飛機設備艙口蓋鈦鉚釘超聲波檢測應用

■ 張朝暉 杜振宴 高冠楠/石家莊海山實業發展總公司

0 引言

飛機上的功能構件和連接構件的工作環境比較惡劣，負載較大，很多還在高壓、高溫、高速運轉狀態下工作，因而構件材料基體容易產生缺陷。缺陷的形成主要以承受交變應力產生的疲勞裂紋最為常見[1]。殲擊機設備艙口蓋整體呈弧形結構，口蓋為復合材料面板蜂窩夾芯結構。設備艙口蓋通過鉸鏈合頁與機身連接在一起，合頁又通過21顆HB6478-4×8鈦鉚釘與口蓋相連，口蓋打開時可向上翻轉90?。口蓋用19件快卸鎖將設備艙口蓋固定到機身上。每件快卸鎖各通過2顆HB6478-4×8鈦鉚釘與設備艙口蓋相連，如圖1所示。設備艙口蓋外側為鉚釘頭，內側為鉚釘墩頭，快卸鎖鉚釘在金屬鎖一側為鉚釘墩頭。口蓋表面噴防腐漆層，有的飛機在口蓋外側涂有隱身涂層。服役過程中的設備艙口蓋鈦鉚釘在承受使復合材料和合頁、復合材料和快卸鎖分離的外力作用時，由釘桿、釘頭承受剪切力，防止復合材料和合頁分離、復合材料和快卸鎖分離，因此鈦鉚釘易產生疲勞裂紋。飛機服役過程中曾多次發生設備艙口蓋上鈦鉚釘斷裂故障。

針對上述問題，飛機修理工廠采用原位超聲波檢測方法，對設備艙口蓋上鈦鉚釘進行檢測，以確保鈦鉚釘鉚接質量，提高飛機結構性能及飛行安全。

1 鈦鉚釘內部質量分析

鉚接過程中為防止對復合材料釘孔造成分層損傷,設備艙口蓋上的鈦鉚釘采用壓鉚形式，壓鉚后不得出現壓歪、壓偏現象，必須保證鉚釘與其所對應的孔是同心的，鉚釘鉚接完成后釘頭面與復合材料表面平齊，釘頭上表面與墩頭下表面平行，飛機修理時為防止退漆水對復合材料和鈦鉚釘造成腐蝕，對設備艙口蓋鈦鉚釘采取原位帶漆層超聲波檢測。

服役過程中的鈦鉚釘由于交界處截面發生變化，形成應力集中，從而容易在釘頭與釘桿交界處產生裂紋，裂紋嚴重時能使鉚釘頭局部脫落或完全脫落下來。

2 檢測設備

2.1 超聲波探傷儀

采用便攜式工業無損超聲波探傷儀，能夠快速、便捷、無損傷、精確地對工件內部裂紋、氣孔、夾雜等缺陷進行檢測、定位和評估，測量范圍0～6000mm，工作頻率0.5～15MHz；放大接收硬件實時采樣：10位AD轉換器，采樣速度160 MHz，濾波頻帶0.5～15MHz，根據探頭頻率全自動匹配，無需手動設置；近表面分辨率高，已被廣泛應用到航天、航空、電力、機械制造、鐵路交通等行業的薄壁零件、渦輪葉片鑄件和鍛件等工件的探傷。

2.2 超聲波探頭

檢測時采用帶延遲塊探頭：G15MN和ALPHA，延遲塊長度為12.5mm或16.5mm。

2.3 對比試塊

圖2所示為設備艙口蓋鈦鉚釘對比試塊，其在HB6478-4×8鈦鉚釘釘頭與釘桿交界R處人工刻槽以模擬裂紋，采用完好的鈦鉚釘以及帶有不同深度人工刻槽的鈦鉚釘鉚接在尺寸150mm×50mm的復合材料板和鋼板上。其中1#鈦鉚釘為無缺陷完好鉚釘，2#鈦鉚釘切槽為橫向平行于釘頭表面人工刻槽，刻槽深度為1mm，3#鈦鉚釘切槽為橫向平行于釘頭表面人工刻槽，刻槽深度為2mm，4#鈦鉚釘切槽為橫向與釘頭表面有一定角度人工刻槽，刻槽深度為2mm。

圖1 設備艙口蓋

圖2 設備艙口蓋鈦鉚釘對比試塊

圖3 鉚釘釘頭與頂桿交界處小裂紋回波波形

圖4 鉚釘釘頭與頂桿交界處大裂紋回波波形

圖5 缺陷的反射面與聲束軸線不垂直波形

圖6 裂紋與釘頭面有一定角度的鉚釘頭和釘桿

3 異常波形評定與分析

3.1 鈦鉚釘缺陷回波指向性的影響

設備艙口蓋鈦鉚釘裂紋一般出現在釘頭與釘桿交界處，由于裂紋距離鉚釘頭埋深較小，裂紋反射波一般出現在界面波與底波之間靠界面波側。裂紋較小時，缺陷回波的指向性較差，其反射回波高度很低，反射次數只有一次或二次，底波略有降低，如圖3所示。隨著裂紋深度的增加，缺陷回波具有較好的指向性，缺陷回波的高度也隨之增高，反射波次數同時增加，底波強度減弱，甚至消失，見圖4。

3.2 鈦鉚釘裂紋取向對檢測的影響

檢測中，經常出現界面波與底波之間沒有反射回波或底波降低甚至消失的現象，如圖5所示。

此時，仔細觀察鉚釘頭側，正常鉚釘釘頭面與復合材料表面平齊，如果發現鉚釘頭一側微微翹起，有可能是釘頭與釘桿交界處裂紋，且裂紋方向偏釘頭方傾斜。圖6所示是鉚釘破壞分解后的鉚釘頭和釘桿，鉚釘頭部位左高右低，說明裂紋方向偏釘頭方向傾斜，嚴重時用尖細工具輕輕一觸，釘頭局部就會掉落。

3.3 鈦鉚釘表面涂層對檢測的影響

原位檢測時，從鉚釘頭測入射，界面波占寬增加，既沒有缺陷波也沒有底波，此時，觀察鉚釘頭面，如果釘頭面和復合材料表面平齊，有可能是釘頭表面有涂層或漆層貼合不緊所致。更換使用ALPHA探頭，重新標定探傷儀，從鈦鉚釘的墩頭測入射，如果熒光屏上同時出現正常界面波和底波，說明該鉚釘為完好鉚釘。

4 結束語

設備艙口蓋鈦鉚釘超聲波檢測，工藝方法可靠性高，操作簡單方便，能保證缺陷不漏探、不誤判，可以保證內、外場飛機服役中鉚釘產生的缺陷能100%檢出，本方法的應用為今后裝備鉚接檢測積累了檢測經驗，保障了裝備修理質量及飛行安全。

[1]成楓. 帶漆零件的渦流探傷[J].航空工藝技術, 1992, 3∶ 23-25.