62°。

3.2.2 掃描范圍和靈敏度調(diào)整

超聲表面波檢測(cè)時(shí),探頭掃描速度調(diào)整方法[5]與斜探頭的不同。將探頭聲波發(fā)射面涂以耦合劑，放在V-2型試塊上，使探頭前沿距離φ5 mm孔邊沿30 mm,調(diào)整深度按鍵，使孔的反射波位于顯示屏水平刻度“9”處，調(diào)整抑制讀數(shù)為40%，使φ5 mm孔的反射波高度達(dá)到飽和?；蛘邔⑻筋^放置在法蘭盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)試塊上，表面波沿法蘭盤(pán)表面向輪軸的根部傳播(見(jiàn)圖3)，探頭前沿距離過(guò)渡圓角R5內(nèi)側(cè)邊(即輪軸外壁)15 mm，使底波(轉(zhuǎn)換橫波的回波)位于顯示屏水平刻度“7”附近，調(diào)整抑制讀數(shù)為40%，使底波高度達(dá)到飽和，此時(shí)顯示屏水平掃描線與聲程比為2∶1。

圖3 主起落架法蘭盤(pán)超聲表面波檢測(cè)波形與探頭放置示意

3.2.3 檢測(cè)步驟

(1) 分解機(jī)輪，取下剎車(chē)盤(pán)螺栓，將法蘭盤(pán)清洗干凈，如果發(fā)現(xiàn)探頭掃查區(qū)存在漆層脫落、起泡，則進(jìn)行局部除漆或打磨處理(用砂紙)。

(2) 將探頭涂上耦合劑后放置在法蘭盤(pán)上，指向輪軸的根部(見(jiàn)圖3)，當(dāng)在圖2 中A>27 mm的區(qū)域時(shí)，探頭前沿距離過(guò)渡圓角R5內(nèi)側(cè)邊15 mm，底波(轉(zhuǎn)換橫波的回波)位于顯示屏水平刻度“7”附近，始波與底波之間的區(qū)域?yàn)槿毕荼O(jiān)視區(qū)，尤其注意水平刻度“3.5”至“6”之間的區(qū)域。

(3) 當(dāng)在圖2中A<27 mm的區(qū)域時(shí)，為了使表面波能夠完全入射至法蘭盤(pán)內(nèi)，探頭前沿距離過(guò)渡圓角R5內(nèi)側(cè)邊10 mm，底波(轉(zhuǎn)換橫波的回波)位于顯示屏水平刻度“6”附近，水平刻度“2.5”至“5”之間的區(qū)域?yàn)槿毕葜攸c(diǎn)監(jiān)視區(qū)。

(4) 由于待檢法蘭盤(pán)表面有保護(hù)層，掃查時(shí)首先應(yīng)該進(jìn)行耦合補(bǔ)償。調(diào)節(jié)儀器增益值，在探頭和工件耦合良好的前提下，底波波高應(yīng)達(dá)到飽和。

(5) 沿著法蘭盤(pán)一周緩慢移動(dòng)探頭，探頭始終指向輪軸根部圓角R5處，并作角度不大于10°的擺動(dòng)，使底波基本處于最高波高狀態(tài)，探頭與法蘭盤(pán)表面要保持耦合良好，注意觀察顯示屏上的缺陷監(jiān)視區(qū)和底波波高的變化，以判定是否有缺陷，直至掃查一周結(jié)束。當(dāng)缺陷監(jiān)視區(qū)出現(xiàn)回波信號(hào)，同時(shí)底波波高降低時(shí)，應(yīng)特別注意。

(6) 如果缺陷監(jiān)視區(qū)出現(xiàn)回波信號(hào)，首先應(yīng)將探頭前的耦合劑擦拭干凈，排除由此造成的干擾雜波。確認(rèn)此回波是源自工件后，用手指觸壓法確定出反射源的位置，并觀察該處是否有漆層脫落、刀痕、腐蝕坑或者其他凹坑等。若這些因素都排除后，回波仍然存在，應(yīng)判定該處是否有裂紋，并通過(guò)磁粉檢測(cè)方法驗(yàn)證復(fù)查，確定缺陷的性質(zhì)和大小。當(dāng)探頭前沿距離過(guò)渡圓角R5內(nèi)側(cè)邊10 mm時(shí)，應(yīng)特別注意在水平刻度“3”附近有一波高約為40%(相對(duì)于滿屏高度)的干擾波，此時(shí)可將探頭適當(dāng)前后移動(dòng)少許，觀察此回波幅度的變化，如果回波波高變化較大甚至消失，即為干擾波，若回波幅度較穩(wěn)定，應(yīng)進(jìn)一步判定其是否為裂紋回波。

