摘" 要：飛機(jī)輪轂R區(qū)是結(jié)構(gòu)材料厚薄變化的過渡區(qū)，容易發(fā)生應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中部位是裂紋的發(fā)源地，導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)件承載性能的降低，嚴(yán)重威脅飛機(jī)的飛行安全。輪轂R區(qū)缺陷的檢測一直是無損檢測領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，該文采用陣列渦流檢測技術(shù)對飛機(jī)輪轂R區(qū)裂紋缺陷開展檢測，通過設(shè)計(jì)并制作不同方向的裂紋試塊，分析陣列渦流成像特征；研究不同深度裂紋的成像變化規(guī)律，優(yōu)化檢測工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)激勵(lì)頻率為1 MHz，能有效檢出深度為0.2 mm的R區(qū)表面裂紋，并能對缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)定位，研究成果可用于指導(dǎo)飛機(jī)輪轂的工程實(shí)踐檢測。

關(guān)鍵詞：輪轂R區(qū)；陣列渦流；激勵(lì)頻率；工藝；表面裂紋

中圖分類號：V267" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）07-0054-04

輪轂是飛機(jī)滑行、起飛、降落過程的主要承力部件，尤其在降落過程中機(jī)輪承受巨大的沖擊力和剎車產(chǎn)生的熱應(yīng)力。輪轂作為機(jī)輪的主要部件，其結(jié)構(gòu)完整性是保證飛機(jī)安全的關(guān)鍵因素。在大摩擦和交變高負(fù)荷的環(huán)境下，一旦輪轂存在裂紋，機(jī)輪上裂紋在氣體壓力和強(qiáng)大的沖擊力共同作用下擴(kuò)展延伸，導(dǎo)致輪胎爆裂、輪轂斷裂和機(jī)輪飛離機(jī)體等故障，嚴(yán)重威脅飛機(jī)的降落安全。因此對輪轂R區(qū)進(jìn)行定期的檢測[1-5]及缺陷進(jìn)行定位定量的評估變得十分重要。

針對輪轂的無損檢測方法目前主要有超聲波檢測[6-8]、滲透檢測、渦流檢測等5種方式，在實(shí)際的應(yīng)用中，需要根據(jù)檢測不同的工件材料和結(jié)構(gòu)對上述5種常規(guī)方式進(jìn)行選擇，有時(shí)還需要根據(jù)檢測的環(huán)境來進(jìn)行選擇。超聲檢測需要耦合劑，檢測效率低，且在原位檢測常常受結(jié)構(gòu)的干擾，滲透檢測只能檢測表面開口缺陷，相對于其他幾種檢測方式來說，渦流檢測技術(shù)對于輪轂的檢測更加適宜。渦流檢測技術(shù)具有價(jià)格便宜、操作簡單、無需耦合劑、適用于各種導(dǎo)電材料、能檢測表面以及工件近表面缺陷等特點(diǎn)，常規(guī)筆式單探頭掃查，檢測覆蓋范圍小，檢測效率低，對于曲率較大的面，貼合程度差，極易存在缺陷漏檢及誤判的風(fēng)險(xiǎn)，檢測結(jié)果呈現(xiàn)波形特征，依賴檢測人員對信號分析判斷。為了提高檢測效率及解決缺陷漏檢等問題，因此開展陣列渦流成像檢測[9-12]研究，該技術(shù)的開展可實(shí)現(xiàn)一次掃查大面積的覆蓋檢測區(qū)域，缺陷呈三維顯示，檢測結(jié)果直觀，并能夠有效對缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

本文以輪轂R區(qū)為檢測對象，設(shè)計(jì)并制作人工缺陷對比試塊，研究不同方向、不同深度缺陷檢測成像的信號規(guī)律，提出缺陷成像的定位辨識方法；根據(jù)人工對比試塊缺陷的檢測信號，優(yōu)化檢測參數(shù)，分析不同頻率的缺陷成像信號特征；開展不同曲率面的陣列渦流檢測試驗(yàn)及檢測靈敏度的研究，修正陣列渦流的圖像處理方法，固化檢測工藝參數(shù)，推廣運(yùn)用至其他檢測對象。

