某型飛機法蘭盤表面缺陷的無損檢測方法

張海兵,王 莉,孫紅光

(海軍航空大學青島校區，青島 266041)

1 概述

主起落架法蘭盤是飛機著陸裝置的關鍵部件之一(見圖1)，主要作用是固定聯接剎車盤。在飛機滑行過程中，當剎車盤對輪轂進行剎車時，剎車盤因受反作用力會對法蘭盤施加一定的扭轉剪切力，易使得法蘭盤的過渡圓角邊緣處產生疲勞裂紋，影響剎車工作效率，甚至導致剎車失效。因此，非常有必要定期對法蘭盤進行無損檢測。

圖1 主起落架輪軸法蘭盤實物

圖2 法蘭盤結構示意

2 檢測方法

法蘭盤結構示意如圖2所示，應力集中部位如圖中R5處所示。法蘭盤表面有一層油漆，如對其實施磁粉檢測和滲透檢測，油漆層會對檢測結果產生較大影響；如果采用渦流檢測方法，原理上是可行的，但檢測部位形狀不規則，會引發大量干擾信號而影響檢測的可靠性。故，綜合考慮法蘭盤表面狀況和各類檢測方法的適用性，認為超聲表面波檢測技術是一種較好的原位檢測方法[1-3]。

另外法蘭盤材料為30GrMnSiA，是一種鐵磁性材料，選用磁粉檢測方法作為復檢的方法比較適用。

3 超聲表面波檢測

3.1 檢測影響因素分析

超聲表面波質點運動狀態具有縱波和橫波的綜合特性[4]，表面波檢測法蘭盤時主要受以下因素影響。

(1) 油污和表面光潔度的影響

表面波波長比橫波波長短，衰減也大于橫波的，當其沿工件表面傳播時，對于表面的油污、不光潔等反應敏感，會發生大幅衰減。利用此特點，檢測過程中可以用手指沾少量油在聲束傳播方向觸壓工件表面，并觀察反射回波波高的變化，從而判斷反射源及其所處位置。

(2) 裂紋的影響

當表面波遇到裂紋時，一部分信號在裂紋開口處仍以表面波的形式被反射，并沿工件表面的原路徑返回；另一部分信號會沿裂紋表面傳播，并在經過裂紋后仍以表面波的形式沿工件表面繼續傳播，同時部分表面波在裂紋尖端處發生波型轉換，轉換為變形縱波和變形橫波在工件內部傳播。

(3) 弧形轉角的影響

表面波傳播過程中，遇到凸面弧形轉角邊緣時，部分表面波信號會發生反射和透射；遇到凹面弧形轉角邊緣時，部分表面波會發生波型轉換，出現轉換橫波在工件內部傳播；而另一部分表面波信號將繼續沿弧形表面傳播。

3.2 超聲表面波檢測

3.2.1 探頭的選擇

超聲表面波探頭主要選擇縱波折射法表面波換能器，壓電晶片產生的縱波通過一定傾角的斜楔入射到工件表面，經波型轉換后在工件中產生表面波。法蘭盤的厚度為4 mm(見圖2)，待檢測表面應較光潔。綜合考慮航空機件判廢要求和法蘭盤尺寸結構，探頭頻率選擇為2.5 MHz，晶片尺寸(長×寬)為6 mm×6 mm，入射角為62°。

3.2.2 掃描范圍和靈敏度調整

超聲表面波檢測時,探頭掃描速度調整方法[5]與斜探頭的不同。將探頭聲波發射面涂以耦合劑，放在V-2型試塊上，使探頭前沿距離φ5 mm孔邊沿30 mm,調整深度按鍵，使孔的反射波位于顯示屏水平刻度“9”處，調整抑制讀數為40%，使φ5 mm孔的反射波高度達到飽和?；蛘邔⑻筋^放置在法蘭盤標準試塊上，表面波沿法蘭盤表面向輪軸的根部傳播(見圖3)，探頭前沿距離過渡圓角R5內側邊(即輪軸外壁)15 mm，使底波(轉換橫波的回波)位于顯示屏水平刻度“7”附近，調整抑制讀數為40%，使底波高度達到飽和，此時顯示屏水平掃描線與聲程比為2∶1。

圖3 主起落架法蘭盤超聲表面波檢測波形與探頭放置示意

3.2.3 檢測步驟

(1) 分解機輪，取下剎車盤螺栓，將法蘭盤清洗干凈，如果發現探頭掃查區存在漆層脫落、起泡，則進行局部除漆或打磨處理(用砂紙)。

(2) 將探頭涂上耦合劑后放置在法蘭盤上，指向輪軸的根部(見圖3)，當在圖2 中A>27 mm的區域時，探頭前沿距離過渡圓角R5內側邊15 mm，底波(轉換橫波的回波)位于顯示屏水平刻度“7”附近，始波與底波之間的區域為缺陷監視區，尤其注意水平刻度“3.5”至“6”之間的區域。

