葉片熒光滲透檢測背景過度的產(chǎn)生原因及改進方法

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(中國航發(fā)西安航空發(fā)動機有限公司 無損檢測中心, 西安 710021)

發(fā)動機壓氣機葉片通常由鋁及鋁合金制成，葉片一般在350℃左右的高溫環(huán)境下工作，由于工作環(huán)境惡劣以及承受的應力較大，葉片是發(fā)動機故障的多發(fā)件之一[1]。為了保證飛行安全，需要使用熒光滲透檢測(Fluorescent Penetrant Inspection，F(xiàn)PI)對葉片缺陷進行質量檢驗。

某機壓氣機葉片由鍛鋁(LD7-1)制成，為了檢驗其制造過程中產(chǎn)生的表面缺陷，在葉片成品入庫前，需要對其進行熒光滲透檢測[2-3]，然而在實施檢測的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)因熒光背景過度而導致的誤檢甚至漏檢的情況。消除熒光背景過度是檢測葉片過程中面臨的困難。筆者對葉片的整個制造工藝進行了梳理，并分析了熒光背景過度的產(chǎn)生原因，最終提出了改進方法，從而解決了這一難題。

1 某壓氣機葉片的熒光滲透檢測

某壓氣機葉片為經(jīng)過機械加工制成的鍛件，其在入庫前的最終熒光滲透檢測靈敏度為后乳化3級。然而經(jīng)過滲透、去除、干燥、顯像等工藝流程后，在暗室里觀察發(fā)現(xiàn)零件大部分表面呈明亮的熒光背景(見圖1)，經(jīng)丙酮擦拭后該熒光背景不能消失。

圖1 葉片在黑光下的熒光背景照片

將葉片徹底清洗和烘干后，在白光下目視觀察發(fā)現(xiàn)葉片表面有光滑附著層，且葉片表面呈現(xiàn)輕微的、不均勻的黃褐色(見圖2)。

圖2 葉片在白光下的表面狀態(tài)

2 原因分析

為了查找原因，從葉片熒光滲透檢測工藝和葉片的整個制造過程兩方面進行分析。

(1) 此葉片屬于關鍵件，零件表面狀態(tài)良好，因此對其進行后乳化3級靈敏度的熒光滲透檢測。檢測前，為了保證零件可以進行高靈敏度等級的檢測，需嚴格按照零件的水基清洗程序對零件進行清洗，并徹底干燥；待葉片冷卻至室溫后，才可以對葉片施加滲透液。

經(jīng)過對當天預清洗工藝的復查，發(fā)現(xiàn)清洗劑的控制合格，葉片的清洗參數(shù)完全符合清洗程序的規(guī)定，且葉片表面無明顯油污殘留，因此排除了此葉片表面存在油脂等污染物的影響。

(2) 復查此葉片的整個制造流程。鋁及鋁合金在空氣中容易被氧化，從而會在表面形成一層氧化膜。由于零件表面存在氧化膜會影響零件熒光滲透檢測的效果，該葉片在熒光滲透檢測前，安排了除氧化膜工序。

熒光滲透檢測前的工序為“除氧化膜”工序，結合葉片目視時的表面狀態(tài)進行分析，初步認為該明亮熒光背景現(xiàn)象與除氧化膜工序有關。

3 試驗驗證

3.1 第一次除氧化膜返修處理

聯(lián)系送檢單位，從該批次葉片中隨機抽取3件葉片作為試驗葉片，重新進行除氧化膜工序(工藝參數(shù)為原工藝參數(shù))；返回后，在白光下目視觀察發(fā)現(xiàn)，試驗葉片表面狀態(tài)與圖2相比有一定改善，但表面仍呈現(xiàn)輕微的不均勻黃色(見圖3)。

圖3 一次重新除氧化膜后葉片在白光下的表面狀態(tài)

將該3件葉片重復進行熒光滲透檢測(參數(shù)按原工藝參數(shù))，在黑光下觀察，試驗葉片表面狀態(tài)與圖1相比有一定改善，但大部分表面仍呈現(xiàn)明亮的熒光背景(見圖4)。

圖4 一次重新除氧化膜后葉片在黑光下的熒光背景

3.2 第二次除氧化膜返修處理

由于第一次氧化膜經(jīng)過返修重新處理后，葉片的熒光背景有了一定改善，說明問題出在氧化膜處理階段。通過與相關技術人員溝通后，將這3件試驗葉片的去除氧化膜時間延長(和原工藝規(guī)范相比)，即進行深度除膜。

經(jīng)過此次除膜后，在白光下目視觀察試驗葉片發(fā)現(xiàn)，這3件葉片在送檢前表面非常干凈，且呈現(xiàn)亮的銀灰色背景(見圖5)。

圖5 二次除氧化膜后葉片在白光下的表面狀態(tài)

對此3片試驗葉片按原熒光滲透檢測工藝重復處理后，在暗室的黑光下觀察發(fā)現(xiàn)整個零件呈現(xiàn)均勻的深藍紫色背景(見圖6)。

圖6 二次除氧化膜后葉片在黑光下的熒光背景

4 改進方法與結語

由前面的分析和試驗可知，該壓力機葉片熒光背景過度是由零件表面存在氧化膜引起的，氧化膜為多孔性結構，因此具有一定的吸附性，此氧化膜不能通過水基清洗來去除，從而導致熒光滲透檢測前未能將氧化膜去除干凈。當采用高靈敏度熒光滲透檢測時，就會產(chǎn)生葉片熒光背景過度的后果。

在此后的檢驗中，該葉片在進行熒光滲透檢測前，均增加了白光下的目視檢查程序；如發(fā)現(xiàn)葉片表面出現(xiàn)熒光背景過度現(xiàn)象，則直接返回進行除氧化膜處理，待返回后重復目視檢查，直至葉片表面呈現(xiàn)均勻的銀灰色，方可進行熒光滲透檢測工藝。這種改進方法保證了該型葉片熒光滲透檢測的順利實施。

參考文獻：

[1] 周菊元，王于梅，陳金偉. 大型鋁葉片壓差鑄造工藝[J]. 熱加工工藝，1990(3)：56-58.

[2] 章海霞，李中奎，許并社，等. 氧化膜結構及內(nèi)應力對新鋯合金腐蝕機理的影響[J]. 金屬學報，2014, 50(12):1529-1537.

[3] 黃軍林，周克毅，邊彩霞，等. 鍋爐過熱器蒸汽側氧化膜的應力狀態(tài)分析[J]. 中國電機工程學報，2012, 32(14):49-52.