積屑瘤非相關(guān)熒光顯示的控制

王乃翠,楊學(xué)兵，萬 磊，唐建朝,李雪婷

(1.中國航發(fā)西安航空發(fā)動機有限公司，西安 710021；2.長安大學(xué)校長辦公室，西安 710021)

在熒光滲透檢測中，常見的缺陷有裂紋、氣孔、夾雜、疏松、折疊、冷隔和分層等，這些缺陷稱為真實顯示,也稱作相關(guān)顯示[1]。機械加工引起的表面粗糙或者刀痕顯示則稱為非相關(guān)顯示，其一般可在打磨、返修后去除。在驗收零件時，通常也不將這類顯示作為拒收的依據(jù)。

針對零件在機加工后，其圓角根部產(chǎn)生的積屑、積屑瘤等導(dǎo)致材料表面縫隙變得緊密，引起非相關(guān)熒光顯示，易造成缺陷漏檢的問題，從機械加工工藝和熒光滲透檢測角度進(jìn)行分析，找到了解決方法，避免了這類問題的產(chǎn)生。

1 積屑瘤的產(chǎn)生

某航空零件材料為AMS5613，碳含量最大為0.15%。材料硬度越低，塑性越好，產(chǎn)生積屑瘤的可能性越大。

積屑瘤是積屑和碎屑擠壓產(chǎn)生的材料粘損，指在已經(jīng)機加工的表面上的少量沉積過剩金屬，一般是由機加工過程中夾入的切屑引起的[2]。其具體為顆粒狀，外觀顯示為深灰、黑色或閃亮的白色(外觀顏色與光度有關(guān)，見圖1)。

圖1 積屑瘤外觀顯示

2 加工方法分析和試驗結(jié)果

2.1 加工工藝

該零件的加工工藝流程為：① 粗車加工；② 粗銑外型面；③ 去毛刺；④ 精車加工；⑤ 精銑外型面；⑥ 去毛刺；⑦ 機械加工檢驗；⑧ 清洗；⑨ 熒光滲透檢測；⑩ 入庫。

筆者對以上工藝流程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)積屑瘤易產(chǎn)生于精銑外型面的圓角根部。積屑瘤黏附在已加工表面，形成硬點和毛刺，增大了工件的表面粗糙度。積屑瘤的存在使刀具實際工作的前角增大，可減少切削變形和切削力，使切削變得輕快，有利于粗加工。

從機械加工角度進(jìn)行分析，精加工過程容易產(chǎn)生積屑瘤，原因是在精銑圓角根部時，切削液不易流入刀尖，不能很好地對刀具進(jìn)行冷卻和潤滑，導(dǎo)致刀具的磨損加重。應(yīng)采用潤滑性能很好的切削液對刀具進(jìn)行充分潤滑和冷卻；其次，根據(jù)相關(guān)資料，增大刀具前角可以減少切屑與前刀面的摩擦，特別是在圓角根部切削力和切削熱比較集中的情況下，增大刀具的前角，可明顯減少積屑瘤的產(chǎn)生。降低或提高切削速度，可以使切削溫度低于或高于積屑瘤產(chǎn)生區(qū)域的溫度，也可控制積屑瘤的產(chǎn)生。

2.2 熒光滲透檢測結(jié)果

機加工后零件的圓角根部產(chǎn)生積屑瘤，導(dǎo)致零件的表面粗糙度大，在熒光滲透檢測時積屑瘤呈現(xiàn)微弱的點狀或者幾乎沒有顯示。利用擦拭技術(shù)，可以使缺陷中的滲透液很快地滲出到零件表面，形成明顯的熒光顯示。在全部滲透檢測過程完成之后，使用蘸有丙酮的軟毛刷對零件的缺陷顯示部分進(jìn)行擦拭，一個方向上最多擦拭兩次。揮發(fā)性溶劑丙酮很容易把縫隙中的滲透液帶到零件表面，進(jìn)而形成顯示。利用水洗型3級靈敏度滲透液對零件的圓角根部進(jìn)行檢測，擦拭前后的顯示如圖2所示。

積屑瘤形成后會受到材料的擠壓和拖拽，導(dǎo)致熒光滲透液不易進(jìn)入也不易滲出，不能很好地形成痕跡顯示，極易造成漏檢。釆用高一級靈敏度的熒光滲透液對零件的圓角根部進(jìn)行檢測[即用后乳化型4級靈敏度熒光滲透液(ID4)代替水洗型3級靈敏度熒光滲透液(IA3)]，在未使用擦拭技術(shù)的情況下，圓角根部出現(xiàn)明顯的熒光顯示(見圖3)。

圖3 零件圓角根部的滲透檢測顯示(后乳化型)

雖然高靈敏度的滲透液能有效地檢測出圓角根部的積屑瘤，但并不意味著在任何情況下都可選擇高靈敏度的檢測方法。例如對粗糙表面使用高靈敏度的滲透液會使清洗困難，造成背景過深，甚至造成虛假顯示，達(dá)不到檢測的目的，且檢測費用也高。因此，檢測人員需綜合考慮靈敏度需求與檢測成本來確定合適的檢測技術(shù)。