(3) 當在圖2中A<27 mm的區域時，為了使表面波能夠完全入射至法蘭盤內，探頭前沿距離過渡圓角R5內側邊10 mm，底波(轉換橫波的回波)位于顯示屏水平刻度“6”附近，水平刻度“2.5”至“5”之間的區域為缺陷重點監視區。

(4) 由于待檢法蘭盤表面有保護層，掃查時首先應該進行耦合補償。調節儀器增益值，在探頭和工件耦合良好的前提下，底波波高應達到飽和。

(5) 沿著法蘭盤一周緩慢移動探頭，探頭始終指向輪軸根部圓角R5處，并作角度不大于10°的擺動，使底波基本處于最高波高狀態，探頭與法蘭盤表面要保持耦合良好，注意觀察顯示屏上的缺陷監視區和底波波高的變化，以判定是否有缺陷，直至掃查一周結束。當缺陷監視區出現回波信號，同時底波波高降低時，應特別注意。

(6) 如果缺陷監視區出現回波信號，首先應將探頭前的耦合劑擦拭干凈，排除由此造成的干擾雜波。確認此回波是源自工件后，用手指觸壓法確定出反射源的位置，并觀察該處是否有漆層脫落、刀痕、腐蝕坑或者其他凹坑等。若這些因素都排除后，回波仍然存在，應判定該處是否有裂紋，并通過磁粉檢測方法驗證復查，確定缺陷的性質和大小。當探頭前沿距離過渡圓角R5內側邊10 mm時，應特別注意在水平刻度“3”附近有一波高約為40%(相對于滿屏高度)的干擾波，此時可將探頭適當前后移動少許，觀察此回波幅度的變化，如果回波波高變化較大甚至消失，即為干擾波，若回波幅度較穩定，應進一步判定其是否為裂紋回波。

(7) 檢測完畢后，將檢測區域擦拭干凈，對除漆部位及時進行局部補漆；發現缺陷回波信號時，還須及時做好記錄。

4 磁軛法檢測

4.1 檢測影響因素

由于法蘭盤檢測部位形狀不規則，使用磁軛法檢測時兩個磁極不容易放置，而且兩磁極會與檢測表面產生間隙。隨著接觸面間隙的增大，法蘭盤表面磁場強度會產生損失，同時還會在接觸部位產生相當強的漏磁場，漏磁場會吸附磁粉使得所在區域內的缺陷磁痕無法辨認而形成盲區。

另外，磁軛法為局部磁化方法，兩極間的磁力線大體上平行于兩極的連線，磁化區為一橢圓形，兩極連線為短軸。磁化區內磁場強度的分布是不均勻的，在兩極連線方向，兩極附近磁場強，中心部位的弱；在垂直連線方向，連線附近的磁場強，遠離連線處的弱。因此為了得到較理想的磁場，一是增大兩磁極與法蘭盤的接觸面，二是檢測區域盡量調整在兩極連線的1/4和3/4處，遠離兩極端部并避開兩級連線的中間部位，以避免盲區的影響以及磁痕堆積。

4.2 檢測步驟

將兩磁極放在被檢法蘭盤的表面，并施加一定壓力使兩磁極與被測件良好接觸。按下按鈕開關，開始磁化；松開開關，磁化結束。在打開磁軛開關的狀態下，將磁粉施加于被測件表面，為保證檢測靈敏度，采用黑色油基磁懸液。

因法蘭盤檢測部位為一圓形，磁軛法檢測時應分段磁化，且區段間的有效部位須有一定重疊。

5 檢測實例

在起落架周期性檢測工作中，運用超聲表面波對法蘭盤進行檢測，發現兩例主起落架法蘭盤R5圓角處裂紋，長度分別約為42,23 mm。其中一例波形顯示如圖4所示，可以看出，顯示屏顯示缺陷回波距離始波大約20 mm，由于顯示屏水平掃描線與聲程之比為2∶1，因此缺陷實際位置離探頭前沿約10 mm，即位于R5過渡圓角起始處。采用磁軛法進行復檢驗證，證實了缺陷所處位置，磁痕形貌如圖5所示，可見其磁痕濃密且兩端尖銳，證明該缺陷為裂紋。綜合分析裂紋的發展趨勢，以及法蘭盤受交變扭轉剪切力的特點，判定該裂紋屬疲勞裂紋。

圖4 帶缺陷回波波形示例

圖5 法蘭盤裂紋磁痕形貌

6 結語

法蘭盤機件的檢測試驗表明表面波檢測技術能有效應用于某型飛機主起落架法蘭盤表面和近表面缺陷的檢測中，該技術具有檢測靈敏度高和工件預處理少等優點，既能保證檢測的安全可靠性，又能避免因過多拆卸和打磨工件保護層可能導致的工件損傷，從而降低工件拆裝成本，提高檢測效率。