直升機零件疲勞裂紋的滲透檢測與渦流檢測

丁能圣，朱金忠，黃景興

昌河飛機工業(yè)(集團)有限責(zé)任公司，景德鎮(zhèn) 333002)

某型機在服役期間，發(fā)現(xiàn)其上的某鋁合金零件的叉耳處存在裂紋，對該零件進行拆解發(fā)現(xiàn)，裂紋從該零件的叉耳中心向外圍擴展。

對該裂紋解剖并進行金相分析，失效結(jié)論為表面金屬掉塊不均勻，磨損處色澤明顯改變且出現(xiàn)肉眼可見的斑疤狀坑，微動磨損所產(chǎn)生的斑疤狀坑及其金相照片如圖1所示。如圖1(a)黑色部分所示，裂紋處于磨損區(qū)邊緣附近，兩裂紋均與軸向成45°角，呈杯錐狀形貌，端口宏觀形貌呈現(xiàn)出疲勞端口特征。因此，可以判斷裂紋起源于叉耳表面與襯套的微動磨損，為微動疲勞裂紋，即微動疲勞裂紋是該零件疲勞失效的根源。

圖1 微動磨損所產(chǎn)生的斑疤狀坑及其金相照片

該零件(外觀見圖2)服役一定時間后，按照設(shè)計要求需要進行熒光滲透檢測。受檢零件外觀如圖2所示。受零件表面狀態(tài)影響，無法有效檢測出疲勞裂紋。針對該零件的特點，通過對滲透檢測和渦流檢測的原理、條件、效果及可實施性進行對比分析，制定了相應(yīng)的檢測試驗方案。試驗結(jié)果表明,使用滲透檢測與渦流檢測相結(jié)合的方法，能有效地檢測出該零件中的疲勞裂紋。

圖2 受檢零件外觀

1 熒光滲透檢測

因為檢測表面質(zhì)量會影響滲透檢測結(jié)果，所以檢測前需采用合適的方法盡可能地消除這些影響，即檢測表面不能存在油污、油脂、氧化皮等會堵塞缺陷開口的污物。

1.1 滲透檢測工藝研究

滲透檢測前，應(yīng)使用脫漆劑去除非裝配面的污物，結(jié)合機械清理的方法去除表面漆層，并采用機械去除的方法去除表面氧化皮等。在裝配面，應(yīng)使用溶劑去除零件表面的油脂。零件表面按照上述要求處理后，再按照標(biāo)準(zhǔn)GJB 2367A-2005 《滲透檢驗》 的要求，使用I類(熒光)A方法(水洗型)滲透劑，a型(干粉型)顯像劑，3級靈敏度，對該零件進行滲透檢測。檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)該零件的非裝配表面均能達(dá)到檢測要求，能發(fā)現(xiàn)應(yīng)有的缺陷顯示；但在該零件的叉耳內(nèi)孔位置，肉眼可見表面斑疤處的滲透檢測熒光顯示為圓型顯示，沒有正常的缺陷顯示那么清晰可見，無法判斷該顯示是否為裂紋(見圖3)。

圖3 A方法檢測結(jié)果

為了驗證內(nèi)孔處的圓形顯示是否為裂紋，采用I類(熒光)C方法(溶劑去除型)滲透劑，d型(溶劑懸浮型)顯像劑，3級靈敏度，對內(nèi)孔按照標(biāo)準(zhǔn)GJB 2367A—2005的要求進行檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該顯示仍為圓形顯示，只是顯示亮度略有增加，仍然無法判斷該顯示是否為裂紋(見圖4)。

圖4 C方法檢測結(jié)果

對該顯示處進行金相分析，發(fā)現(xiàn)存在微動磨損裂紋。

1.2 原因分析及解決措施

筆者分析了使用滲透檢測不能有效地發(fā)現(xiàn)此類裂紋缺陷的原因，共有以下幾點。

(1) 零件表面經(jīng)過噴丸、陽極化等處理，陽極化層和噴丸表面存在凹坑，凹坑內(nèi)的污物不能有效去除掉，滲透檢測時這些污物會吸附滲透劑，使得滲透劑不能完全有效去除，造成暗室檢測時熒光背景較重，對缺陷顯示的判斷造成影響。

(2) 有些裂紋非常細(xì)微，處于萌芽狀態(tài)，滲透檢測無法檢測出。

(3) 裂紋周圍微動磨損，產(chǎn)生了流變金屬，堵塞缺陷。

(4) 裂紋內(nèi)的油污、油脂未完全去除，與滲透劑發(fā)生反應(yīng)，造成熒光萃滅。

基于以上原因，需采取更有效的清洗措施清洗零件表面。因為該零件內(nèi)孔是精度孔，不能使用機械打磨或化學(xué)清洗方法去除表面污物，否則會影響到該零件的裝配，所以使用滲透檢測方法存在局限性，需考慮使用其他無損檢測方法。

