蘇清風(fēng)，江惠東，袁雅妮

（1.中國南方航空工業(yè)集團(tuán)有限公司，株洲 412002；2.成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，成都 610092）

靜電噴涂熒光滲透檢驗(yàn)雖已得到應(yīng)用，但多用于大尺寸零件的整體或局部檢查，而應(yīng)用于多孔空心結(jié)構(gòu)零件，特別是小零件的檢驗(yàn)的報(bào)道較少。

空心葉片等零件在熒光滲透檢查時(shí)，由于滲透劑去除工藝難度大，往往會遇到檢測背景深而影響評定，或局部清洗過度以致降低檢驗(yàn)可靠性的問題；且由于清洗與評定的難度造成檢驗(yàn)周期長。筆者著重探討滲透劑不同施加方式對產(chǎn)品檢驗(yàn)過程及結(jié)果的影響。

1 常規(guī)浸漬法熒光滲透檢驗(yàn)存在的問題

對于小零件的滲透檢驗(yàn)，采用浸漬法是最快速有效的。但對空心且表面多孔葉片或其他內(nèi)腔結(jié)構(gòu)件，采用浸漬法時(shí)，滲透劑不可避免地會進(jìn)入型腔。由于零件內(nèi)腔中的滲透劑滯留較多，清洗多余滲透劑花費(fèi)的時(shí)間很長，更嚴(yán)重的是無法在允許的清洗時(shí)間內(nèi)清洗干凈，內(nèi)腔中的滲透劑總會滲出，從而掩蓋了零件的本底，受檢表面局部產(chǎn)生較強(qiáng)的熒光背景，降低了缺陷顯示的對比度，有時(shí)甚至?xí)耆谏w缺陷顯示，不能保證檢測質(zhì)量，如圖1所示。

因此，采用合適的滲透劑施加方式，以使?jié)B透劑盡量少地流入零件內(nèi)腔至關(guān)重要。

圖1 多孔性零件表面過強(qiáng)熒光背景圖

2 理論基礎(chǔ)

2.1 滲透劑施加方式

根據(jù)零件大小、形狀、數(shù)量及檢驗(yàn)部位的不同，選擇不同的施加方式，最常見的有如下幾種。

浸漬：整個(gè)零件全部浸入滲透劑中，適用于小零件的整體檢查。

刷涂：用刷子對零件受檢表面刷上滲透劑，適用于局部檢查，如焊縫。

澆涂：將滲透劑直接澆在零件受檢表面，適應(yīng)于大零件的局部檢查。

噴涂：包括靜電噴涂、噴罐噴涂，適用于大零件的局部或整體檢查［1］。

上述施加方式主要從滲透劑覆蓋受檢表面的方便性來考慮的，未涵蓋零件結(jié)構(gòu)原因?qū)е露嘤酀B透劑的去除難度及對評定產(chǎn)生的影響。

對于有盲孔或內(nèi)通道的零件，滲透前一般需用橡皮塞塞住或用膠紙粘住孔洞口，防止?jié)B透劑滲入而造成清洗困難。但對于多孔性零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（表面孔多、直徑小、分布廣），顯然封堵的難度太大。當(dāng)要求對零件進(jìn)行整體檢查時(shí)，只能尋找其他的滲透劑施加方法或控制手段。

2.2 靜電屏蔽原理與電場力

2.2.1 靜電屏蔽原理

將導(dǎo)體放入電場強(qiáng)度為E的外加電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場力的作用下，會朝電場相反方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)體的負(fù)電荷分布在一邊，正電荷分布在另一邊；這些電荷會產(chǎn)生一個(gè)與外加電場方向相反的電場，且只有當(dāng)兩個(gè)電場強(qiáng)度大小相等時(shí)，即導(dǎo)體內(nèi)部總電場為0時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再移動(dòng)。這種狀態(tài)稱之為靜電平衡。

處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是一個(gè)等位體，內(nèi)部電位為0，電場為0。電荷只分布在導(dǎo)體的外表面，如果導(dǎo)體是空心的，內(nèi)部也將沒有電場，這意味著導(dǎo)體內(nèi)部區(qū)域與外部靜電場是屏蔽開的［2］，通常將這種導(dǎo)體內(nèi)部不受外部電場影響的現(xiàn)象稱之為靜電屏蔽。

