無損檢測技術在航空發(fā)動機上應用研究方案

1、無損檢測技術在航空發(fā)動機上地應用研究在航空發(fā)動機維修方面地應用無損檢測，就是利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢 對象使用性能 地前提下，檢測被檢對象中是否存在 缺陷或不均勻性， 給出缺陷地大小、位置、性質和數量等信息，進而判定被檢對象所處 狀態(tài)如合格與否、剩余壽命等） 地所有技術手段 地總稱.常規(guī)地用 于航空發(fā)動機維修方面地無損檢測方法主要有超聲檢測、射線檢 測、內窺鏡檢查、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測等.它們被用于被檢物表面缺陷檢測和內部缺陷檢測.航空發(fā)動機組成零件多，工作環(huán)境惡劣且在不斷變換地工作狀 態(tài)中工作，對性能要求極為嚴格，且發(fā)動機結構還要不斷更新，導致 其維修比重加大.

2、同時因為現代設備性能更高級，技術更加綜合，結 構更加復雜，給航空設備地定期維修、快速維修特別是大修帶來很 大挑戰(zhàn)，因此目前航空發(fā)動機地維修裝備和手段也在不斷發(fā)展，推陳出新,使航空發(fā)動機地維修手段更加現代化、高科技化.無損檢測能在不損壞試件材質、結構地前提下進行檢測，對發(fā)動機影響最小，使 得無損檢測技術廣泛應用于發(fā)動機維修中.磁粉檢測磁粉檢測地基本原理和方法一、磁粉檢測地基本原理當鐵磁性工件被磁化后，如果工件表面或近表面存在缺陷，造成局 部磁阻增大，磁力線在缺陷附近彎曲，呈繞行趨勢，如圖7-12所示. 溢出地磁力線叫缺陷漏磁，形成缺陷漏磁場，此漏磁場將吸引、聚 集檢測過程中，施加在工件表面上地磁

3、粉，形成缺陷顯示.磁化方法磁化檢測第一步是要對被檢工件進行磁化.當缺陷方向與在 工件上建立地磁場磁力線呈 90夾角時，漏磁最嚴重，缺陷顯示地 最清晰，當夾角小于45T寸，靈敏度將明顯下降，當方向平行時 缺陷 可能不會顯示出來.因此，要盡可能選擇有利于發(fā)現缺陷地方向對 工件進行磁化.磁化方法一般分為周向磁化法、軸向 縱向）磁 化法和復合磁化法.一）周向磁化法圖7-13a）、d）示出用電流直接通入工件，或在穿過工件芯棒上通電流，使工件磁化，產生地磁力線繞工件軸線呈圓周形.這種磁 化法叫周向磁化法，易發(fā)現工件表面或近表面地沿工件軸向地縱 向缺陷.二）軸向 縱向）磁化法圖7-13中地b）、e）、g）,

4、給工件通電流，或通過線圈通電 流，使工件磁化，產生沿工件軸向地磁力線，叫軸向磁化法，易發(fā)現 與工件軸向垂直地周向裂紋.三）復合磁化法在實際中往往不能預料缺陷地方向，這時可以采用互相垂直磁場地復合磁化法.這種磁化法是同時對工件進行周向磁化和軸向 磁化.這種情況下，產生地磁場強度，為各方法產生磁場強度地矢 量和，利用這種磁化方向法可發(fā)現多方向地缺陷.磁粉檢驗方法一）連續(xù)法在對工件充磁地同時，往工件上噴灑磁粉或磁懸浮液，并進行檢查. 這種方法能以較低地磁化電流達到較高地靈敏度 ，特別適合剩磁 磁性低地材料.但操作起來不太方便，檢查效率低.二）剩磁法利用工件充磁后地剩磁進行檢查.這種方法操作簡單方便，

5、效率高, 但需要用較大地磁化電流，而且只適用剩磁感應強地材料磁粉檢測方法地應用和退磁處理1）磁粉檢測方法地應用，夾磁粉檢測方法用于檢測鐵磁性材料工件表面或近表面地裂紋雜等缺陷.這種方法操作簡單，速度快，靈敏度高 缺陷顯示直觀，能 準確地確定缺陷大小，形狀和位置.飛機結構上地鐵磁性工件表面 或近表面地缺陷都可以用磁粉檢測法來檢測，檢測結果直觀而可靠.磁粉檢測法不適用于非鐵磁性材料；在檢查前必須對被檢工件 地表面進行清洗，而且，不能檢測出缺陷地深度，另外，檢測后要對 探傷工件進行退磁處理.2)退磁處理若對經過磁粉檢測法探傷地工件不進行退磁處理，工件上地剩磁 場會對工件以后地加工或工作帶來不利影響.

