特殊結(jié)構(gòu)鉚釘原位渦流檢測(cè)的探頭設(shè)計(jì)

段建剛，李 永，任富華

（沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司，沈陽 110043）

某機(jī)匣基體采用復(fù)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(jìn)行固定。由于鉚釘采用固定鉚接方式，在鐓粗過程中會(huì)使鉚釘側(cè)壁產(chǎn)生平行于載荷方向的微小應(yīng)力裂紋，其在使用過程中會(huì)逐步擴(kuò)展進(jìn)而對(duì)鉚接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定度造成很大影響，為此有必要對(duì)鉚釘側(cè)壁裂紋進(jìn)行原位無損檢測(cè)。

對(duì)非鐵磁性金屬表面裂紋的檢測(cè)通常有渦流檢測(cè)和滲透檢測(cè)兩種方法。滲透原位檢測(cè)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(shí)際操作中很難將鉚釘側(cè)壁完全滲透，且機(jī)匣上此類鉚釘數(shù)量達(dá)300多個(gè)，進(jìn)行滲透原位檢測(cè)難度和工作量都相當(dāng)大，可操作性差。

渦流檢測(cè)方法利用電磁場(chǎng)與工件的相互作用進(jìn)行檢測(cè)，具有非接觸、快速檢測(cè)的特點(diǎn)。在綜合考慮鉚釘結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，筆者提出采用渦流原位檢測(cè)方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，主要結(jié)合鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了探頭，并對(duì)設(shè)計(jì)好的探頭用相應(yīng)對(duì)比試件進(jìn)行了靈敏度和信噪比的試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

渦流檢測(cè)探頭由于結(jié)構(gòu)的不同會(huì)帶來靈敏度的差異，常用渦流探頭按比較方式分為絕對(duì)式探頭和差動(dòng)式探頭兩種［1］。絕對(duì)式探頭主要利用試件某一位置的絕對(duì)變化來進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)試件表面粗糙度、曲率以及電導(dǎo)率的變化均能產(chǎn)生響應(yīng)，易造成干擾信號(hào)。差動(dòng)式探頭利用試件兩個(gè)相鄰位置的自身電磁差異的比較來進(jìn)行檢測(cè)，可以抑制由試件表面粗糙度、曲率以及電導(dǎo)率的緩慢變化引起的線圈阻抗變化，干擾信號(hào)小，故差動(dòng)式探頭檢測(cè)靈敏度通常要高于絕對(duì)式探頭［2］。下面主要結(jié)合待檢鉚釘結(jié)構(gòu)對(duì)探頭進(jìn)行設(shè)計(jì)。

待檢鉚釘結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。從圖1中可以看出，裂紋出現(xiàn)的位置在側(cè)壁，長度最多只有1.5mm，為了獲得較高的檢測(cè)靈敏度，選用差動(dòng)式探頭對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 鉚釘結(jié)構(gòu)示意圖

由于鉚釘厚度為1.5mm，考慮到邊緣效應(yīng)的影響，差動(dòng)探頭檢測(cè)線圈直徑不能超過1.5mm，同時(shí)由于鉚釘側(cè)壁帶有曲率，為了使差動(dòng)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(cè)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(cè)線圈后將兩個(gè)檢測(cè)線圈合并成一個(gè)圓柱體差動(dòng)探頭結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以將鉚釘曲率對(duì)渦流檢測(cè)的影響降到最小。

圖2 檢測(cè)線圈磁芯

由于采用手動(dòng)旋轉(zhuǎn)掃查，旋轉(zhuǎn)角度過大易帶來提離信號(hào)，故采用四通道探頭對(duì)鉚釘進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃查，探頭封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示，檢測(cè)時(shí)只需旋轉(zhuǎn)90°就可以完成對(duì)鉚釘?shù)膾卟椤＞C上所述，最終設(shè)計(jì)的探頭結(jié)構(gòu)俯視圖如圖4所示。

圖3 探頭封裝結(jié)構(gòu)

圖4 探頭結(jié)構(gòu)頂視圖

2 探頭靈敏度試驗(yàn)

為了有效驗(yàn)證所設(shè)計(jì)探頭的靈敏度和信噪比，特制作與機(jī)匣鉚釘結(jié)構(gòu)完全一致的對(duì)比試件，其鉚釘材料和鉚接工藝與實(shí)際完全相同，對(duì)鉚接完成后的鉚釘進(jìn)行了計(jì)量測(cè)定，確認(rèn)鉚釘尺寸完全符合要求。針對(duì)鉚釘側(cè)壁產(chǎn)生裂紋的特點(diǎn)，在鉚釘側(cè)壁1／4圓周處加工制作四個(gè)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(cè)壁裂紋。采用所設(shè)計(jì)的四通道探頭對(duì)此人工缺陷進(jìn)行渦流檢查，四個(gè)通道均出現(xiàn)人工缺陷信號(hào)，如圖5所示。可以看出，對(duì)于長1.5mm×寬0.2mm×深0.2mm的人工缺陷，所設(shè)計(jì)的探頭有較高的靈敏度和信噪比，可以滿足鉚釘側(cè)壁裂紋的渦流原位檢測(cè)。

圖5 人工缺陷信號(hào)圖

3 結(jié)語

渦流檢測(cè)方法由于其自身的優(yōu)點(diǎn)非常適合機(jī)匣上300多個(gè)鉚釘側(cè)壁裂紋的原位檢測(cè)。利用所設(shè)計(jì)的渦流四通道原位檢測(cè)探頭，可以快速有效地完成機(jī)匣上300多個(gè)鉚釘?shù)脑粰z測(cè)。

［1］徐可北，周俊華.渦流檢測(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］《美國無損檢測(cè)學(xué)會(huì)》譯審委員會(huì).美國無損檢測(cè)手冊(cè)·電磁卷［M］.上海：世界圖書出版公司，1999.