飛機法蘭盤表面缺陷的無損檢測方法選擇

主起落架法蘭盤是飛機著陸裝置的關(guān)鍵部件之一，主要作用是固定聯(lián)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(zhuǎn)剪切力，易使得法蘭盤的過渡圓角邊緣處產(chǎn)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檢測方法選擇法蘭盤結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，應(yīng)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(jié)果產(chǎn)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(guī)則，會引發(fā)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(shù)是一種較好的原位檢測方法。圖2法蘭盤結(jié)構(gòu)示意另外法蘭盤材料為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。超聲表面波檢測檢測影響因素分析超聲表面波質(zhì)點運動狀態(tài)具有縱波和橫波的綜合特性，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?zhèn)鞑r，對于表面的油污、不光潔等反應(yīng)敏感，會發(fā)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?zhèn)鞑?，并在?jīng)過裂紋后仍以表面波的形式沿工件表面繼續(xù)傳播，同時部分表面波在裂紋尖端處發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為變形縱波和變形橫波在工件內(nèi)部傳播。(3)弧形轉(zhuǎn)角的影響表面波傳播過程中，遇到凸面弧形轉(zhuǎn)角邊緣時，部分表面波信號會發(fā)生反射和透射；遇到凹面弧形轉(zhuǎn)角邊緣時，部分表面波會發(fā)生波型轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)轉(zhuǎn)換橫波在工件內(nèi)部傳播；而另一部分表面波信號將繼續(xù)沿弧形表面?zhèn)鞑ァ３暠砻娌z測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(chǎn)生的縱波通過一定傾角的斜楔入射到工件表面，經(jīng)波型轉(zhuǎn)換后在工件中產(chǎn)生表面波。法蘭盤的厚度為4mm(見圖2)，待檢測表面應(yīng)較光潔。綜合考慮航空機件判廢要求和法蘭盤尺寸結(jié)構(gòu)，探頭頻率選擇為2.5MHz，晶片尺寸(長×寬)為6mm×6mm，入射角為62°。掃描范圍和靈敏度調(diào)整超聲表面波檢測時，探頭掃描速度調(diào)整方法與斜探頭的不同。將探頭聲波發(fā)射面涂以耦合劑，放在V-2型試塊上，使探頭前沿距離Ф5mm孔邊沿30mm，調(diào)整深度按鍵，使孔的反射波位于顯示屏水平刻度“9”處，調(diào)整抑制讀數(shù)為40%，使Ф5mm孔的反射波高度達到飽和。或者將探頭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(nèi)側(cè)邊(即輪軸外壁)15mm，使底波(轉(zhuǎn)換橫波的回波)位于顯示屏水平刻度“7”附近，調(diào)整抑制讀數(shù)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(fā)現(xiàn)探頭掃查區(qū)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>27mm的區(qū)域時，探頭前沿距離過渡圓角R5內(nèi)側(cè)邊15mm，底波(轉(zhuǎn)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(qū)域為缺陷監(jiān)視區(qū)，尤其注意水平刻度“3.5”至“6”之間的區(qū)域。(3)當在圖2中A<27mm的區(qū)域時，為了使表面波能夠完全入射至法蘭盤內(nèi)，探頭前沿距離過渡圓角R5內(nèi)側(cè)邊10mm，底波(轉(zhuǎn)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(qū)域為缺陷重點監(jiān)視區(qū)。(4)由于待檢法蘭盤表面有保護層，掃查時首先應(yīng)該進行耦合補償。調(diào)節(jié)儀器增益值，在探頭和工件耦合良好的前提下，底波波高應(yīng)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(tài)，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(jiān)視區(qū)和底波波高的變化，以判定是否有缺陷，直至掃查一周結(jié)束。當缺陷監(jiān)視區(qū)出現(xiàn)回波信號，同時底波波高降低時，應(yīng)特別注意。(6)如果缺陷監(jiān)視區(qū)出現(xiàn)回波信號，首先應(yīng)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(yīng)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(zhì)和大小。當探頭前沿距離過渡圓角R5內(nèi)側(cè)邊10mm時，應(yīng)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(wěn)定，應(yīng)進一步判定其是否為裂紋回波。(7)檢測完畢后，將檢測區(qū)域擦拭干凈，對除漆部位及時進行局部補漆；發(fā)現(xiàn)缺陷回波信號時，還須及時做好記錄。磁軛法檢測檢測影響因素由于法蘭盤檢測部位形狀不規(guī)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(chǎn)生間隙。隨著接觸面間隙的增大，法蘭盤表面磁場強度會產(chǎn)生損失，同時還會在接觸部位產(chǎn)生相當強的漏磁場，漏磁場會吸附磁粉使得所在區(qū)域內(nèi)的缺陷磁痕無法辨認而形成盲區(qū)。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(qū)為一橢圓形，兩極連線為短軸。磁化區(qū)內(nèi)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(qū)域盡量調(diào)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(qū)的影響以及磁痕堆積。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(guān)，開始磁化；松開開關(guān)，磁化結(jié)束。在打開磁軛開關(guān)的狀態(tài)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(yīng)分段磁化，且區(qū)段間的有效部位須有一定重疊。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(fā)現(xiàn)兩例主起落架法蘭盤R5圓角處裂紋，長度分別約為42,23mm。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20mm，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10mm，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(fā)展趨勢，以及法蘭盤受交變扭轉(zhuǎn)剪切力的特點，判定該裂紋屬疲勞裂紋。圖4帶缺陷