2.2.2 電場力

電場對放入其中的電荷產(chǎn)生的力，在電荷量相同的情況下，距離越近的異種電荷間吸引力越大。

2.3 靜電噴涂原理

靜電噴涂原理是：受檢零件接地并作為陽極，在噴涂滲透劑（或顯象劑）的噴嘴上加上負(fù)高壓電極；噴出的滲透劑（或顯象劑）通過負(fù)高壓電極而帶上負(fù)電，零件外表面在外電場作用下產(chǎn)生感應(yīng)正電荷；因此，噴出的滲透劑（或顯象劑）在高壓靜電場的作用下會被吸引到離噴頭最近的接地良好的零件表面上，如圖2所示。由于滲透材料與零件表面結(jié)合緊密，有利于滲透劑滲透和顯象劑吸附。

另外，與普通壓力噴涂相比，采用靜電噴涂，可通過調(diào)節(jié)設(shè)備使更少量的滲透劑達(dá)到均勻覆蓋受檢表面的效果；對于空心零件來說，噴涂直達(dá)的內(nèi)腔表面聚集的滲透劑自然會較少；噴涂非直達(dá)的內(nèi)腔表面，由于靜電屏蔽原理，進(jìn)入的多余滲透劑可能會更少，有利于這類零件滲透檢查時(shí)的去除與評定，保證檢測結(jié)果的可靠。

圖2 靜電噴涂原理示意圖

3 靜電噴涂工藝

（1）檢驗(yàn)前準(zhǔn)備：滲透檢驗(yàn)前應(yīng)根據(jù)不同的受檢件所涉及的滲透系統(tǒng)建立系統(tǒng)性能基準(zhǔn)，以備檢驗(yàn)時(shí)對比系統(tǒng)性能。另外，應(yīng)根據(jù)零件大小、結(jié)構(gòu)及每批次的數(shù)量來制作專用的工位器具，以便靜電噴涂時(shí)快速有效。

（2）預(yù)清洗：清洗后，檢驗(yàn)員應(yīng)檢查零件表面是否有油脂、金屬屑或其他妨礙滲透檢查的污物。

（3）靜電噴涂滲透劑：零件裝入專用滲透檢驗(yàn)工位后，開啟靜電發(fā)生器與抽風(fēng)裝置，采用噴槍噴涂規(guī)定靈敏度的滲透劑，移動(dòng)噴嘴至零件表面距離到合適位置（一般為200～300mm），調(diào)整噴口壓力（一般為0.2MPa），噴涂角度應(yīng)根據(jù)不同零件調(diào)整，避免噴嘴正對零件內(nèi)腔孔。

噴涂時(shí)應(yīng)在黑光燈下進(jìn)行，以觀察噴涂效果，保證受檢面均勻涂上一薄層滲透劑（在保證滲透劑覆蓋受檢面的情況下盡可能?。?。

（4）滲透劑去除：按認(rèn)可的相應(yīng)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行。

（5）干燥：最好不要采用壓縮空氣吹，即使是局部積聚的水，可先用吸水布輕輕吸掉，然后采用熱循環(huán)烘箱干燥，干燥溫度最好為60～70℃（且烘箱在零件放入前最好已達(dá)到設(shè)定溫度）。

（6）顯像：打開抽風(fēng)裝置，調(diào)整噴槍噴口及壓力，以得到理想的顯像狀態(tài)，顯像時(shí)間一般為10～20min。對于批量的小零件來說，如果現(xiàn)場有專用噴粉柜的話，也可放入噴涂柜中采用噴粉方式顯像。

（7）檢驗(yàn)：檢驗(yàn)零件前，應(yīng)先對靈敏度試片進(jìn)行檢查以確定該次操作是否有效［3］，檢驗(yàn)時(shí)按認(rèn)可的相應(yīng)技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行即可。

4 應(yīng)用實(shí)例

從試驗(yàn)結(jié)果來看，內(nèi)腔多管路的大型機(jī)匣類零件，由于與外表面相連的孔口尺寸相對較大且數(shù)量相對較少，采用靜電噴涂檢查容易控制。試驗(yàn)重點(diǎn)是表面多孔的帶有空心內(nèi)腔的小零件：選取一定數(shù)量的導(dǎo)向葉片和工作葉片，分別采用常規(guī)的浸漬法、刷涂法與靜電噴涂法，進(jìn)行反復(fù)對比試驗(yàn)。

4.1 工藝系統(tǒng)性能試驗(yàn)

采用B型工藝試塊PSM－5型，選取2級靈敏度水洗滲透系統(tǒng)（Ardrox P133D 滲透劑＋Ardrox 9D4A 顯像劑）進(jìn)行試驗(yàn)。靜電噴涂滲透劑和顯象劑，停留時(shí)間均采用規(guī)范要求的最低限定時(shí)間10min。結(jié)果五個(gè)裂紋顯示點(diǎn)均很清楚，高于系統(tǒng)規(guī)定的最少顯示3個(gè)裂紋點(diǎn)的要求，證明系統(tǒng)性能試驗(yàn)高于2級靈敏度。