6、剩磁會影響工件周圍某些儀器和儀表地工作精度和功能；剩 磁會吸附磁粉，造成工件地磨損；剩磁會吸附鐵屑 ，破壞工件表面精 度,并使刀具鈍化；在工件需要電焊時，剩磁會引起電弧地偏吹和游 離；會干擾以后地磁粉檢測.退磁時，可以讓工件在通交流電地線圈 中，緩慢而平穩(wěn)地通過，進行交流電退磁；也可以通過將直流電流換 向，并逐漸將電流減少為零，進行直流電退磁.工件退磁后，應用磁場計 進行剩磁場測量，剩磁場強度小于一定地數值，退磁工作才能完成. 滲透檢測滲透檢測方法地基本原理和分類一、滲透檢測方法地基本原理將溶有熒光染料或著色染料地滲透劑，施加在工件地表面上， 因為毛細作用，滲透劑可以滲入到表面各種類型地開口細

7、小缺陷 中去.清除附著在工件表面上多余地滲透劑，干燥后，再在工件表 面涂一層顯像劑，缺陷中地滲透劑在毛細作用下，重新被吸附到工 件表面上，從而顯示出工件表面上地開口缺陷 圖7-14).OO清洗y觀察滲透檢測法地分類和特點按照滲透檢測法所使用地滲透劑中地溶質不同，可將滲透檢測法分為著色檢測法和熒光檢測法，而按照所使用地滲透劑地清 洗方法，又可分為水洗型滲透檢測、溶劑清洗型檢測和后乳化型 檢測.著色檢測法和熒光檢測法1、著色檢測法：使用地滲透劑含有紅色染料，施加顯像劑以后，重新被吸附到工件表面上地著色滲透劑在白光源下顯示紅色痕跡，形成顏色較深、鮮艷、邊緣不十分清晰地缺陷圖像.著色檢測法不需要暗室和

8、紫外線光源，操作簡單、成本低，但與熒光檢測法相比，靈敏度 較低.2、熒光檢測法：使用地滲透劑含有熒光物質.缺陷觀察采用紫外 線光源 也稱黑光燈）.施加顯像劑以后，重新被吸附到工件表面上地 熒光滲透劑在紫外線照射下，呈現出黃綠色熒光.熒光檢測法比著色 檢測法靈敏度高，適用于檢測工件表面疲勞等細小裂紋.但需要暗室 和紫外線光源，成本較高.水洗型檢測、溶劑清洗型檢測和后乳化型 檢測 1）水洗型檢測是直接用水將工件表面剩余地滲透劑清洗掉.在這三種檢測方法中，它地靈敏度最低，但適用于檢測表面粗糙地工 件，清洗方便，也適用于中小型工件地批量檢測. 2）溶劑清洗型檢測要用溶劑清洗掉工件表面剩余地滲透劑 .在

9、 這三種檢測方法中，它地靈敏度較高，可對大型工件進行局部檢測， 適用于檢查疲勞等造成地細小裂紋.但它不易操作成本較高，不適 用于表面粗糙地工件和批量工件地檢測. 3）后乳化型檢測要在清洗工件表面剩余滲透劑之前，增加一道乳化工序.采用浸漬等方法，在工件表面施加乳化劑，乳化劑擴散并 溶解到滲透劑中，便于用水將工件表面滲透劑和乳化劑混合物沖 洗掉.使用后乳化型檢測，應根據工件表面光潔度，乳化劑地濃度等 嚴格控制乳化劑在工件表面上停留地時間，在乳化劑還沒有來得 及向缺陷中地滲透劑擴散時，就用水把它沖掉.這樣，缺陷中地滲透 劑因為還沒有被乳化就會被很好地保留下來圖7-15）.在這三種檢測方法中，這種檢測

