某型機(jī)外置機(jī)匣接耳檢測(cè)疑似裂紋分析

汪榮華,盧新亮,歐陽康,曹 強(qiáng),吳云坤,王 京

(國營蕪湖機(jī)械廠,蕪湖 241000)

外置機(jī)匣接耳位于某型機(jī)中央翼第3墻上，用于連接中央翼第3墻和小發(fā)動(dòng)機(jī)(見圖1)。該接耳材料為7B04-T6，屬于超硬鋁合金，其特點(diǎn)是強(qiáng)度較高，但抗疲勞性能較差，對(duì)應(yīng)力集中敏感性強(qiáng)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)易導(dǎo)致固定接耳承載過大，且承力不均會(huì)使得接耳產(chǎn)生附加應(yīng)力，甚至引起裂紋的產(chǎn)生。

圖1 外置機(jī)匣接耳安裝狀態(tài)

某型機(jī)經(jīng)過大修出廠后，在服役階段的無損檢測(cè)定檢時(shí),發(fā)現(xiàn)外置機(jī)匣接耳處存在渦流檢測(cè)顯示明顯的缺陷信號(hào)，著色檢測(cè)無裂紋相關(guān)顯示，檢測(cè)人員對(duì)該部位的檢測(cè)結(jié)果往往心存疑慮。針對(duì)該疑似裂紋信號(hào)，筆者將接耳分解下來，借助其他無損檢測(cè)方法，熱處理和微觀觀察等方式進(jìn)行了探討。

通過查閱相關(guān)資料，可知:如果被檢材料存在材料不均，如成份偏析、熱處理或磁性不均勻等，都會(huì)引起渦流響應(yīng)；近表面夾雜、氣孔等小的體積型缺陷通常也會(huì)引起渦流信號(hào)突變。由于鋁合金在使用過程中存在一定的殘余應(yīng)力,脈沖渦流信號(hào)的峰值與拉伸應(yīng)力間存在一定的非線性關(guān)系[1]；渦流信號(hào)隨著試樣內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)的增大呈線性變化的趨勢(shì)[2]。且金屬產(chǎn)品或零件在使用過程中容易產(chǎn)生腐蝕和疲勞裂紋，對(duì)于產(chǎn)品下表面的腐蝕和探測(cè)面上出現(xiàn)的開裂及其微小裂紋，肉眼是無法發(fā)現(xiàn)的。針對(duì)上述幾種可能引起渦流響應(yīng)信號(hào)的因素，筆者開展了以下試驗(yàn)與分析。

1 試驗(yàn)分析

將原位渦流檢測(cè)有明顯信號(hào)響應(yīng)特征、著色檢查無相關(guān)顯示的4件外置機(jī)匣接耳從飛機(jī)上分解下來，并分別編號(hào)為1#，2#，3#，4#試件，再次對(duì)其進(jìn)行渦流和著色檢測(cè)，以驗(yàn)證機(jī)上原位檢測(cè)和離位檢測(cè)結(jié)果的一致性。

1.1 著色檢測(cè)

對(duì)1#，2#，3#，4#外置機(jī)匣接耳進(jìn)行著色檢測(cè)，得到結(jié)果如圖2所示。顯像后進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)1#，3#試件表面有少量針孔狀顯示，2#試件表面有鏈狀壓痕、凹坑顯示，4#試件上無任何顯示。4件接耳試件均無裂紋相關(guān)顯示?？梢姡瑱C(jī)匣接耳分解后離位著色檢測(cè)結(jié)果與機(jī)體原位著色檢測(cè)結(jié)果一致。

圖2 機(jī)匣接耳著色檢測(cè)結(jié)果

圖3 對(duì)比試塊的裂紋渦流信號(hào)

1.2 渦流檢測(cè)

圖4 機(jī)匣接耳的渦流檢測(cè)信號(hào)