4.2 試件對比試驗(yàn)情況

分別采用常規(guī)浸漬法（包括刷涂法）工藝和靜電噴涂法工藝對葉片試件進(jìn)行熒光滲透檢查。

從試驗(yàn)過程及結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不論是采用哪種靈敏度等級的水洗型還是后乳化型熒光滲透檢驗(yàn)，浸漬法均存在較多的熒光背景，不同結(jié)構(gòu)的零件采用不同的檢驗(yàn)方法只是熒光背景吸附的程度不同，甚至同一方法多次檢測的結(jié)果其吸附程度也有差異；而靜電噴涂法只要操作得當(dāng)，除了零件結(jié)構(gòu)輪廓顯示外，幾乎沒有多余背景，能達(dá)到理想的評定狀態(tài)。

目前航空領(lǐng)域熒光滲透檢測大多采用2、3、4級的水洗型和親水性后乳化型。從滲透劑本身對試件產(chǎn)生背景的影響來說，2級水洗型滲透劑對其影響最??；從對缺陷的檢出能力來說，2 級水洗型滲透劑最弱。為了避免重復(fù)，僅選擇了水洗2 級的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，以著重說明相同試件用同一等級的滲透劑采用浸漬法和靜電噴涂法所產(chǎn)生的檢測結(jié)果差異，不涉及試件所規(guī)定的滲透方法和靈敏度等級要求。浸漬法和靜電噴涂法的檢測效果如圖3～6所示。

圖3 浸漬法檢測的熒光背景圖

圖4 靜電噴涂法檢測的熒光背景圖

圖5 浸漬法檢測時(shí)缺陷處的背景掩蓋情況

圖6 靜電噴涂法檢測出的缺陷顯示

4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

浸漬法滲透檢查時(shí)，由于內(nèi)腔積聚滲透劑太多，在保證系統(tǒng)靈敏度的情況下無法徹底清洗干凈，導(dǎo)致這些部位會有不同程度的熒光背景吸附，甚至掩蓋這些部位的缺陷顯示，造成漏檢，檢驗(yàn)可靠性低；而靜電噴涂方式，由于靜電屏蔽原理及電場力作用，只要控制好噴涂角度或方向，帶電的滲透劑大多被吸附到與其相距最近的零件外表面，空心內(nèi)腔吸入的滲透劑極少，因此其后的各工位控制相對容易得多，且檢驗(yàn)背景好，檢測可靠性高。

4.4 靜電噴涂熒光滲透檢測多孔性空心結(jié)構(gòu)零件的優(yōu)點(diǎn)

（1）檢驗(yàn)可靠性高：由于滲透劑或顯像劑在靜電場作用下吸附至零件表面，吸附性強(qiáng)，靈敏度高，多余滲透劑的去除容易控制，檢驗(yàn)背景好，分辨率高，檢驗(yàn)結(jié)果可靠；

（2）檢驗(yàn)周期短，檢驗(yàn)效率高：受檢產(chǎn)品所需去除時(shí)間短，且檢驗(yàn)背景好，評定時(shí)不需對背景面采用擦試技術(shù)辨別真?zhèn)?，檢驗(yàn)效率高；

（3）多余滲透劑易清洗，檢驗(yàn)工藝控制簡單：不論是水洗型滲透劑還是親水性后乳化型滲透劑，多余滲透劑易清洗，與實(shí)心零件檢驗(yàn)無明顯差異。由于清洗效果好，后續(xù)過程也不會出現(xiàn)殘余滲透劑造成的干擾影響，容易控制。

5 結(jié)語

對多孔性空心小葉片進(jìn)行靜電噴涂熒光滲透檢測，操作便捷、結(jié)果穩(wěn)定可靠。靜電噴涂技術(shù)需要積累足夠的經(jīng)驗(yàn)，并配備相應(yīng)的檢驗(yàn)工裝，對不同結(jié)構(gòu)零件的噴涂效果進(jìn)行控制并調(diào)整，以便更好地快速可靠地完成產(chǎn)品的檢驗(yàn)。

［1］林猷文，任學(xué)冬.滲透檢驗(yàn)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：75.

［2］郎為民，姜斌，張?jiān)品?，等，譯.電磁屏蔽原理與應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：226.

［3］江惠東.靜電噴涂熒光滲透檢驗(yàn)工藝應(yīng)用［J］.無損檢測，2000，22（1）：33－34.