10、方法地靈敏度最高.適用于檢測精密工件， 能探測出極細微地缺陷和寬而淺地缺陷 .不適用于檢測表面粗糙 地工件，而且多一道乳化地工序，應用也受到設備條件地限制.滲透檢測法地操作步驟和滲透檢測法地應用滲透檢測法地步驟被檢測工件表面地準備和清洗；滲透劑地施加和停留 可采用浸、涂、噴、靜電噴涂等方式 施用滲透劑），滲透劑應在工件表面停留一定地時間，使?jié)B透劑 能滲入到工件表面地開口缺陷中去；去除工件表面多余地滲透 劑,可采用水洗、溶劑清洗，對后乳化檢測應增加乳化工序后，再 清洗；干燥處理.可采用擦干、熱風吹干或烘干裝置進行干燥 處理；施加顯像劑.可采用浸漬、噴涂、噴粉等方法，若采用濕 顯示劑還需增加干燥工

11、序；檢測并評定顯示；檢測后處理工作 以上各操作程序均應嚴格控制時間.滲透檢測法地應用a.滲透檢測法，除了表面多孔性材料外，幾乎可以用于各種金屬、 非金屬材料以及磁性和非磁性材料地表面開口缺陷地檢測.特點是原理簡單、操作容易，而且不受被檢工件地幾何形狀、尺 寸大小地影響.一次操作，可同時檢測出表面各種開口缺陷，缺陷 顯示直觀，檢測靈敏度較高.b.這種方法地局限性是不能用于多孔材料，只能檢測表面開口缺 陷，不能測出缺陷地深度、內部地形狀和大小 ，工件表面粗糙度 對檢測會產生影響.檢測前后必須對被檢工件表面進行徹底清 潔.渦流檢測渦流檢測法地基本原理和檢測方法一、渦流檢測法地基本原理渦流檢測法是以電

12、磁感應原理為基礎地 .在檢測線圈上通交變電 流 即激勵電流），會在線圈地周圍產生一個交變地磁場 初級磁 場），如果將線圈靠近被檢測地導電工件，工件內會感應出交變電 流一一渦流，并在工件及其周圍產生一個附加地交變磁場 次級磁 場），見圖7-8.次級磁場與初級磁場方向相反，并會在線圈中感應 電動勢.這樣，通過測量線圈中電流變化量，就可以確定次級磁場地 變化情況.如果試件表面 或近表面）有裂紋，勢必使渦流地流動 發(fā)生畸變,影響次級磁場，導致線圈中電流地變化，從而反應出工件 中缺陷地情況.渦流檢測方法1、獨立檢測法獨立檢測法主要是由一個電橋式渦流設備和一個探測器組成當用探測器接觸參照材料進行測量時，調

13、節(jié)電橋式渦流設備地平 衡電阻，使測量表地指示為零.然后在用探測器接觸要檢測地工件 如果被檢測地工件有缺陷，測量表地指針就會偏離零刻度，這個偏 離了零地讀數就表示了被檢測工件地材料和參照材料之間地差異.見圖7-9.POWER I V KI BIF對比檢測法對比檢測法是用兩個探測器，其中一個接觸參照材料進行檢測,同時,另一個接觸要檢測地工件進行檢測，如果被檢測地工件有缺陷，兩個材料地區(qū)別就在測量表上指示出來.見圖7-10.ACIINPUTFAULTREFERENCE METALIN M&TAL檢測線圈放置方法和應用、穿過式線圈將要檢測地工件插入線圈內，并從內部通過 見圖7-11a).這種放置方法用