1" 試驗(yàn)條件和檢測參數(shù)優(yōu)化

1.1" 輪轂試塊

對比樣件主要用于渦流檢測時(shí)靈敏度調(diào)整和比較、評價(jià)制件質(zhì)量符合性，針對實(shí)際檢測需求，并結(jié)合部件的檢測工況，在模擬件檢測區(qū)域設(shè)計(jì)加工裂紋缺陷，考慮裂紋不同方向和不同深度的影響，設(shè)計(jì)不同方向、不同深度的缺陷對比樣件，人工刻槽采用電火花加工。為研究不同深度的缺陷成像特征，設(shè)計(jì)缺陷方向?yàn)閺较蜓由?，長×寬×深分別為10×0.13×0.2 mm、10×0.13×0.5 mm、10×0.13×1 mm，實(shí)物如圖1（a）所示。為研究不同角度缺陷對渦流信號的影響，設(shè)計(jì)不同角度的缺陷，缺陷長×寬×深為10×0.13×0.2 mm，角度分別為0°、45°、90°，實(shí)物如圖1（b）所示。

1.2" 陣列渦流檢測參數(shù)的優(yōu)化

通過對輪轂R區(qū)試塊實(shí)施檢測，優(yōu)化成像檢測頻率，渦流陣列成像是基于一發(fā)一收結(jié)構(gòu)，1個(gè)線圈激發(fā)，隔行的相鄰2個(gè)線圈和同行1個(gè)間隔的線圈用于接收，激發(fā)頻率對于檢測靈敏度影響較大，為了更進(jìn)一步獲得較好的激發(fā)頻率，對裂紋進(jìn)行定量化評價(jià)，采用不同頻率對相同參數(shù)的裂紋實(shí)施檢測，試驗(yàn)頻率分別設(shè)置為200 Hz、500 Hz、1 MHz、1.2 MHz，分析各頻率的缺陷成像信號，根據(jù)缺陷成像的清晰度，進(jìn)而獲取最優(yōu)檢測頻率，實(shí)際檢測圖如圖2（a）所示，檢測結(jié)果圖如圖2（b）—（e）所示。

分析圖2檢測結(jié)果可知，當(dāng)檢測頻率為1 MHz，裂紋信號成像最清晰，檢測信噪比高，對深度為0.2 mm的裂紋具有較高檢出靈敏度，而頻率為200 Hz、500 Hz、1.2 MHz，裂紋成像檢測信號模糊，干擾信號大，相位差區(qū)分不明顯，無法對裂紋進(jìn)行成像顯示。

為驗(yàn)證探頭檢測靈敏度符合工藝要求，在平板對比試塊上進(jìn)行檢測試驗(yàn)，鋁合金平板對比試塊如圖3（a）所示，第一組缺陷分別預(yù)制Φ5、Φ4、Φ3、Φ2 mm的盲孔，第二組缺陷參數(shù)為長為5 mm，寬0.13 mm，深分別為0.1、0.2、0.5、1 mm的長度刻槽，對不同深度的裂紋缺陷實(shí)施勻速掃查，直至對比試樣缺陷能夠清晰成像，陣列渦流檢測工藝參數(shù)見表1，對比試塊檢測結(jié)果如圖3（b）所示。

分析圖3檢測結(jié)果不難看出，檢測信噪比較高，缺陷成像清晰，通過調(diào)節(jié)相位旋轉(zhuǎn)，抑制了干擾信號，缺陷信號與干擾信號呈現(xiàn)一定的相位差，對深0.2 mm的缺陷有較好的檢出靈敏度。當(dāng)檢測線圈運(yùn)行到缺陷的正上方，且隨著缺陷徑向深度的增加，檢測幅值與相位幅值隨之增加，根據(jù)幅值與相位信號任一特征可精準(zhǔn)對缺陷進(jìn)行定位。

2" 開展陣列渦流檢測試驗(yàn)研究

2.1" 不同深度裂紋的陣列渦流檢測試驗(yàn)

為了研究裂紋不同深度的成像檢測信號特征，采用優(yōu)化后的檢測參數(shù)對現(xiàn)場輪轂R角裂紋缺陷進(jìn)行檢測，R角裂紋參數(shù)：長10 mm，寬0.13 mm，深分別為0.2、0.5、1 mm，檢測過程中，探頭勻速緊貼檢測工件，通過調(diào)節(jié)橫向與軸向的掃查模式，檢測結(jié)果呈現(xiàn)三維顯示，并調(diào)整濾波方式，進(jìn)而提高檢測信噪比，檢測結(jié)果如圖4（b）所示。

