航空發(fā)動機零件滲透檢測的局限性

王 玲

（沈陽發(fā)動機設計研究所，沈陽 110015）

很多航空發(fā)動機零件都是采用高溫合金、鈦合金制造的。滲透檢測具有不受材料組織結構和化學成分的限制、靈敏度高等優(yōu)點，因此被廣泛用于航空發(fā)動機大部分零部件試驗分解后的無損檢測。

通常，滲透檢測對表面開口的缺陷檢測具有很高的靈敏度［1－3］。但是，在檢測某薄壁齒時卻發(fā)現(xiàn)，目視存有明顯缺陷，而熒光滲透檢測卻未能檢出的現(xiàn)象，故對該種零件的滲透檢測局限性進行了探研。

1 零件滲透檢測情況

發(fā)動機分解后，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)薄壁齒部位出現(xiàn)多處裂紋缺陷，典型的宏觀裂紋圖片如圖1中箭頭所示。

圖1 篦齒部位裂紋宏觀圖片

現(xiàn)場目視檢查，初步判斷缺陷的性質(zhì)為裂紋。為了進一步確定缺陷的性質(zhì)，對該零件進行了熒光滲透檢測。該零件屬于關鍵件，缺陷部位表面狀態(tài)為機加工表面，按照相關標準要求，選擇親水型后乳化型熒光滲透檢測方法；滲透檢測的工藝過程及消耗器材均符合標準規(guī)定，滲透液靈敏度為4級［4］。

按照上述流程對該零件進行檢測后，未發(fā)現(xiàn)有裂紋缺陷的影像顯示，這與預期的檢查結果相佐。為了查明原因，對該零件進行了試驗驗證與分析。

2 檢測試驗與分析

2.1 渦流檢測

渦流檢測能夠發(fā)現(xiàn)導電材料的表面和近表面缺陷，且具有操作簡便、不需要耦合劑和易于實現(xiàn)高速、自動化檢測等特點［5］。渦流檢測與滲透檢測的區(qū)別之一就是渦流檢測能夠?qū)Ρ砻娌婚_口的裂紋進行檢查。

經(jīng)初步分析，該薄壁齒部位的缺陷顯示可能是由于受力產(chǎn)生的頸縮痕跡，并沒有形成開口性缺陷；因此，采用了渦流檢測方法對裂紋部位進行檢測。針對零件的材質(zhì)及表面狀態(tài)，按照相關標準選擇了最佳工藝參數(shù)，檢測的結果卻表明該部位具有明顯的裂紋響應信號，屬于真實的裂紋缺陷。

2.2 斷口分析

對零件其中的一處裂紋進行了斷口檢查，圖2為裂紋斷口宏觀圖像，放射棱線及疲勞弧線明顯可見，表明裂紋性質(zhì)為疲勞開裂。

圖2 裂紋斷口宏觀圖像

從放射棱線判明，裂紋起源于篦齒齒尖端面（圖中箭頭所指處），沿徑向向內(nèi)擴展。斷面起伏較小，呈兩種顏色區(qū)域，起源區(qū)篦齒齒尖處為黑灰色，裂紋擴展區(qū)呈亮灰色。在掃描電鏡中觀察斷口，圖3（a）為斷口源區(qū)形貌，可見明顯的放射棱線特征，并匯集于篦齒尖端面。在擴展區(qū)能觀察到清晰的疲勞弧線。進一步放大觀察，局部可見一些疲勞條帶特征，見圖3（b），表明裂紋性質(zhì)為疲勞開裂，源區(qū)位于篦齒齒尖端面。

3 滲透檢測局限性的探討

上述工作雖然判定該零件缺陷的性質(zhì)為裂紋缺陷，但是熒光檢測失效的原因還未明確。為分析此原因，從兩方面入手。

一方面對熒光滲透的工藝過程進行分析。在預處理工序中，采用了侵蝕工藝處理，零件表面清潔，無油脂、氧化物等干擾滲透檢測的異物；滲透工序中采用了親水性后乳化滲透液，靈敏度為4級，對細微的裂紋缺陷識別能力較強；由分析可知裂紋是受應力產(chǎn)生的，按照美國軍用指令33B－1－1推薦的標準，滲透時間選擇24h，滿足了滲透時間的需求；對于后乳化型滲透檢測，乳化效果對檢測靈敏度有較大影響，乳化不足，沖洗不干凈，使得背景過重；乳化過度，可能造成過清洗，從而降低靈敏度，親水性乳化劑的作用過程見圖4（見Asm Handbook金屬手冊17卷）。

圖4 親水性乳化劑的作用過程

對于該薄壁齒的乳化過程及乳化時間經(jīng)過了多次試驗驗證，基本保證了清洗后零件的背景要求。綜上對滲透檢測主要工序的分析，未發(fā)現(xiàn)影響該零件滲透檢測失效的因素。

另一方面，為驗證零件裂紋部位是否開口，對故障件上的裂紋部位進行了取樣分析，在掃描電鏡下觀察裂紋的開口情況，如圖5所示。

圖5 篦齒裂紋微觀形貌

由圖5知，該薄壁齒裂紋的寬度不大于0.4μm，對于這種微米級寬度的裂紋，常規(guī)的熒光滲透檢測方法較難檢出。零部件在使用過程中往往會產(chǎn)生腐蝕裂紋、應力裂紋等缺陷，這些裂紋在形成的初期開口較小，不利于滲透檢測的有效檢出。

經(jīng)過以上分析，可知薄壁齒裂紋起源于齒尖端面，是由于零件在運行過程受應力作用而產(chǎn)生的。由于篦齒部位較薄，在這種復雜的應力條件下會產(chǎn)生局部頸縮；從而，以齒尖部位為裂紋源向根部擴展。目視所看到的裂紋（圖1）即是由于這種頸縮而產(chǎn)生的痕跡。由于裂紋開口過于狹窄，導致了該零件滲透檢測結果的失效。

國外曾使用一種叫做閃爍茲格洛熒光滲透方法對發(fā)動機渦輪葉片進行檢測，取得了較好的效果。這種方法屬于加載滲透的一種，即在對零件加載的同時進行滲透處理和觀察；如果缺陷存在，會出現(xiàn)像眨眼一樣的閃爍情況，便于觀察裂紋缺陷的顯示。

4 結論

（1）薄壁齒裂紋滲透檢測失效的原因是裂紋受應力作用而產(chǎn)生，開口寬度過于狹窄，導致滲透液無法有效地深入到零件的裂紋中去，難以形成顯示痕跡。

（2）對于使用中受應力而產(chǎn)生裂紋的航空發(fā)動機零部件，采用熒光滲透檢測時，在條件允許下可考慮采用加載滲透方式。

（3）渦流檢測受裂紋缺陷開口寬度的影響較小，可作為該類零件的輔助檢測手段。

［1］劉琪峰.軍工產(chǎn)品無損檢測診斷標準與新技術應用及規(guī)范操作全書［M］.北京：中國知識出版社，2006.

［2］孫金立.無損檢測及在航空維修中的應用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004.

［3］劉貴民，馬麗麗.無損檢測技術［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2010.

［4］金宇飛.滲透檢測材料的分類和靈敏度等級的驗證比較［J］.無損檢測，2007，29（3）：46－49.

［5］李國華，吳淼.現(xiàn)代無損檢測與評價［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2008.