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導(dǎo)讀

 

某在役零件(鋁合金，牌號LC9)，局部如圖1所 示，壁厚3.0~4.0mm，表面涂有較平整的漆層(厚 度約0.15mm)。

 

其制造過程中，A部位未圓滑過渡，產(chǎn)生應(yīng)力集中。

 

使用過程中，A部位及相關(guān)部位極易產(chǎn)生疲勞裂紋，導(dǎo)致零件使用功能失效。

 

為保證使用安全，需對其進(jìn)行監(jiān)測與檢測，確定是否產(chǎn)生裂紋及裂紋埋深。

 

由于零件結(jié)構(gòu)及安裝等原因，此部位的裂紋具有很強(qiáng)的隱蔽性，不易在通常狀態(tài)下的維護(hù)監(jiān)測與檢測中被發(fā)現(xiàn)，對使用安全造成隱患和危害。

 

由于渦流檢測受漆層的影響較小，并結(jié)合考慮零件的結(jié)構(gòu)、安裝等因素，在服役狀態(tài)下的監(jiān)測 與檢測，選擇低頻渦流檢測法對零件表面和近表面 進(jìn)行針對裂紋的檢測。

 

（圖１ 某在役零件局部示意）

 

1.低頻渦流檢測試驗(yàn)過程

 

1.1渦流儀器的選擇

 

選用數(shù)字化阻抗平面型渦流探傷儀，檢測信號 如圖2所示，可同時(shí)顯示幅度信息和相位信息，能綜合顯示被檢測部位阻抗的變化。

 

有利于對缺陷的大小、深度等信息作出較準(zhǔn)確的判斷。

 

1.2頻率選擇

 

檢測頻率的選擇是渦流檢測的關(guān)鍵因素，與被 檢測零件的材料及透入深度密切相關(guān)。

 

根據(jù)定義，透入深度δ為渦流密度，為表面渦流密度的1/e時(shí)的深度，針對鋁合金零件有：

 

（圖２ 阻抗平面信號顯示圖）

 

式中：δ為標(biāo)準(zhǔn)透入深度，ｍ；f為頻率，Hz；σ為材料的電導(dǎo)率，S/m。

 

計(jì)算：材料的電導(dǎo)率σ為18.3MS/ｍ，按2.6倍的標(biāo)準(zhǔn)透入深度3.0~5.0ｍｍ。

 

根據(jù)公式（1）計(jì)算可得頻率犳選擇范圍是0.5~1.0kHz。

 

從透入深度公式可知，透入深度δ與頻率f的平方根成反比，即頻率f越大，透入深度δ越小。

 

對檢測近表面缺陷而言，應(yīng)采用較低頻率進(jìn)行檢測。

 

即從理論計(jì)算及分析可知，使用較低頻率0.5~1.0kHz，匹配恰當(dāng)探頭，選擇適應(yīng)的檢測參數(shù)，便可實(shí)現(xiàn)對圖1所示零件A部位及相關(guān)部位近表面裂紋的檢測。

 

1.3探頭選擇

 

由于是對零件服役狀態(tài)的檢測，且可能存在一定 深度的裂紋，因此選擇探頭應(yīng)主要考慮兩個(gè)方面的因 素，一方面考慮零部件的結(jié)構(gòu)、安裝部位，其次考慮渦流的透入深度。

 

試驗(yàn)選擇較大直徑的低頻探頭。

 

1.4對比試樣的制作

 

按照GJB2908-XX《渦流檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)要求， 渦流檢測裂紋缺陷時(shí)，采用槽型來模擬裂紋缺陷。

 

檢測結(jié)果借助于對比試樣中人工缺陷顯示信號的靈敏度響應(yīng)。

 

對比試樣制作材料選用LC9鋁合金，表面涂漆 與被檢測零件相同（厚度約0.15mm，對比試樣與被檢零件具有相同的表面狀態(tài)，減少因漆層對檢測造成的影響）如圖3所示。

（圖３ 不同埋深、相同裂紋深度對比試樣）

 

對比試樣厚度為2.0～5.0ｍｍ，刻槽深度1.5ｍｍ。

 

某處近表面缺陷的埋藏深度可根據(jù)探頭在對比試樣的具體位置進(jìn)行測量或計(jì)算。

 

為防止邊緣效應(yīng)對檢測的影響，獲取壁厚3.0mm和4.5mm處裂紋的真實(shí)阻抗平面顯示。

 

