壓氣機轉(zhuǎn)子葉片的磁粉檢測

牟立頗

（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，沈陽 110043）

航空發(fā)動機的壓氣機轉(zhuǎn)子葉片工作時隨盤高速旋轉(zhuǎn)，處于高壓、強離心力和強振動狀態(tài)，工作環(huán)境惡劣；若葉片存在裂紋等缺陷損傷，極易成為疲勞源，高速旋轉(zhuǎn)中一旦斷裂將帶來嚴(yán)重后果，因此必須對其進(jìn)行檢測。

磁粉檢測是檢測鐵磁性材料制件表面和近表面缺陷最有效的無損檢測方法之一。當(dāng)鐵磁性材料制件被磁化后，磁力線在表面或近表面缺陷處會產(chǎn)生畸變而形成漏磁場，漏磁場吸附施加在制件表面的磁粉，便能形成在合適光照下目視可見的磁痕，顯示出缺陷的位置、形狀和大小。筆者根據(jù)壓氣機轉(zhuǎn)子葉片特點，結(jié)合實際檢測經(jīng)驗，闡述如何選擇和運用適宜的磁粉檢測方法和檢測工藝，對鐵磁性轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行檢測。

1 磁化方法的選取

航空發(fā)動機產(chǎn)品制造中，磁粉檢測普遍應(yīng)用的磁化方法主要有通電法、穿棒法、線圈法、磁軛法、感應(yīng)磁化法。選取何種磁化方法需要結(jié)合制件的結(jié)構(gòu)、形狀、數(shù)量和檢測要求等因素來考慮。壓氣機轉(zhuǎn)子葉片的葉身型面為弧形面，葉根為榫槽結(jié)構(gòu)，葉尖為斜面且較薄。若直接夾持通電，葉尖易產(chǎn)生變形和燒傷，故通電法不適用。而葉片為無孔結(jié)構(gòu)，所以也無法采用穿棒法。感應(yīng)磁化法則適合于環(huán)型件的檢查。線圈法磁化的磁路中存在相當(dāng)長的空氣隙，磁通發(fā)散且損失較多，受退磁場影響，制件長徑比（L／D）越小，磁化效果越差［1］。與線圈法相比，磁軛法磁化時磁路中無空氣隙或空氣隙很小，磁通損失較少，磁化效果更好，故確定采用磁軛法對葉片進(jìn)行檢測。

2 電磁軛設(shè)備的選取

電磁軛設(shè)備分為固定極間式和便攜式。固定極間式電磁軛是將制件放置于磁軛的兩個磁化極端子間，端子位置可以根據(jù)制件的大小進(jìn)行調(diào)整，適合于中小制件的整體磁化檢測；而便攜式電磁軛適合于大型制件局部磁化檢測，所以選擇固定極間式電磁軛來檢測轉(zhuǎn)子葉片。磁化電流采用三相全波整流電（FWDC），可檢測的缺陷深度更大。此外，兩個磁化極端子截面需大于葉片截面，以保證葉片上具有足夠的磁通勢而獲得較大的磁化場。

3 工藝參數(shù)的確定

（1）磁化磁場強度 通過改變磁軛線圈中的電流來調(diào)節(jié)磁化時的磁場強度。為保證葉片得到足夠的磁化，筆者采用美國磁通公司的5170型特斯拉計來測定磁化時沿葉片表面的切向磁場強度，確保其達(dá)到2.4kA／m以上［2］，從而確定出所需的最小磁化電流值。

（2）磁化方向 轉(zhuǎn)子葉片是由棒料毛坯經(jīng)過鍛軋、粗加工、熱處理、精加工等工序制造而成，缺陷主要有裂紋、折疊、夾雜等，但缺陷的取向是不確定的。磁軛法對于檢測與兩個磁化極連線相垂直的缺陷最敏感；當(dāng)缺陷方向與兩磁極連線之間的夾角小于45°時，檢測靈敏度較低。因此，對葉片橫向和縱向兩個方向分別實施磁化，以保證葉片縱向、橫向及其他方向的缺陷均能順利檢出。磁化轉(zhuǎn)子葉片的示意圖如圖1。