14、于管材、線材和棒材表面質量地檢測.、內通過式線圈將線圈插入要檢測工件地內部進行檢測 圖7-11b).這種 方法多用于檢測緊固件孔壁上地裂紋等損傷.、放置式線圈將線圈放在要檢測地工件表面上方 圖7-11c).這種放置 法適用于板材、帶材、棒材地表面損傷檢測 ，還能對形狀復雜地 工件地某一區(qū)域進行局部檢測.渦流檢測地頻率選擇和渦流檢測法地應用渦流檢測地頻率選擇1 .渦流檢測所用頻率范圍從 200Hz到6MHz或更大.在具體檢測 中，實際所選用地頻率由被檢工件地厚度、所希望透入地深 度、要求達到地靈敏度或分辨率以及不同地檢測目地等所決定 地.2 .提高檢測頻率會使檢測靈敏度提高，加快檢測速度，但渦流

15、滲透 深度會減少，可能會達不到要檢測損傷地深度要求；降低頻率 會使渦流滲透深度加大，可是檢測靈敏度和速度卻要降低.所以, 在能達到所要求地滲透深度地情況下，選擇盡可能高地頻率，以 提高檢測地靈敏度和檢測速度.特別是只需要檢測工件表面缺 陷時，可選用高達幾兆赫茲地頻率.但若需要檢測相當深度地缺 陷時,只好采用較低地頻率，以達到所要求地滲透深度，這樣檢測 地靈敏度會降低，很難發(fā)現細小地缺陷.3 .渦流檢測儀分為高頻和低頻兩種.高頻渦流檢測儀頻率只能用 來檢測工件表面地缺陷；低頻渦流檢測儀可以用來檢測工件內 部地損傷.渦流檢測法地應用1 .渦流檢測法適用于檢測導電材料制件地表面或近表面損傷，如裂紋、

16、折疊、氣孔、夾雜等地檢測.不適用于熱處理地碳鋼或合金鋼等強磁性材料構件地損傷檢測，因為強磁性材料不均勻 地導電率會影響測量結果.2 .渦流檢測法設備簡單、操作方便、成本低、易于實現自動化 操作，速度快，無需對檢測表面做特殊清潔和準備工作，便于進行 現場檢測.對導電材料制件表面或近表面地疲勞裂紋、應力腐 蝕裂紋有很高地靈敏度.特別適用于飛機結構中地鋁合金構件. 超聲檢測超聲波特性和超聲波檢測法地原理一、超聲波特性超聲波是超聲振動在介質中地傳播，其實質是以波動形式在彈 性介質中傳播地機械振動.探傷所使用地超聲波頻率一般在 500KHz 10MHZ.超聲波具有以下特性：超聲波傳播能量大，對各種材料地

17、穿透力都較強；超聲波具有良 好地指向性，頻率越高，指向性越好；3.超聲波在介質中傳播時，遇到 界面會發(fā)生反射.二、超聲波檢測法地原理1 .超聲波檢測法就是利用超聲波上述地特性來檢測構件表面及內部地缺陷.超聲波在傳播地路徑上，如果遇到細小地缺陷，如氣 孔、裂紋等，就會在界面上發(fā)生反射，檢測者分析反射地聲束，便 可以發(fā)現缺陷并確定缺陷地位置.2 .超聲波波型特征及在缺陷檢測中地應用縱波：介質質點地振動方向和波地傳播方向相同，稱為縱波. 用直探頭直接接觸或采用水浸法將聲束垂直射入工件，在工件中形成 縱波傳播.如果工件內部沒有缺陷，只顯示出始波和底波；如果工件 內部有缺陷，波束在缺陷界面上產生反射，在

18、始波和底波之間形成一 個傷波，圖7-4示出了縱波探傷示意圖.縱波易于探測出與工件探測面平行地缺陷，而對表面及近表面缺陷 探測能力較差.縱波探測法多用于幾何形狀簡單、大面積、大厚度構 件地內部缺陷檢測.橫波：介質質點振動方向和波傳播方向垂直，稱為橫波.圖7-6是利用橫波探傷示意圖.在波傳播過程中，遇到缺陷地界面會 產生反射，形成傷波. D) 1利用橫波探傷，可以通過選擇透聲楔塊地角度，使聲束與缺陷地 界面垂直，從而使反射波最大，達到檢測地目地.而且利用透聲楔 塊，可以提高對工件近表面缺陷地探測能力.2橫波檢測缺陷地能力比縱波強，波束指向性好，分辨率高.多用于 檢測管件、桿件和其它幾何形狀較復雜工

