輪轂R區陣列渦流檢測試驗研究

摘" 要：飛機輪轂R區是結構材料厚薄變化的過渡區，容易發生應力集中，而應力集中部位是裂紋的發源地，導致飛機結構件承載性能的降低，嚴重威脅飛機的飛行安全。輪轂R區缺陷的檢測一直是無損檢測領域的熱點問題，該文采用陣列渦流檢測技術對飛機輪轂R區裂紋缺陷開展檢測，通過設計并制作不同方向的裂紋試塊，分析陣列渦流成像特征；研究不同深度裂紋的成像變化規律，優化檢測工藝參數。試驗結果表明，當激勵頻率為1 MHz，能有效檢出深度為0.2 mm的R區表面裂紋，并能對缺陷進行精準定位，研究成果可用于指導飛機輪轂的工程實踐檢測。

關鍵詞：輪轂R區；陣列渦流；激勵頻率；工藝；表面裂紋

中圖分類號：V267" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）07-0054-04

輪轂是飛機滑行、起飛、降落過程的主要承力部件，尤其在降落過程中機輪承受巨大的沖擊力和剎車產生的熱應力。輪轂作為機輪的主要部件，其結構完整性是保證飛機安全的關鍵因素。在大摩擦和交變高負荷的環境下，一旦輪轂存在裂紋，機輪上裂紋在氣體壓力和強大的沖擊力共同作用下擴展延伸，導致輪胎爆裂、輪轂斷裂和機輪飛離機體等故障，嚴重威脅飛機的降落安全。因此對輪轂R區進行定期的檢測[1-5]及缺陷進行定位定量的評估變得十分重要。

針對輪轂的無損檢測方法目前主要有超聲波檢測[6-8]、滲透檢測、渦流檢測等5種方式，在實際的應用中，需要根據檢測不同的工件材料和結構對上述5種常規方式進行選擇，有時還需要根據檢測的環境來進行選擇。超聲檢測需要耦合劑，檢測效率低，且在原位檢測常常受結構的干擾，滲透檢測只能檢測表面開口缺陷，相對于其他幾種檢測方式來說，渦流檢測技術對于輪轂的檢測更加適宜。渦流檢測技術具有價格便宜、操作簡單、無需耦合劑、適用于各種導電材料、能檢測表面以及工件近表面缺陷等特點，常規筆式單探頭掃查，檢測覆蓋范圍小，檢測效率低，對于曲率較大的面，貼合程度差，極易存在缺陷漏檢及誤判的風險，檢測結果呈現波形特征，依賴檢測人員對信號分析判斷。為了提高檢測效率及解決缺陷漏檢等問題，因此開展陣列渦流成像檢測[9-12]研究，該技術的開展可實現一次掃查大面積的覆蓋檢測區域，缺陷呈三維顯示，檢測結果直觀，并能夠有效對缺陷進行精準定位。

本文以輪轂R區為檢測對象，設計并制作人工缺陷對比試塊，研究不同方向、不同深度缺陷檢測成像的信號規律，提出缺陷成像的定位辨識方法；根據人工對比試塊缺陷的檢測信號，優化檢測參數，分析不同頻率的缺陷成像信號特征；開展不同曲率面的陣列渦流檢測試驗及檢測靈敏度的研究，修正陣列渦流的圖像處理方法，固化檢測工藝參數，推廣運用至其他檢測對象。

1" 試驗條件和檢測參數優化

1.1" 輪轂試塊

對比樣件主要用于渦流檢測時靈敏度調整和比較、評價制件質量符合性，針對實際檢測需求，并結合部件的檢測工況，在模擬件檢測區域設計加工裂紋缺陷，考慮裂紋不同方向和不同深度的影響，設計不同方向、不同深度的缺陷對比樣件，人工刻槽采用電火花加工。為研究不同深度的缺陷成像特征，設計缺陷方向為徑向延伸，長×寬×深分別為10×0.13×0.2 mm、10×0.13×0.5 mm、10×0.13×1 mm，實物如圖1（a）所示。為研究不同角度缺陷對渦流信號的影響，設計不同角度的缺陷，缺陷長×寬×深為10×0.13×0.2 mm，角度分別為0°、45°、90°，實物如圖1（b）所示。

1.2" 陣列渦流檢測參數的優化

通過對輪轂R區試塊實施檢測，優化成像檢測頻率，渦流陣列成像是基于一發一收結構，1個線圈激發，隔行的相鄰2個線圈和同行1個間隔的線圈用于接收，激發頻率對于檢測靈敏度影響較大，為了更進一步獲得較好的激發頻率，對裂紋進行定量化評價，采用不同頻率對相同參數的裂紋實施檢測，試驗頻率分別設置為200 Hz、500 Hz、1 MHz、1.2 MHz，分析各頻率的缺陷成像信號，根據缺陷成像的清晰度，進而獲取最優檢測頻率，實際檢測圖如圖2（a）所示，檢測結果圖如圖2（b）—（e）所示。

分析圖2檢測結果可知，當檢測頻率為1 MHz，裂紋信號成像最清晰，檢測信噪比高，對深度為0.2 mm的裂紋具有較高檢出靈敏度，而頻率為200 Hz、500 Hz、1.2 MHz，裂紋成像檢測信號模糊，干擾信號大，相位差區分不明顯，無法對裂紋進行成像顯示。