渦流檢測(cè)時(shí)采用德國羅曼公司的渦流檢測(cè)儀(型號(hào)M2V3L)和其匹配的彎角絕對(duì)式屏蔽探頭(型號(hào)KAS 66-3)。該手持式渦流檢測(cè)儀具有頻率響應(yīng)靈敏、缺陷信號(hào)相位角分離大、邊緣效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)，適用于未知方向和復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)表面細(xì)小缺陷的檢測(cè)。設(shè)定的檢測(cè)參數(shù)如下：工作頻率為400 kHz,總增益為58.0 dB;y軸廣角增益為13.0 dB;低通頻率為100 Hz;高通頻率為1.8 Hz；前置放大為14 dB。將渦流檢測(cè)儀提離信號(hào)調(diào)為水平方向，調(diào)試對(duì)比試塊上2 mm深裂紋的報(bào)警閾，設(shè)定為幅值的20%，如圖3所示。依次對(duì)4件試件進(jìn)行渦流檢測(cè)，結(jié)果顯示4件試件信號(hào)均響應(yīng)明顯，阻抗幅值沖擊有力，相位偏轉(zhuǎn)80°～90°，為很明顯的裂紋信號(hào)特征，如圖4所示。進(jìn)行多次重復(fù)檢測(cè)，結(jié)果復(fù)現(xiàn)；標(biāo)識(shí)后記錄檢測(cè)結(jié)果?？梢姡佣纸夂箅x位渦流檢測(cè)結(jié)果與機(jī)體原位渦流檢測(cè)結(jié)果一致。

1.3 熒光檢測(cè)

為進(jìn)一步探究疑似裂紋信號(hào)的來源，對(duì)4件試件進(jìn)行熒光檢測(cè)分析。熒光檢測(cè)前，清洗試件后將其浸泡于丙酮溶液中30 min，徹底清洗后干燥完全，再進(jìn)行熒光檢測(cè)，熒光滲透液靈敏度等級(jí)為2級(jí)。檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。

圖5 機(jī)匣接耳熒光檢測(cè)結(jié)果

熒光檢測(cè)結(jié)果顯示，1#,4#試件無缺陷顯示;2#試件表面有鏈狀顯示，使用排筆蘸染無水乙醇溶液輕微擦拭，干燥后顯示重現(xiàn)，表明該處即為缺陷。結(jié)合圖4中2#試件的渦流檢測(cè)結(jié)果，可初步判斷2#試件上的兩處顯示為裂紋顯示。3#試件熒光檢測(cè)結(jié)果顯示2條明顯的細(xì)微裂紋，長度分別為4，6 mm，用無水乙醇擦拭后出現(xiàn)熒光液輕微回滲的現(xiàn)象。

一般來說，熒光滲透檢測(cè)的靈敏度高于著色滲透檢測(cè)的靈敏度，對(duì)于開口度較小的裂紋具有較高的檢出率。著色檢測(cè)操作中清洗工件表面多余滲透劑時(shí)，對(duì)于淺表缺陷容易造成過清洗，且肉眼較難發(fā)現(xiàn)，這可能是熒光檢測(cè)發(fā)現(xiàn)3#試件上存在裂紋，而著色檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)的主要原因。由于滲透檢測(cè)技術(shù)只適用于非多孔性材料的表面開口缺陷，而渦流檢測(cè)技術(shù)能檢出導(dǎo)電材料表面及近表面缺陷，故對(duì)于材料為7B04的外置機(jī)匣固定接耳可能存在的近表面微小裂紋，渦流檢測(cè)技術(shù)具有更高的檢測(cè)靈敏度和缺陷檢出率。1#，4#試件表面無缺陷顯示，而渦流檢測(cè)時(shí)卻有明顯的信號(hào)響應(yīng)。該2件試件的近表面是否存在夾雜、氣孔等小的體積型缺陷、是否存在內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)引起的渦流信號(hào)，仍需要通過試驗(yàn)來分析。

1.4 數(shù)字射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)

筆者采用數(shù)字射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)(DR)系統(tǒng)對(duì)4件試件進(jìn)行檢測(cè)，以驗(yàn)證試件內(nèi)部是否存在夾雜、氣孔等小的體積型缺陷。試驗(yàn)設(shè)備為：移動(dòng)式工業(yè)X射線檢測(cè)機(jī)，型號(hào)為XY-3010/3；GE公司的DXR250C-W平板探測(cè)器(非晶硅輻射探測(cè)器，探測(cè)像素達(dá)200 μm)。