1.5檢測靈敏度的調(diào)節(jié)

 

首先開機(jī)進(jìn)入渦流探傷阻抗平面圖模式。

 

經(jīng)過 多次試驗(yàn)，選擇可兼顧不同埋深、較低頻率的探頭，型號dt-500，檢測頻率選擇1.0~1.2kHz均可，增益范圍在70~80dB為宜，相位可按觀察習(xí)慣進(jìn)行調(diào)節(jié)。

 

調(diào)整X-Y比例（顯示信號在水平與垂直方向的比例）、調(diào)整增益的dB值，直到裂紋信號幅度滿 足檢測要求。

 

以刻槽寬度0.15mm、埋深3.0mm 處的響應(yīng)信號作為探傷靈敏度。

 

在試樣上進(jìn)行靈敏度調(diào)試和 在實(shí)際的檢測操作中，應(yīng)注意埋深3.0，4.5mm處與對比試樣上裂紋信號的甄別。

 

由于在零件表面的涂漆不均勻處，會(huì)在探頭運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生提離，尤其是小直徑的探頭，實(shí)際操作中應(yīng)注意提離效應(yīng)的影響。

 

1.6檢測結(jié)果

 

表1是針對埋深1.5~3.0mm層下裂紋調(diào)整后較理想的操作參數(shù)，其中垂直/水平參數(shù)表示的是缺陷顯示在屏幕上時(shí)，對其在垂直和水平方向上的 相對調(diào)整。

（表 1）

 

按上述調(diào)整的檢測靈敏度在對比試樣進(jìn)行掃 查，根據(jù)缺陷信號的幅值-相位，即可對裂紋缺陷埋深做出判斷。

 

圖4是使用探頭DT-500在圖3所示對比試樣上的檢測結(jié)果。

（圖4 檢測圖3所示對比試樣不同埋深缺陷的阻抗信號顯示圖）

 

從顯示可知，埋藏深度越大相位角越大，幅值的變化也很明顯。

 

以上試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算基本相符，理想的工 作頻率與探頭線圈密切相關(guān)。

 

使用較大的垂直/水平比，是為了避免因增益較大導(dǎo)致信噪比減小，無法區(qū)分裂紋缺陷的阻抗平面顯示。

 

在獲得的解決方案中，同樣也可以針對不同深 度的裂紋，制作相應(yīng)的對比試樣，用于監(jiān)測層下裂紋的擴(kuò)展，如圖5所示。

（圖5 相同埋深、不同裂紋深度對比試樣）

 

對比試樣厚度：3.0~6.0mm；

 

刻槽深度：1.0~4.0mm；

 

刻槽埋深：2.0ｍｍ。

 

某處近表面缺陷的刻槽深度可根據(jù)探頭在對比試樣的具體位置測量或計(jì)算。

 

表2是對裂紋深度1.2~3.0mm層下裂紋，調(diào)整后較理想的操作參數(shù)。

（表 2）

 

圖6是使用探頭DT-500在圖5所示對比試樣上的檢測結(jié)果。

 

從顯示可知，裂紋深度越大幅值越大，因裂紋埋深相同相位基本無變化。

 

在實(shí)際操作中，缺陷的顯示應(yīng)與對比試樣對比后進(jìn)行判斷。

 

（圖6 檢測圖5所示對比試樣的 不同裂紋深度缺陷的阻抗信號顯示圖）

 

２. 實(shí)際應(yīng)用

 

針對該零件的渦流檢測試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際 情況制定了專門的渦流檢測工藝，對在役零件進(jìn)行了普查。

 

由于是在在役狀態(tài)下進(jìn)行的現(xiàn)場檢測，存在較多的影響因素，檢測靈敏度低于試驗(yàn)狀態(tài)。

 

共發(fā)現(xiàn)了3件問題零件，經(jīng)分解檢查后與渦流探傷的結(jié)果基本一致。

 

雖然在役狀態(tài)下渦流檢測的靈敏度低于試驗(yàn)狀 態(tài)，但并沒有影響對缺陷性質(zhì)的判斷。

 

３.結(jié)論

 

對在役零件近表面裂紋的渦流檢測，更好的選 擇是針對檢測的具體要求，制作更適宜的專用探頭、選擇正確的工作參數(shù)等，達(dá)到對近表面裂紋缺陷的埋深及裂紋本身的深度作出正確的判斷，監(jiān)測其萌生、擴(kuò)展情況。