為驗證探頭檢測靈敏度符合工藝要求，在平板對比試塊上進行檢測試驗，鋁合金平板對比試塊如圖3（a）所示，第一組缺陷分別預制Φ5、Φ4、Φ3、Φ2 mm的盲孔，第二組缺陷參數為長為5 mm，寬0.13 mm，深分別為0.1、0.2、0.5、1 mm的長度刻槽，對不同深度的裂紋缺陷實施勻速掃查，直至對比試樣缺陷能夠清晰成像，陣列渦流檢測工藝參數見表1，對比試塊檢測結果如圖3（b）所示。

分析圖3檢測結果不難看出，檢測信噪比較高，缺陷成像清晰，通過調節相位旋轉，抑制了干擾信號，缺陷信號與干擾信號呈現一定的相位差，對深0.2 mm的缺陷有較好的檢出靈敏度。當檢測線圈運行到缺陷的正上方，且隨著缺陷徑向深度的增加，檢測幅值與相位幅值隨之增加，根據幅值與相位信號任一特征可精準對缺陷進行定位。

2" 開展陣列渦流檢測試驗研究

2.1" 不同深度裂紋的陣列渦流檢測試驗

為了研究裂紋不同深度的成像檢測信號特征，采用優化后的檢測參數對現場輪轂R角裂紋缺陷進行檢測，R角裂紋參數：長10 mm，寬0.13 mm，深分別為0.2、0.5、1 mm，檢測過程中，探頭勻速緊貼檢測工件，通過調節橫向與軸向的掃查模式，檢測結果呈現三維顯示，并調整濾波方式，進而提高檢測信噪比，檢測結果如圖4（b）所示。

由圖4檢測結果可得，不同深度缺陷，檢測信號幅值呈現遞增的趨勢，缺陷深度越大，對于渦流場的擾動越劇烈，檢測幅值與實際裂紋缺陷參數成正比，通過調節中值濾波模式，濾除噪音信號的干擾，三維成像分辨率高，對于裂紋深度為0.2 mm的缺陷有較高的檢出靈敏度，根據缺陷成像特征可精準對缺陷進行定位。

2.2" 不同角度裂紋的陣列渦流檢測試驗

為了研究裂紋不同角度的成像檢測信號特征，對裂紋參數：長10 mm，寬0.13 mm，深為0.2 mm裂紋角度分別為0°、45°、90°的輪轂R區缺陷進行檢測，檢測過程中，探頭始終勻速緊貼檢測工件，檢測結果如圖5（b）所示。

由圖5檢測結果可得，裂紋角度為0°對渦流場的擾動最大，三維成像顯著，裂紋角度為45°對渦流場的擾動較大，裂紋角度為90°對渦流場擾動最小，對90°角裂紋檢出靈敏度較低，而實際檢測過程中，裂紋的方向具有不確定性，針對90°角裂紋檢測，缺陷信號與干擾信號相位差較小，無法明顯區分缺陷信號。后續需從激勵頻率及濾波模式進行研究，設計制作仿形掃查裝置，調整裂紋的相位旋轉模式，對橫向及縱向裂紋具有較好的綜合檢出靈敏度。

由于裂紋的存在，使其該區域的電導率發生了變化，而缺陷的幾何缺失是固定的，僅有缺陷周圍的電導率影響渦流的變化，阻抗信號的幅值與相位的改變均為電導率的變化所致。一方面是由于電導率改變引起探頭的檢測電壓變化，另一方面探頭所經過區域的渦流滲透深度隨該區域的電導率變化而改變，裂紋信號成像圖本質是電導率變化的表現。

3" 試驗結論

為提高輪轂R區缺陷的檢測效率，基于渦流檢測理論，開展了輪轂R區陣列渦流檢測試驗研究，優化了檢測參數，并對不同深度、不同角度的裂紋實施檢測，試驗結論如下。

1）試驗結果表明檢測頻率為1 MHz時，裂紋信號成像最清晰，檢測信噪比高。

2）可實現對輪轂R區裂紋的檢測，能有效檢測深度為0.2 mm的裂紋，且能實現對裂紋缺陷精準的定位。

3）采用陣列渦流檢測技術對輪轂R區缺陷的檢測是可行的，且檢測靈敏度較高。針對輪轂R區不同深度的裂紋，隨著裂紋深度的增加，檢測幅值與相位特性呈現遞增的趨勢。

4）對90°角裂紋檢測，缺陷信號與干擾信號相位差較小，無法明顯區分缺陷信號，后續需從激勵頻率及濾波方式等參數進一步研究。

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Abstract： The R-zone of the aircraft hub is a transition zone where the thickness of structural materials changes， which is prone to stress concentration. The stress concentration part is the origin of cracks， which leads to a reduction in the load-bearing performance of aircraft structural parts and seriously threatens the flight safety of the aircraft. The detection of defects in the R-zone of wheel hubs has always been a hot issue in the field of non-destructive testing. In this paper， array eddy current testing technology is used to detect crack defects in the R-zone of aircraft hubs. By designing and manufacturing crack test blocks in different directions， the array eddy current imaging characteristics are analyzed; Study the changing laws of imaging cracks with different depths and optimize the inspection process parameters. The test results show that when the excitation frequency is 1 MHz， surface cracks in the R-zone with a depth of 0.2 mm can be effectively detected and the defects can be accurately positioned. The research results can be used to guide the engineering practice inspection of aircraft hubs.

作者簡介：蔣詩超（1991-），男，碩士，工程師。研究方向為電磁無損檢測新技術。