(7) 檢測(cè)完畢后，將檢測(cè)區(qū)域擦拭干凈，對(duì)除漆部位及時(shí)進(jìn)行局部補(bǔ)漆；發(fā)現(xiàn)缺陷回波信號(hào)時(shí)，還須及時(shí)做好記錄。

4 磁軛法檢測(cè)

4.1 檢測(cè)影響因素

由于法蘭盤(pán)檢測(cè)部位形狀不規(guī)則，使用磁軛法檢測(cè)時(shí)兩個(gè)磁極不容易放置，而且兩磁極會(huì)與檢測(cè)表面產(chǎn)生間隙。隨著接觸面間隙的增大，法蘭盤(pán)表面磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生損失，同時(shí)還會(huì)在接觸部位產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的漏磁場(chǎng)，漏磁場(chǎng)會(huì)吸附磁粉使得所在區(qū)域內(nèi)的缺陷磁痕無(wú)法辨認(rèn)而形成盲區(qū)。

另外，磁軛法為局部磁化方法，兩極間的磁力線大體上平行于兩極的連線，磁化區(qū)為一橢圓形，兩極連線為短軸。磁化區(qū)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布是不均勻的，在兩極連線方向，兩極附近磁場(chǎng)強(qiáng)，中心部位的弱；在垂直連線方向，連線附近的磁場(chǎng)強(qiáng)，遠(yuǎn)離連線處的弱。因此為了得到較理想的磁場(chǎng)，一是增大兩磁極與法蘭盤(pán)的接觸面，二是檢測(cè)區(qū)域盡量調(diào)整在兩極連線的1/4和3/4處，遠(yuǎn)離兩極端部并避開(kāi)兩級(jí)連線的中間部位，以避免盲區(qū)的影響以及磁痕堆積。

4.2 檢測(cè)步驟

將兩磁極放在被檢法蘭盤(pán)的表面，并施加一定壓力使兩磁極與被測(cè)件良好接觸。按下按鈕開(kāi)關(guān)，開(kāi)始磁化；松開(kāi)開(kāi)關(guān)，磁化結(jié)束。在打開(kāi)磁軛開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下，將磁粉施加于被測(cè)件表面，為保證檢測(cè)靈敏度，采用黑色油基磁懸液。

因法蘭盤(pán)檢測(cè)部位為一圓形，磁軛法檢測(cè)時(shí)應(yīng)分段磁化，且區(qū)段間的有效部位須有一定重疊。

5 檢測(cè)實(shí)例

在起落架周期性檢測(cè)工作中，運(yùn)用超聲表面波對(duì)法蘭盤(pán)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)兩例主起落架法蘭盤(pán)R5圓角處裂紋，長(zhǎng)度分別約為42,23 mm。其中一例波形顯示如圖4所示，可以看出，顯示屏顯示缺陷回波距離始波大約20 mm，由于顯示屏水平掃描線與聲程之比為2∶1，因此缺陷實(shí)際位置離探頭前沿約10 mm，即位于R5過(guò)渡圓角起始處。采用磁軛法進(jìn)行復(fù)檢驗(yàn)證，證實(shí)了缺陷所處位置，磁痕形貌如圖5所示，可見(jiàn)其磁痕濃密且兩端尖銳，證明該缺陷為裂紋。綜合分析裂紋的發(fā)展趨勢(shì)，以及法蘭盤(pán)受交變扭轉(zhuǎn)剪切力的特點(diǎn)，判定該裂紋屬疲勞裂紋。

圖4 帶缺陷回波波形示例

圖5 法蘭盤(pán)裂紋磁痕形貌

6 結(jié)語(yǔ)

法蘭盤(pán)機(jī)件的檢測(cè)試驗(yàn)表明表面波檢測(cè)技術(shù)能有效應(yīng)用于某型飛機(jī)主起落架法蘭盤(pán)表面和近表面缺陷的檢測(cè)中，該技術(shù)具有檢測(cè)靈敏度高和工件預(yù)處理少等優(yōu)點(diǎn)，既能保證檢測(cè)的安全可靠性，又能避免因過(guò)多拆卸和打磨工件保護(hù)層可能導(dǎo)致的工件損傷，從而降低工件拆裝成本，提高檢測(cè)效率。