DR檢測(cè)參數(shù)如下：透照電壓為100 kV;管電流為4 mA；焦距為800 mm;放大倍數(shù)為1.01；采樣時(shí)間為2 s;幀數(shù)為4。對(duì)4件試件進(jìn)行DR檢測(cè)，結(jié)果如圖6所示。通過分析外置機(jī)匣接耳的DR檢測(cè)結(jié)果可知，3#試件存在裂紋影像，該缺陷影像位置與圖5熒光檢測(cè)結(jié)果中3#試件裂紋影像相吻合。觀察1#，2#和4#試件的DR影像，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，不存在近表面夾雜、氣孔等小的體積型孔洞等宏觀缺陷，即該3件試件渦流異常信號(hào)與試件內(nèi)部體積型缺陷因素?zé)o關(guān)。

圖6 機(jī)匣接耳DR檢測(cè)結(jié)果

1.5 去應(yīng)力處理和微觀觀察

選取1#試件進(jìn)行去應(yīng)力處理，2#，4#試件進(jìn)行微觀觀察。

先對(duì)1#試件進(jìn)行第一次穩(wěn)定時(shí)效處理：將試件平穩(wěn)放置在RX3-18-5回火爐中，在100～115 ℃加熱溫度中保溫12～14 h，空冷至室溫，完成第一次去應(yīng)力處理。按設(shè)定參數(shù)，對(duì)完成去應(yīng)力處理的1#試件進(jìn)行渦流檢測(cè)，渦流響應(yīng)信號(hào)同圖4中1#試件的信號(hào)一致。說明渦流信號(hào)來源與試件內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)這一可能影響因素?zé)o關(guān)。

對(duì)4#，2#試件表面渦流信號(hào)響應(yīng)明顯的部位進(jìn)行剖開，切開后制備金相試樣。對(duì)試樣進(jìn)行磨制、拋光后在光學(xué)顯微鏡下觀察。金相試樣制件如圖7所示。

圖7 金相試樣制件

對(duì)4#試件進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，找到3處典型位置的裂紋，如圖8所示,圖中右側(cè)上下位置的兩圖為同一位置的裂紋顯示。由圖8可見，3處裂紋呈斷續(xù)形態(tài)，裂紋方向一致，均朝垂直于試樣長邊方向擴(kuò)展，最長裂紋長度超過1 mm；左側(cè)上下兩圖顯示的裂紋纖細(xì)，擴(kuò)展至試樣長邊沿時(shí)裂紋痕跡隱匿，說明該兩條裂紋是試樣表面未開口的近表面裂紋或開口很小的微裂紋，但裂紋在試樣的厚度方向已擴(kuò)展至一定的深度。由圖8右側(cè)的上圖可知，裂紋起始于試件表面，斷續(xù)縱向延伸后有一定的長度。

圖8 4#試件裂紋微觀形貌

對(duì)2#試件進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，找到兩處典型位置的裂紋(見圖9)，裂紋呈斷續(xù)形態(tài)，左側(cè)圖中裂紋沿垂直于試樣長邊方向擴(kuò)展，右側(cè)圖中裂紋位于尖角處(也呈斷續(xù)形態(tài)),左側(cè)圖中觀察到裂紋在距邊沿92 μm處隱匿，說明該裂紋為試件近表面或表面延伸下來的裂紋。該觀察結(jié)果與渦流檢測(cè)、熒光檢測(cè)結(jié)果相一致。由圖8，9分析可知，圖4中4#，2#試件的渦流響應(yīng)信號(hào)來源于試件表面或近表面的裂紋。

圖9 2#試件裂紋微觀形貌

2 結(jié)論

(1) 外置機(jī)匣接耳渦流異常信號(hào)與可能存在的內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng),近表面夾雜、氣孔等小的體積型缺陷等因素?zé)o關(guān)。

(2) 外置機(jī)匣接耳檢測(cè)時(shí)渦流異常響應(yīng)信號(hào)明顯，著色檢查無相關(guān)顯示時(shí)，渦流信號(hào)來源于試件近表面裂紋或表面開裂度極其微小的裂紋。當(dāng)渦流檢測(cè)外置機(jī)匣接耳耳片時(shí)，信號(hào)相位角明顯偏轉(zhuǎn)、阻抗幅值沖擊有力，則可判定該處存在裂紋。渦流檢測(cè)對(duì)試件表面或近表面微小裂紋具有很高的檢測(cè)靈敏度和可靠性。