圖1 磁軛法磁化轉(zhuǎn)子葉片示意圖

（3）磁懸液及濃度 在磁粉檢測中，缺陷能否被順利檢出，施加的磁懸液及其濃度的影響是非常大的，直接關(guān)系到磁粉檢測的靈敏度。由于水基載液懸浮性較差且易導(dǎo)致制件銹蝕，所以載液選擇常用的油基載液無味煤油，磁粉選擇黑磁粉，按照磁粉檢驗航空標(biāo)準(zhǔn)的要求配制磁懸液，測定的沉淀體積濃度為1.0～2.5mL／100mL。

轉(zhuǎn)子葉片在磁化和施加磁懸液后，在葉片的葉尖和進(jìn)、排氣邊的邊緣產(chǎn)生了濃密的磁粉堆集現(xiàn)象（圖2），影響了缺陷磁痕的觀察和判定。經(jīng)過分析，由于轉(zhuǎn)子葉片形狀的原因，電磁軛兩個磁化極端子無法與葉片端面緊密貼合，而葉片的葉尖和進(jìn)、排氣邊非常薄，磁化時這些邊緣部分的磁通量密度較大，會產(chǎn)生較強磁極；磁極快速吸附磁懸液中的磁粉造成磁粉堆集。為解決這個問題，需要對磁懸液進(jìn)行調(diào)整。首先采用25＃變壓器油代替無味煤油載液，以期通過提高載液粘度來提高磁粉在載液中的懸浮性，然后對不同濃度的磁懸液進(jìn)行了大量的檢測試驗，并采用A1－30／100型標(biāo)準(zhǔn)試片對檢測靈敏度進(jìn)行實時驗證，直到得到清晰、完整的磁痕顯示（圖3），同時消除了葉片邊緣的磁粉堆集現(xiàn)象，最終確定出磁懸液的最佳體積濃度為0.6～0.8mL／100 mL。

4 檢測程序

（1）預(yù)處理 用清洗劑徹底清洗轉(zhuǎn)子葉片，去除油脂等污物。

（2）靈敏度驗證 檢測前，采用A1－30／100型試片驗證靈敏度，試片的磁痕顯示應(yīng)清晰、完整。

圖2 葉片邊緣的濃密磁粉堆集的顯示示例

（3）磁懸液的配置和測定 采用低磁粉含量的變壓器油磁懸液，配置比例：將5～7g黑磁粉加入到1L變壓器油中。使用錐形沉淀管每周測定一次磁懸液濃度：磁懸液至少攪拌30min，抽取100ml注入沉淀管中，退磁后靜置24h，讀取沉淀值，體積濃度應(yīng)在0.6～0.8mL／100mL范圍內(nèi)。

圖3 靈敏度驗證后的磁痕顯示

（4）檢測 檢測采用濕連續(xù)法。檢測時，充分?jǐn)嚢璐艖乙海⒂么艖乙簼櫇褶D(zhuǎn)子葉片表面；然后在施加磁懸液的同時通電磁化，每次通電1～3s，至少通電兩次，停止施加磁懸液后再通電數(shù)次。

（5）觀察和評定 觀察可在通電的同時或停止通電后進(jìn)行，受檢葉片表面白光照度應(yīng)不小于1000lx，可使用3～10倍放大鏡進(jìn)行輔助評定，按照專用技術(shù)條件進(jìn)行驗收或拒收，并進(jìn)行各項記錄。

（6）退磁 采用三相全波整流電換向衰減（或超低頻）退磁，退磁后使用磁強計對剩磁進(jìn)行測定，任何部位的剩磁不應(yīng)大于0.3mT（相當(dāng)于240A／m）。

5 檢測結(jié)果

圖4所示是采用以上工藝方法對葉片進(jìn)行實際檢測時發(fā)現(xiàn)的多條裂紋磁痕，可以看出，磁痕的顯示非常清晰。

圖4 葉片裂紋的磁痕顯示示例

6 結(jié)語

通過分析和試驗，采用三相全波整流電磁軛濕連續(xù)法對壓氣機轉(zhuǎn)子葉片裂紋進(jìn)行磁粉檢測，能夠滿足對缺陷的檢測要求，為實際問題的解決提供了一定的參考。在實際的磁粉檢測中，應(yīng)根據(jù)制件的特點，結(jié)合相關(guān)試驗，選用合適的檢測方法和檢測工藝，以保證制件的質(zhì)量。

［1］葉代平，蘇李廣.磁粉檢測［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004：22－23.

［2］HB／Z 72—1998 磁粉檢驗［S］.