某型機外置機匣接耳檢測疑似裂紋分析

汪榮華,盧新亮,歐陽康,曹 強,吳云坤,王 京

(國營蕪湖機械廠,蕪湖 241000)

外置機匣接耳位于某型機中央翼第3墻上，用于連接中央翼第3墻和小發動機(見圖1)。該接耳材料為7B04-T6，屬于超硬鋁合金，其特點是強度較高，但抗疲勞性能較差，對應力集中敏感性強。發動機工作時產生的振動易導致固定接耳承載過大，且承力不均會使得接耳產生附加應力，甚至引起裂紋的產生。

圖1 外置機匣接耳安裝狀態

某型機經過大修出廠后，在服役階段的無損檢測定檢時,發現外置機匣接耳處存在渦流檢測顯示明顯的缺陷信號，著色檢測無裂紋相關顯示，檢測人員對該部位的檢測結果往往心存疑慮。針對該疑似裂紋信號，筆者將接耳分解下來，借助其他無損檢測方法，熱處理和微觀觀察等方式進行了探討。

通過查閱相關資料，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，都會引起渦流響應；近表面夾雜、氣孔等小的體積型缺陷通常也會引起渦流信號突變。由于鋁合金在使用過程中存在一定的殘余應力,脈沖渦流信號的峰值與拉伸應力間存在一定的非線性關系[1]；渦流信號隨著試樣內部應力場的增大呈線性變化的趨勢[2]。且金屬產品或零件在使用過程中容易產生腐蝕和疲勞裂紋，對于產品下表面的腐蝕和探測面上出現的開裂及其微小裂紋，肉眼是無法發現的。針對上述幾種可能引起渦流響應信號的因素，筆者開展了以下試驗與分析。

1 試驗分析

將原位渦流檢測有明顯信號響應特征、著色檢查無相關顯示的4件外置機匣接耳從飛機上分解下來，并分別編號為1#，2#，3#，4#試件，再次對其進行渦流和著色檢測，以驗證機上原位檢測和離位檢測結果的一致性。

1.1 著色檢測

對1#，2#，3#，4#外置機匣接耳進行著色檢測，得到結果如圖2所示。顯像后進行觀察，發現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顯示?？梢姡瑱C匣接耳分解后離位著色檢測結果與機體原位著色檢測結果一致。

圖2 機匣接耳著色檢測結果

圖3 對比試塊的裂紋渦流信號

1.2 渦流檢測

圖4 機匣接耳的渦流檢測信號

渦流檢測時采用德國羅曼公司的渦流檢測儀(型號M2V3L)和其匹配的彎角絕對式屏蔽探頭(型號KAS 66-3)。該手持式渦流檢測儀具有頻率響應靈敏、缺陷信號相位角分離大、邊緣效應小等優點，適用于未知方向和復雜幾何結構表面細小缺陷的檢測。設定的檢測參數如下：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。將渦流檢測儀提離信號調為水平方向，調試對比試塊上2 mm深裂紋的報警閾，設定為幅值的20%，如圖3所示。依次對4件試件進行渦流檢測，結果顯示4件試件信號均響應明顯，阻抗幅值沖擊有力，相位偏轉80°～90°，為很明顯的裂紋信號特征，如圖4所示。進行多次重復檢測，結果復現；標識后記錄檢測結果?？梢姡佣纸夂箅x位渦流檢測結果與機體原位渦流檢測結果一致。

1.3 熒光檢測

為進一步探究疑似裂紋信號的來源，對4件試件進行熒光檢測分析。熒光檢測前，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，再進行熒光檢測，熒光滲透液靈敏度等級為2級。檢測結果如圖5所示。

圖5 機匣接耳熒光檢測結果

熒光檢測結果顯示，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，表明該處即為缺陷。結合圖4中2#試件的渦流檢測結果，可初步判斷2#試件上的兩處顯示為裂紋顯示。3#試件熒光檢測結果顯示2條明顯的細微裂紋，長度分別為4，6 mm，用無水乙醇擦拭后出現熒光液輕微回滲的現象。