由圖4檢測結(jié)果可得，不同深度缺陷，檢測信號幅值呈現(xiàn)遞增的趨勢，缺陷深度越大，對于渦流場的擾動(dòng)越劇烈，檢測幅值與實(shí)際裂紋缺陷參數(shù)成正比，通過調(diào)節(jié)中值濾波模式，濾除噪音信號的干擾，三維成像分辨率高，對于裂紋深度為0.2 mm的缺陷有較高的檢出靈敏度，根據(jù)缺陷成像特征可精準(zhǔn)對缺陷進(jìn)行定位。

2.2" 不同角度裂紋的陣列渦流檢測試驗(yàn)

為了研究裂紋不同角度的成像檢測信號特征，對裂紋參數(shù)：長10 mm，寬0.13 mm，深為0.2 mm裂紋角度分別為0°、45°、90°的輪轂R區(qū)缺陷進(jìn)行檢測，檢測過程中，探頭始終勻速緊貼檢測工件，檢測結(jié)果如圖5（b）所示。

由圖5檢測結(jié)果可得，裂紋角度為0°對渦流場的擾動(dòng)最大，三維成像顯著，裂紋角度為45°對渦流場的擾動(dòng)較大，裂紋角度為90°對渦流場擾動(dòng)最小，對90°角裂紋檢出靈敏度較低，而實(shí)際檢測過程中，裂紋的方向具有不確定性，針對90°角裂紋檢測，缺陷信號與干擾信號相位差較小，無法明顯區(qū)分缺陷信號。后續(xù)需從激勵(lì)頻率及濾波模式進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)制作仿形掃查裝置，調(diào)整裂紋的相位旋轉(zhuǎn)模式，對橫向及縱向裂紋具有較好的綜合檢出靈敏度。

由于裂紋的存在，使其該區(qū)域的電導(dǎo)率發(fā)生了變化，而缺陷的幾何缺失是固定的，僅有缺陷周圍的電導(dǎo)率影響渦流的變化，阻抗信號的幅值與相位的改變均為電導(dǎo)率的變化所致。一方面是由于電導(dǎo)率改變引起探頭的檢測電壓變化，另一方面探頭所經(jīng)過區(qū)域的渦流滲透深度隨該區(qū)域的電導(dǎo)率變化而改變，裂紋信號成像圖本質(zhì)是電導(dǎo)率變化的表現(xiàn)。

3" 試驗(yàn)結(jié)論

為提高輪轂R區(qū)缺陷的檢測效率，基于渦流檢測理論，開展了輪轂R區(qū)陣列渦流檢測試驗(yàn)研究，優(yōu)化了檢測參數(shù)，并對不同深度、不同角度的裂紋實(shí)施檢測，試驗(yàn)結(jié)論如下。

1）試驗(yàn)結(jié)果表明檢測頻率為1 MHz時(shí)，裂紋信號成像最清晰，檢測信噪比高。

2）可實(shí)現(xiàn)對輪轂R區(qū)裂紋的檢測，能有效檢測深度為0.2 mm的裂紋，且能實(shí)現(xiàn)對裂紋缺陷精準(zhǔn)的定位。

3）采用陣列渦流檢測技術(shù)對輪轂R區(qū)缺陷的檢測是可行的，且檢測靈敏度較高。針對輪轂R區(qū)不同深度的裂紋，隨著裂紋深度的增加，檢測幅值與相位特性呈現(xiàn)遞增的趨勢。

4）對90°角裂紋檢測，缺陷信號與干擾信號相位差較小，無法明顯區(qū)分缺陷信號，后續(xù)需從激勵(lì)頻率及濾波方式等參數(shù)進(jìn)一步研究。

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Abstract： The R-zone of the aircraft hub is a transition zone where the thickness of structural materials changes， which is prone to stress concentration. The stress concentration part is the origin of cracks， which leads to a reduction in the load-bearing performance of aircraft structural parts and seriously threatens the flight safety of the aircraft. The detection of defects in the R-zone of wheel hubs has always been a hot issue in the field of non-destructive testing. In this paper， array eddy current testing technology is used to detect crack defects in the R-zone of aircraft hubs. By designing and manufacturing crack test blocks in different directions， the array eddy current imaging characteristics are analyzed; Study the changing laws of imaging cracks with different depths and optimize the inspection process parameters. The test results show that when the excitation frequency is 1 MHz， surface cracks in the R-zone with a depth of 0.2 mm can be effectively detected and the defects can be accurately positioned. The research results can be used to guide the engineering practice inspection of aircraft hubs.

作者簡介：蔣詩超（1991-），男，碩士，工程師。研究方向?yàn)殡姶艧o損檢測新技術(shù)。