王 玲

（沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng) 110015）

很多航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件都是采用高溫合金、鈦合金制造的。滲透檢測(cè)具有不受材料組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的限制、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)大部分零部件試驗(yàn)分解后的無(wú)損檢測(cè)。

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

1 零件滲透檢測(cè)情況

發(fā)動(dòng)機(jī)分解后，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)目視檢查，初步判斷缺陷的性質(zhì)為裂紋。為了進(jìn)一步確定缺陷的性質(zhì)，對(duì)該零件進(jìn)行了熒光滲透檢測(cè)。該零件屬于關(guān)鍵件，缺陷部位表面狀態(tài)為機(jī)加工表面，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇親水型后乳化型熒光滲透檢測(cè)方法；滲透檢測(cè)的工藝過(guò)程及消耗器材均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滲透液靈敏度為4級(jí)［4］。

按照上述流程對(duì)該零件進(jìn)行檢測(cè)后，未發(fā)現(xiàn)有裂紋缺陷的影像顯示，這與預(yù)期的檢查結(jié)果相佐。為了查明原因，對(duì)該零件進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證與分析。

2 檢測(cè)試驗(yàn)與分析

2.1 渦流檢測(cè)

渦流檢測(cè)能夠發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電材料的表面和近表面缺陷，且具有操作簡(jiǎn)便、不需要耦合劑和易于實(shí)現(xiàn)高速、自動(dòng)化檢測(cè)等特點(diǎn)［5］。渦流檢測(cè)與滲透檢測(cè)的區(qū)別之一就是渦流檢測(cè)能夠?qū)Ρ砻娌婚_(kāi)口的裂紋進(jìn)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(méi)有形成開(kāi)口性缺陷；因此，采用了渦流檢測(cè)方法對(duì)裂紋部位進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)零件的材質(zhì)及表面狀態(tài)，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇了最佳工藝參數(shù)，檢測(cè)的結(jié)果卻表明該部位具有明顯的裂紋響應(yīng)信號(hào)，屬于真實(shí)的裂紋缺陷。

2.2 斷口分析

對(duì)零件其中的一處裂紋進(jìn)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(jiàn)，表明裂紋性質(zhì)為疲勞開(kāi)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(kuò)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(kuò)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(jiàn)明顯的放射棱線特征，并匯集于篦齒尖端面。在擴(kuò)展區(qū)能觀察到清晰的疲勞弧線。進(jìn)一步放大觀察，局部可見(jiàn)一些疲勞條帶特征，見(jiàn)圖3（b），表明裂紋性質(zhì)為疲勞開(kāi)裂，源區(qū)位于篦齒齒尖端面。

3 滲透檢測(cè)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(cè)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(duì)熒光滲透的工藝過(guò)程進(jìn)行分析。在預(yù)處理工序中，采用了侵蝕工藝處理，零件表面清潔，無(wú)油脂、氧化物等干擾滲透檢測(cè)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(jí)，對(duì)細(xì)微的裂紋缺陷識(shí)別能力較強(qiáng)；由分析可知裂紋是受應(yīng)力產(chǎn)生的，按照美國(guó)軍用指令33B－1－1推薦的標(biāo)準(zhǔn)，滲透時(shí)間選擇24h，滿足了滲透時(shí)間的需求；對(duì)于后乳化型滲透檢測(cè)，乳化效果對(duì)檢測(cè)靈敏度有較大影響，乳化不足，沖洗不干凈，使得背景過(guò)重；乳化過(guò)度，可能造成過(guò)清洗，從而降低靈敏度，親水性乳化劑的作用過(guò)程見(jiàn)圖4（見(jiàn)Asm Handbook金屬手冊(cè)17卷）。

圖4 親水性乳化劑的作用過(guò)程

對(duì)于該薄壁齒的乳化過(guò)程及乳化時(shí)間經(jīng)過(guò)了多次試驗(yàn)驗(yàn)證，基本保證了清洗后零件的背景要求。綜上對(duì)滲透檢測(cè)主要工序的分析，未發(fā)現(xiàn)影響該零件滲透檢測(cè)失效的因素。

另一方面，為驗(yàn)證零件裂紋部位是否開(kāi)口，對(duì)故障件上的裂紋部位進(jìn)行了取樣分析，在掃描電鏡下觀察裂紋的開(kāi)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(duì)于這種微米級(jí)寬度的裂紋，常規(guī)的熒光滲透檢測(cè)方法較難檢出。零部件在使用過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生腐蝕裂紋、應(yīng)力裂紋等缺陷，這些裂紋在形成的初期開(kāi)口較小，不利于滲透檢測(cè)的有效檢出。

經(jīng)過(guò)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(yùn)行過(guò)程受應(yīng)力作用而產(chǎn)生的。由于篦齒部位較薄，在這種復(fù)雜的應(yīng)力條件下會(huì)產(chǎn)生局部頸縮；從而，以齒尖部位為裂紋源向根部擴(kuò)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(kāi)口過(guò)于狹窄，導(dǎo)致了該零件滲透檢測(cè)結(jié)果的失效。

國(guó)外曾使用一種叫做閃爍茲格洛熒光滲透方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片進(jìn)行檢測(cè)，取得了較好的效果。這種方法屬于加載滲透的一種，即在對(duì)零件加載的同時(shí)進(jìn)行滲透處理和觀察；如果缺陷存在，會(huì)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(jié)論

（1）薄壁齒裂紋滲透檢測(cè)失效的原因是裂紋受應(yīng)力作用而產(chǎn)生，開(kāi)口寬度過(guò)于狹窄，導(dǎo)致滲透液無(wú)法有效地深入到零件的裂紋中去，難以形成顯示痕跡。

（2）對(duì)于使用中受應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，采用熒光滲透檢測(cè)時(shí)，在條件允許下可考慮采用加載滲透方式。

（3）渦流檢測(cè)受裂紋缺陷開(kāi)口寬度的影響較小，可作為該類零件的輔助檢測(cè)手段。

［1］劉琪峰.軍工產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)診斷標(biāo)準(zhǔn)與新技術(shù)應(yīng)用及規(guī)范操作全書(shū)［M］.北京：中國(guó)知識(shí)出版社，2006.

［2］孫金立.無(wú)損檢測(cè)及在航空維修中的應(yīng)用［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004.

［3］劉貴民，馬麗麗.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

［4］金宇飛.滲透檢測(cè)材料的分類和靈敏度等級(jí)的驗(yàn)證比較［J］.無(wú)損檢測(cè)，2007，29（3）：46－49.

［5］李國(guó)華，吳淼.現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)與評(píng)價(jià)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.