特殊結(jié)構(gòu)鉚釘原位渦流檢測的探頭設(shè)計(jì)

段建剛，李 永，任富華

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)公司，沈陽 110043）

某機(jī)匣基體采用復(fù)合材料制作，基體外表面附件采用鈦合金鉚釘墊制鈦合金板與基體鉚接來進(jìn)行固定。由于鉚釘采用固定鉚接方式，在鐓粗過程中會使鉚釘側(cè)壁產(chǎn)生平行于載荷方向的微小應(yīng)力裂紋，其在使用過程中會逐步擴(kuò)展進(jìn)而對鉚接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定度造成很大影響，為此有必要對鉚釘側(cè)壁裂紋進(jìn)行原位無損檢測。

對非鐵磁性金屬表面裂紋的檢測通常有渦流檢測和滲透檢測兩種方法。滲透原位檢測主要采用熒光法或者著色法，由于鉚接完畢后鉚釘厚度只有1.5mm，實(shí)際操作中很難將鉚釘側(cè)壁完全滲透，且機(jī)匣上此類鉚釘數(shù)量達(dá)300多個，進(jìn)行滲透原位檢測難度和工作量都相當(dāng)大，可操作性差。

渦流檢測方法利用電磁場與工件的相互作用進(jìn)行檢測，具有非接觸、快速檢測的特點(diǎn)。在綜合考慮鉚釘結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，筆者提出采用渦流原位檢測方法對其進(jìn)行檢測，主要結(jié)合鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了探頭，并對設(shè)計(jì)好的探頭用相應(yīng)對比試件進(jìn)行了靈敏度和信噪比的試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

渦流檢測探頭由于結(jié)構(gòu)的不同會帶來靈敏度的差異，常用渦流探頭按比較方式分為絕對式探頭和差動式探頭兩種［1］。絕對式探頭主要利用試件某一位置的絕對變化來進(jìn)行檢測，對試件表面粗糙度、曲率以及電導(dǎo)率的變化均能產(chǎn)生響應(yīng)，易造成干擾信號。差動式探頭利用試件兩個相鄰位置的自身電磁差異的比較來進(jìn)行檢測，可以抑制由試件表面粗糙度、曲率以及電導(dǎo)率的緩慢變化引起的線圈阻抗變化，干擾信號小，故差動式探頭檢測靈敏度通常要高于絕對式探頭［2］。下面主要結(jié)合待檢鉚釘結(jié)構(gòu)對探頭進(jìn)行設(shè)計(jì)。

待檢鉚釘結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。從圖1中可以看出，裂紋出現(xiàn)的位置在側(cè)壁，長度最多只有1.5mm，為了獲得較高的檢測靈敏度，選用差動式探頭對其進(jìn)行檢測。

圖1 鉚釘結(jié)構(gòu)示意圖

由于鉚釘厚度為1.5mm，考慮到邊緣效應(yīng)的影響，差動探頭檢測線圈直徑不能超過1.5mm，同時由于鉚釘側(cè)壁帶有曲率，為了使差動式探頭在曲率切線方向上尺寸更小，采用半圓柱體磁芯（如圖2）制作檢測線圈。半圓柱體直徑為0.9mm，長度為5mm，用半圓柱體磁芯制作完檢測線圈后將兩個檢測線圈合并成一個圓柱體差動探頭結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以將鉚釘曲率對渦流檢測的影響降到最小。

圖2 檢測線圈磁芯

由于采用手動旋轉(zhuǎn)掃查，旋轉(zhuǎn)角度過大易帶來提離信號，故采用四通道探頭對鉚釘進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃查，探頭封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示，檢測時只需旋轉(zhuǎn)90°就可以完成對鉚釘?shù)膾卟?。綜上所述，最終設(shè)計(jì)的探頭結(jié)構(gòu)俯視圖如圖4所示。

圖3 探頭封裝結(jié)構(gòu)

圖4 探頭結(jié)構(gòu)頂視圖

2 探頭靈敏度試驗(yàn)

為了有效驗(yàn)證所設(shè)計(jì)探頭的靈敏度和信噪比，特制作與機(jī)匣鉚釘結(jié)構(gòu)完全一致的對比試件，其鉚釘材料和鉚接工藝與實(shí)際完全相同，對鉚接完成后的鉚釘進(jìn)行了計(jì)量測定，確認(rèn)鉚釘尺寸完全符合要求。針對鉚釘側(cè)壁產(chǎn)生裂紋的特點(diǎn)，在鉚釘側(cè)壁1／4圓周處加工制作四個長1.5mm（等于鉚釘厚度）、寬0.2mm、深0.2mm（沿鉚釘徑向）的人工缺陷模擬鉚釘側(cè)壁裂紋。采用所設(shè)計(jì)的四通道探頭對此人工缺陷進(jìn)行渦流檢查，四個通道均出現(xiàn)人工缺陷信號，如圖5所示?？梢钥闯?，對于長1.5mm×寬0.2mm×深0.2mm的人工缺陷，所設(shè)計(jì)的探頭有較高的靈敏度和信噪比，可以滿足鉚釘側(cè)壁裂紋的渦流原位檢測。

圖5 人工缺陷信號圖

3 結(jié)語

渦流檢測方法由于其自身的優(yōu)點(diǎn)非常適合機(jī)匣上300多個鉚釘側(cè)壁裂紋的原位檢測。利用所設(shè)計(jì)的渦流四通道原位檢測探頭，可以快速有效地完成機(jī)匣上300多個鉚釘?shù)脑粰z測。

［1］徐可北，周俊華.渦流檢測［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］《美國無損檢測學(xué)會》譯審委員會.美國無損檢測手冊·電磁卷［M］.上海：世界圖書出版公司，1999.