某型飛機中外翼對接螺栓孔旋轉槍渦流檢測

汪榮華，盧新亮，吳云坤

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241000）

某型飛機中央翼和外翼為對接結構，通過螺栓連接，如圖1所示。該型飛機在飛行過程中由外翼提供的升力導致對接螺栓孔受到螺栓帶來的向上方向的拉應力，當飛機在地面停放過程中，由于外翼及其內部油箱的自重，對接螺栓孔受到螺栓帶來的向下方向的拉應力?？紤]到應力集中的作用，飛機在反復的飛行和停放過程中，長期受到變幅循環拉、壓、扭等應力的作用，對接螺栓孔極易產生徑向疲勞裂紋，裂紋達到一定限度后最終將導致嚴重的航空事故[1]。

目前，國內外進行了大量的螺栓孔裂紋檢測研究，其中，徐敬崗[2]等對螺栓孔疲勞裂紋采用超聲檢測的方法；郭海鷗[3]等采用橡膠鑄型法檢測螺栓孔裂紋，都存在檢測難度大、檢測效率低等問題，難以取得很好的檢測效果。由于螺栓孔孔徑小（一般均在Φ12mm以下），對螺栓孔內深層區域的裂紋缺陷檢測難度大，且裂紋缺陷引起的危害大，因此螺栓孔深層裂紋缺陷的無損檢測一直是個公認的難題[4]。嘗試使用渦流旋轉探頭對螺栓孔進行檢測工藝方法的研究。

圖1 對接螺栓裝配和受力示意圖

1 渦流檢測基本原理

渦流檢測以電磁感應原理為基礎，適用于導電材料的檢測，是五大電磁無損

檢測方法之一。如圖2所示，在電渦流檢測過程中，將通有正弦交流激勵電流的激勵線圈靠近被測導體時，激勵線圈產生的電磁場與被測導體之間會發生電磁感應現象，在被測導體的表面以及內部均會感應出與原激勵電流相反的感應電流，即電渦流[5]。感應出的電渦流也會產生交變電磁場，當被測導體的電導率、磁導率、形狀、尺寸等參數發生變化或材料中出現缺陷時，將引起感應渦流強度及分布的變化，最終影響磁場分布的變化。利用這種現象來判斷被測導體缺陷存在的方法稱為渦流檢測方法[6]。

圖2 渦流檢測原理

2 螺栓孔渦流檢測工藝

2.1 頻率的選擇

渦流探傷頻率的選擇需根據工件材質、缺陷類型和要求的靈敏度共同決定。由標準透入深度公式可選擇適當的頻率。

式中： δ—被檢件在頻率?下的標準滲透深度，m；

μ—被檢件的磁導率，Η/m；

σ—被檢件的電導率，1/Ω·m；

ρ—被檢件的電導率，Ω·m；

?—檢驗頻率，Ηz

表1 常用金屬材料在不同檢測頻率下的標準透入深度表

表1中標準透入深度的數據由透入公式計算得出。由常用金屬在不同檢測頻率下的標準透入深度表和螺栓孔疲勞裂紋特性可知，旋轉渦流檢測頻率選擇為400 KHz滿足技術條件要求。

2.2 渦流探傷儀

螺栓孔渦流檢測設備選用德國羅曼的渦流檢測儀（ELOTEST B320），設備由主機、旋轉槍（MR3-HF）和各式外徑的旋轉探頭（RSM系列）構成，如圖3所示。該設備具有高滲透、高靈敏度、高信噪比和高精度的探傷性能，適合于各種復雜的飛機結構部附件的電磁渦流檢測應用。RSM系列探頭為差分式旋轉探頭，頻率范圍50KHz-2.5MHz，探頭直徑范圍（4.7-11.8）mm，可用于檢測孔內光滑表面上的缺陷。中外翼對接螺栓孔檢測選用RSMΦ9.8×60旋轉探頭和RSMΦ11.8×60旋轉探頭。

圖3 渦流檢測儀及探頭

2.3 對比試塊制定

渦流檢測對比試樣用于調試儀器設備的靈敏度、確定驗收水平和保證檢驗結果再現。中外翼對接螺栓孔對比試塊選用同機型切割下試件制作，最大程度保證了試件與被檢產品材質相同、狀態相同。在對比試塊螺栓孔內壁線切割加工有1條人工刻槽：0.15 mm ×3.0 mm（寬×深），用于渦流探傷靈敏度的調節。

3 螺栓孔旋轉槍檢測方法

按儀器操作手冊，選取編號為RK-2-N/1的探頭線，連接旋轉槍和渦流檢測儀，安裝旋轉探頭。檢查外翼對接螺栓孔應擦洗干凈，孔內壁不應有妨礙渦流探傷的臟雜物。檢查探頭的磨損情況和對比試樣磨損、腐蝕等情況，不符合要求的應及時進行更換。進入主菜單，按表2設置相應的檢測參數，包括頻率、增益、低通、高通等。已經存儲的工件檢測參數，可直接調用。ELOTEST B320型渦流檢測儀門類型設置為圓形門，報警框半徑為40%，平衡位置設在屏幕顯示屏中心附近。

表2 對接螺栓孔渦流檢測參數

按表2設定工藝參數，使旋轉探頭均勻通過對比樣件上有缺陷的螺栓孔，渦流儀顯示屏上出現缺陷波形，且渦流儀剛好發出報警，如圖4；而探頭通過無缺陷螺栓孔時，渦流儀顯示屏上無波形，渦流儀不報警。如達不到以上效果，可適當對以上參數進行微調。按下旋轉槍上的按鈕，使旋轉探頭旋轉起來。用手握住旋轉槍，將旋轉探頭以均勻的速度，來回穿過螺栓孔，反復探測。自動旋轉槍放在被檢外翼螺栓孔內時，盡量使檢測探頭處在孔中心位置。如旋轉檢測過程中發現某處渦流儀信號發生突變，阻抗幅值沖擊有力，幅度超過圓圈門限+40，渦流儀報警，可初步判定該處存在缺陷，此時需用對比試塊對渦流儀進行重新校驗，然后在工件的異常區域反復探測，注意觀察渦流信號前后變化的重復性。若在該部位的渦流儀信號變化幅值仍超過圓圈門限+40，應借助5倍以上放大鏡檢查螺栓孔內壁，排除信號是由凹坑、腐蝕點、劃痕等引起的可能性。當存在幅值變化，但變化幅度不超過圓圈門限+40時，并且排除是凹坑、腐蝕點、劃痕的可能，可用滲透檢驗方法輔助判定。

圖4 人工缺陷閾值信號

4 結論

中外翼對接螺栓孔旋轉槍渦流檢測方便快捷，具有較高的檢測靈敏度。當螺栓孔內壁無缺陷時，信號在平衡點附近，無幅相信息；當螺栓孔內壁存在超過樣件尺寸的缺陷時，幅值信號沖擊有力、超過報警框，儀器報警。發現可疑信號時，需要用放大鏡和反光鏡觀察螺栓孔內壁，確定信號是否由腐蝕點、劃痕等引起，必要時可采用著色等其他無損檢測方法進行驗證。