一般來說，熒光滲透檢測的靈敏度高于著色滲透檢測的靈敏度，對于開口度較小的裂紋具有較高的檢出率。著色檢測操作中清洗工件表面多余滲透劑時，對于淺表缺陷容易造成過清洗，且肉眼較難發現，這可能是熒光檢測發現3#試件上存在裂紋，而著色檢測未發現的主要原因。由于滲透檢測技術只適用于非多孔性材料的表面開口缺陷，而渦流檢測技術能檢出導電材料表面及近表面缺陷，故對于材料為7B04的外置機匣固定接耳可能存在的近表面微小裂紋，渦流檢測技術具有更高的檢測靈敏度和缺陷檢出率。1#，4#試件表面無缺陷顯示，而渦流檢測時卻有明顯的信號響應。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、是否存在內部應力場引起的渦流信號，仍需要通過試驗來分析。

1.4 數字射線實時成像檢測

筆者采用數字射線實時成像檢測(DR)系統對4件試件進行檢測，以驗證試件內部是否存在夾雜、氣孔等小的體積型缺陷。試驗設備為：移動式工業X射線檢測機，型號為XY-3010/3；GE公司的DXR250C-W平板探測器(非晶硅輻射探測器，探測像素達200 μm)。

DR檢測參數如下：透照電壓為100 kV;管電流為4 mA；焦距為800 mm;放大倍數為1.01；采樣時間為2 s;幀數為4。對4件試件進行DR檢測，結果如圖6所示。通過分析外置機匣接耳的DR檢測結果可知，3#試件存在裂紋影像，該缺陷影像位置與圖5熒光檢測結果中3#試件裂紋影像相吻合。觀察1#，2#和4#試件的DR影像，未發現內部缺陷，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與試件內部體積型缺陷因素無關。

圖6 機匣接耳DR檢測結果

1.5 去應力處理和微觀觀察

選取1#試件進行去應力處理，2#，4#試件進行微觀觀察。

先對1#試件進行第一次穩定時效處理：將試件平穩放置在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，完成第一次去應力處理。按設定參數，對完成去應力處理的1#試件進行渦流檢測，渦流響應信號同圖4中1#試件的信號一致。說明渦流信號來源與試件內部應力場這一可能影響因素無關。

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

圖7 金相試樣制件

對4#試件進行光學顯微鏡觀察，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處裂紋呈斷續形態，裂紋方向一致，均朝垂直于試樣長邊方向擴展，最長裂紋長度超過1 mm；左側上下兩圖顯示的裂紋纖細，擴展至試樣長邊沿時裂紋痕跡隱匿，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展至一定的深度。由圖8右側的上圖可知，裂紋起始于試件表面，斷續縱向延伸后有一定的長度。

圖8 4#試件裂紋微觀形貌

對2#試件進行光學顯微鏡觀察，找到兩處典型位置的裂紋(見圖9)，裂紋呈斷續形態，左側圖中裂紋沿垂直于試樣長邊方向擴展，右側圖中裂紋位于尖角處(也呈斷續形態),左側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。該觀察結果與渦流檢測、熒光檢測結果相一致。由圖8，9分析可知，圖4中4#，2#試件的渦流響應信號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 結論

(1) 外置機匣接耳渦流異常信號與可能存在的內部應力場,近表面夾雜、氣孔等小的體積型缺陷等因素無關。

(2) 外置機匣接耳檢測時渦流異常響應信號明顯，著色檢查無相關顯示時，渦流信號來源于試件近表面裂紋或表面開裂度極其微小的裂紋。當渦流檢測外置機匣接耳耳片時，信號相位角明顯偏轉、阻抗幅值沖擊有力，則可判定該處存在裂紋。渦流檢測對試件表面或近表面微小裂紋具有很高的檢測靈敏度和可靠性。