2 渦流檢測

射線檢測技術(shù)適用于檢測體積型缺陷，不適用于檢測裂紋等平面型缺陷，且該內(nèi)孔不便于排布膠片。超聲檢測技術(shù)適用于檢測內(nèi)部缺陷，存在表面檢測盲區(qū)。由于該零件是鋁合金材料，不屬于鐵磁性材料，故也不能使用磁粉檢測方法，根據(jù)檢測原理，可以考慮使用渦流檢測方法進行檢測。渦流檢測具有檢測速度快、不需要耦合介質(zhì)、能有效發(fā)現(xiàn)表面或近表面的缺陷、不需去除表面涂層、檢測結(jié)果直觀等優(yōu)點[1]。

2.1 渦流檢測原理

當(dāng)把一個導(dǎo)體置于交變磁場中，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，即渦流，如果導(dǎo)體中存在缺陷，就會導(dǎo)致渦流出現(xiàn)變化，利用這種現(xiàn)象來檢測導(dǎo)體中的缺陷，即為渦流檢測。

2.2 透入深度

由于交流電的集膚效應(yīng)，導(dǎo)體表面的渦流密度較大，渦流幾乎都在導(dǎo)體表面的薄層中流動。

渦流標(biāo)準(zhǔn)透入深度δ與頻率f的關(guān)系為[2]

(1)

式中：δ為透入深度；μ為磁導(dǎo)率；σ為電導(dǎo)率；f為交流電的頻率。

對于非鐵磁性材料，μ=μ0=4π×10-7H·m-1，可得標(biāo)準(zhǔn)透入深度，即[2]

(2)

通常在工程應(yīng)用中，定義2.6倍的標(biāo)準(zhǔn)透入深度為有效透入深度，即[1]

δ有效=2.6δ

(3)

因為該零件的疲勞裂紋位于表面，有的深度很淺，所以筆者選用較高頻率(500 kHz)的探頭，并使用電導(dǎo)率儀測得該零件材料的電導(dǎo)率為32%IACS(即18.58×106S·m-1)，同時可由式(3)得出該零件的有效透入深度，δ有效為0.429×10-3m。

通過理論計算，對于該零件疲勞裂紋的渦流檢測，選用頻率為500 kHz的探頭，能夠達(dá)到檢測要求。

2.3 制定渦流檢測工藝

筆者使用GE Mentor EM型渦流檢測儀，并選用205P4型500 kHz筆式屏蔽絕對45°斜角探頭，設(shè)定增益為33 dB/54 dB，相位角為326°；使用鋁合金試塊進行靈敏度調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)標(biāo)定深度為0.2 mm的人工缺陷顯示約為滿屏的20%。儀器設(shè)定好后對該零件的內(nèi)孔進行檢測,零件不同位置的渦流檢測結(jié)果如圖5所示。

圖5 零件不同位置的渦流檢測結(jié)果

由圖5可以看出，使用該設(shè)備并按設(shè)定好的參數(shù)能有效地檢測出滲透檢測不能發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷。由圖5(c)的缺陷顯示可以看出，該裂紋呈不規(guī)則形貌。

3 改進措施

通過以上檢測工藝研究，針對該零件的缺陷產(chǎn)生原因和缺陷性質(zhì)，制定出以下改進措施。

(1) 該零件的此類缺陷在檢測過程中多次發(fā)現(xiàn)，是設(shè)計不當(dāng)造成的。應(yīng)告知工程設(shè)計部門，完善設(shè)計裝配方案，減少微動磨損的影響，并在維修文件中增加渦流檢測。

(2) 應(yīng)完善滲透檢測工藝，合理制定滲透檢測前的清洗方法。主要體現(xiàn)在使用脫漆劑浸泡并結(jié)合機械清洗的方法去除表面漆層、使用溶劑去除表面油污和油脂等。

(3) 應(yīng)完善零件服役指令，在滲透檢測后，對零件叉耳處增加渦流檢測。

4 結(jié)語

筆者針對某型直升機受力關(guān)鍵零件的在役檢測特點，將熒光滲透檢測和渦流檢測方法相結(jié)合，在具體部位分別采用不同的方法進行檢測，能有效地檢測出疲勞裂紋缺類陷。

每一種無損檢測方法都具有各自的優(yōu)點和局限性，在檢測過程中，需根據(jù)被檢零件的特點，選用多種方法進行試驗，相互補充，制定詳細(xì)的檢測方案。