特殊結構鉚釘原位渦流檢測的探頭設計

段建剛，李 永，任富華

（沈陽黎明航空發動機公司，沈陽 110043）

某機匣基體采用復合材料制作，基體外表面附件采用鈦合金鉚釘墊制鈦合金板與基體鉚接來進行固定。由于鉚釘采用固定鉚接方式，在鐓粗過程中會使鉚釘側壁產生平行于載荷方向的微小應力裂紋，其在使用過程中會逐步擴展進而對鉚接結構的穩定度造成很大影響，為此有必要對鉚釘側壁裂紋進行原位無損檢測。

對非鐵磁性金屬表面裂紋的檢測通常有渦流檢測和滲透檢測兩種方法。滲透原位檢測主要采用熒光法或者著色法，由于鉚接完畢后鉚釘厚度只有1.5mm，實際操作中很難將鉚釘側壁完全滲透，且機匣上此類鉚釘數量達300多個，進行滲透原位檢測難度和工作量都相當大，可操作性差。

渦流檢測方法利用電磁場與工件的相互作用進行檢測，具有非接觸、快速檢測的特點。在綜合考慮鉚釘結構的基礎上，筆者提出采用渦流原位檢測方法對其進行檢測，主要結合鉚釘結構設計了探頭，并對設計好的探頭用相應對比試件進行了靈敏度和信噪比的試驗驗證。

1 探頭結構設計

渦流檢測探頭由于結構的不同會帶來靈敏度的差異，常用渦流探頭按比較方式分為絕對式探頭和差動式探頭兩種［1］。絕對式探頭主要利用試件某一位置的絕對變化來進行檢測，對試件表面粗糙度、曲率以及電導率的變化均能產生響應，易造成干擾信號。差動式探頭利用試件兩個相鄰位置的自身電磁差異的比較來進行檢測，可以抑制由試件表面粗糙度、曲率以及電導率的緩慢變化引起的線圈阻抗變化，干擾信號小，故差動式探頭檢測靈敏度通常要高于絕對式探頭［2］。下面主要結合待檢鉚釘結構對探頭進行設計。

待檢鉚釘結構示意圖見圖1。從圖1中可以看出，裂紋出現的位置在側壁，長度最多只有1.5mm，為了獲得較高的檢測靈敏度，選用差動式探頭對其進行檢測。

圖1 鉚釘結構示意圖

由于鉚釘厚度為1.5mm，考慮到邊緣效應的影響，差動探頭檢測線圈直徑不能超過1.5mm，同時由于鉚釘側壁帶有曲率，為了使差動式探頭在曲率切線方向上尺寸更小，采用半圓柱體磁芯（如圖2）制作檢測線圈。半圓柱體直徑為0.9mm，長度為5mm，用半圓柱體磁芯制作完檢測線圈后將兩個檢測線圈合并成一個圓柱體差動探頭結構，這種結構可以將鉚釘曲率對渦流檢測的影響降到最小。

圖2 檢測線圈磁芯

由于采用手動旋轉掃查，旋轉角度過大易帶來提離信號，故采用四通道探頭對鉚釘進行旋轉掃查，探頭封裝結構設計如圖3所示，檢測時只需旋轉90°就可以完成對鉚釘的掃查。綜上所述，最終設計的探頭結構俯視圖如圖4所示。

圖3 探頭封裝結構

圖4 探頭結構頂視圖

2 探頭靈敏度試驗

為了有效驗證所設計探頭的靈敏度和信噪比，特制作與機匣鉚釘結構完全一致的對比試件，其鉚釘材料和鉚接工藝與實際完全相同，對鉚接完成后的鉚釘進行了計量測定，確認鉚釘尺寸完全符合要求。針對鉚釘側壁產生裂紋的特點，在鉚釘側壁1／4圓周處加工制作四個長1.5mm（等于鉚釘厚度）、寬0.2mm、深0.2mm（沿鉚釘徑向）的人工缺陷模擬鉚釘側壁裂紋。采用所設計的四通道探頭對此人工缺陷進行渦流檢查，四個通道均出現人工缺陷信號，如圖5所示。可以看出，對于長1.5mm×寬0.2mm×深0.2mm的人工缺陷，所設計的探頭有較高的靈敏度和信噪比，可以滿足鉚釘側壁裂紋的渦流原位檢測。

圖5 人工缺陷信號圖

3 結語

渦流檢測方法由于其自身的優點非常適合機匣上300多個鉚釘側壁裂紋的原位檢測。利用所設計的渦流四通道原位檢測探頭，可以快速有效地完成機匣上300多個鉚釘的原位檢測。

［1］徐可北，周俊華.渦流檢測［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［2］《美國無損檢測學會》譯審委員會.美國無損檢測手冊·電磁卷［M］.上海：世界圖書出版公司，1999.