3 檢測分析

3.1 檢測流程

筆者采用水洗型3級(IA3)熒光滲透液對圓角根部進(jìn)行熒光滲透檢測，并對出現(xiàn)積屑瘤的零件進(jìn)行反復(fù)檢測驗證。檢測流程如下所述。

(1) 預(yù)清洗:用水基清洗劑(型號為ARDROX 6333A，濃度為5%10%)噴洗零件120 s;然后用自來水沖洗90 s;再用壓縮空氣吹去表面積水后,將零件放入110 ℃的烘箱內(nèi)，干燥30 min。

(2) 滲透:將干燥后的零件冷卻至10～52 ℃,然后浸入SHERWIN HM-604型(水洗型3級)熒光滲透液中15 min,再滴落15 min。

(3) 水洗:采用水噴槍沖洗零件,水溫為10～38 ℃,水壓不大于0.27 MPa。

(4) 手工清洗:采用與步驟(3)相同的參數(shù),在紫外燈下去除零件表面多余的熒光滲透液。

(5) 干燥:采用壓力不大于0.17 MPa的壓縮空氣吹去零件表面的多余水分,然后將零件放入熱循環(huán)空氣的烘干箱中進(jìn)行干燥,烘干溫度為62 ℃，干燥時間為15 min。

(6) 顯像：在噴粉柜里通過爆粉的方式施加顯像粉，顯像停留時間為15 min，停留時間結(jié)束后，吹去表面多余的顯像粉，壓力小于0.034 MPa。

(7) 檢測：在暗室黑光下進(jìn)行檢測，零件表面的黑光照度不小于1 200 μW·cm-2,采用擦拭技術(shù)對顯示區(qū)域進(jìn)行擦拭。

3.2 檢測分析

溶劑噴淋清洗適用于表面平整的工件，但對孔、凹槽等清洗效果不理想。因此，試驗采用超聲波浸洗試件，利用超聲波的空化作用在工件周圍形成巨大的沖擊，使工件表面及縫隙中的污垢迅速剝落，達(dá)到清洗工件表面的目的[3]。對經(jīng)超聲波浸洗后的零件進(jìn)行滲透檢測，其積屑瘤顯示更明顯(見圖4)。

圖4 超聲波清洗前后積屑瘤的熒光顯示

熒光滲透檢測前的預(yù)處理對檢測結(jié)果至關(guān)重要。超聲波應(yīng)用的有效性和安全性受許多因素影響，應(yīng)對這些因素進(jìn)行評估和控制。超聲系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)滿足零件的具體要求，超聲發(fā)生器的頻率，零件的夾具，零件的材料、形狀、尺寸、數(shù)量及清洗劑的溫度、濃度等都會對清洗效果產(chǎn)生影響。超聲波清洗系統(tǒng)的參數(shù)如表1所示。

表1 超聲波清洗系統(tǒng)的參數(shù)

對零件進(jìn)行超聲清洗時，檢測人員應(yīng)控制超聲的空化和共振，確保零件清洗充分而不被損壞。影響空化效果的因素如下所述。

(1) 低頻超聲波的空化效應(yīng)更強，能量更大，清洗效果更好，但對零件損傷也更大；高頻超聲波的空化效應(yīng)較弱，清洗效果較差，但對零件的損傷較小。超聲波清洗零件的最低頻率為19 kHz。

(2) 試驗應(yīng)設(shè)定并控制最高和最低的操作溫度，因為隨溫度的升高空化性降低，所以超聲清洗效果不明顯。超聲清洗溫度應(yīng)低于77 ℃。

(3) 零件應(yīng)懸浮在清洗槽中，避免與槽體或換能器表面發(fā)生金屬對金屬的接觸，以減少零件共振受損的風(fēng)險。

(4) 應(yīng)制定最低和最高的清洗劑濃度，清洗劑濃度增大會導(dǎo)致空化現(xiàn)象降低。

(5) 應(yīng)控制槽內(nèi)同一時間清洗的零件形狀、尺寸和數(shù)量，槽內(nèi)一次清洗的零件數(shù)量越多，空化效應(yīng)越弱，且應(yīng)盡量減少零件間的相互接觸。

(6) 清洗材料較軟的零件時，由于鋁箔容易受到空蝕破壞，可以先在溶液中懸掛鋁箔來評估超聲能量的損壞性和均勻性。

經(jīng)過試驗，筆者建議：當(dāng)暗區(qū)環(huán)境白光強度小于20 lx時，零件表面最低黑光燈照度為50 μW·cm-2；當(dāng)暗區(qū)環(huán)境白光在20～100 lx時，零件表面最低黑光燈照度為100 μW·cm-2，且每月采用高一級靈敏度的滲透液對零件進(jìn)行復(fù)查。

4 結(jié)語

結(jié)合零件熒光滲透檢測的結(jié)果，筆者通過更改加工刀具和加工參數(shù)，采用潤滑性能好的切削液，避免了精加工中積屑瘤的產(chǎn)生。優(yōu)化了滲透檢測預(yù)處理清洗方式及手工補洗時零件表面的黑光照度參數(shù)，同時規(guī)定了定期進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，更好地控制了零件的品質(zhì)，對零件后續(xù)工序的正常進(jìn)行有重要意義。