19、件地缺陷.三、表面波：沿工件表面?zhèn)鞑サ夭ń斜砻娌?表面波可以用來檢測工 件表面地裂紋和缺陷.四、超聲波探測法地適用范圍及優(yōu)缺點超聲波檢測法可用于金屬、非金屬、復合材料制件地損傷探測，既可以檢測工件內部地缺陷，也可以檢測工件表面地缺陷.可 用來檢測鍛件、型材地裂紋、分層、夾雜，鑄件中地氣孔、裂紋、疏松等缺陷，焊縫中地裂紋、氣孔、未焊透等缺陷，復合材料 地分層、脫膠等缺陷，還可以測定工件地厚度.1 .優(yōu)點：超聲波地指向性好，穿透性強，對平面型缺陷十分敏感. 只要聲束方向與裂紋方向之間夾角達到一定地要求，即可顯示 出傷波，探測出缺陷所在位置.所以，超聲波對于檢測表面或內 部缺陷都是一種靈敏度很高地方

20、法.檢測使用地超聲波對人體 和環(huán)境無害，設備輕便，便于攜帶，可進行現場檢測.2 .局限性：不適用于形狀復雜或表面粗糙工件地損傷探測；為對 工件中缺陷作精確地定性、定量分析，要有參考標準X射線檢測X射線地特性和X射線檢測法地基本原理一、射線地特性X射線是一種電磁波，它與無線電波、紅外線、紫外線、可 見光等本質相同，具有相同地傳播速度，但頻率和波長不同.X射 線波長短、頻率高，因此，它具有許多與可見光不同地性質.利用 X射線進行無損探測有關地性質有：不可見，以直線傳播；不帶電荷，不受電場和磁場地影響；能夠 穿透可見光不能透過地物質；能被物質吸收產生熱量；能使某些物 質起光化學作用，使照相膠片感光，

21、又能使某些物質發(fā)生熒光.X射線檢測方法地原理X射線檢測方法地基本原理是：當 X射線透過被檢工件時，有 缺陷地部位，如氣孔、非金屬夾渣等和無缺陷部位地基體材料對 X射線地吸收能力不同.以金屬為例，缺陷部位所含空氣、非金屬 夾雜物對X射線地吸收能力，遠遠低于金屬地吸收能力，這樣，通 過有缺陷部位地射線強度高于無缺陷部位地射線強度.當用感光 膠片來檢測射線強度時，在內部有缺陷地部位，就會在感光膠片上 留下黑度較大地影像.見圖7-7X射線檢測法地應用及優(yōu)缺點1.優(yōu)點：幾乎適用于所有材料，而且對工件形狀及表面情況均無特 殊要求，適用于飛機上結構件地原位檢查；不但可檢測出 材料表面缺陷，還可以檢查出材料內

22、部缺陷；對目視可達 性差或被其它構件覆蓋地結構件，如蒙皮覆蓋下地桁條、 框、肋等，都可以用X射線檢測法來才查損傷情況.能直觀 顯示缺陷影像，便于對缺陷進行定性、定量分析；感光膠 片能長期存檔備查，便于分析事故原因；對被檢工件無破 壞、無污染.2局限性：射線在穿透物質地過程中，被吸收和散射而衰減，使得用它 檢測工件地厚度有一定地限制；X射線檢測設備一次性 投資大，檢測費用高；射線對人體有傷害，檢測人員應作特 殊防護.內窺鏡檢查內窺鏡檢查也是航空發(fā)動機上常用地維修檢查裝備，它是指借 助于專用地光電儀器（工業(yè)內窺鏡 對肉眼無法直接接近地區(qū)域進行 檢查，屬于無損檢測中地目視檢查方法.在民用航空器維護中

23、，內窺 鏡檢查通常也稱為“孔探”，是發(fā)動機在役維護地五大工具之一，其目地是掌握發(fā)動機內部地狀況.據統(tǒng)計,大約90%地發(fā)動機非例行更 換都與內窺鏡檢查結果直接相關.作為唯一一種在航線維護中能夠 不分解發(fā)動機而了解其內部狀況地檢查手段，內窺鏡檢查對于安全 和效益兩方面均有重要意義和價值.孔探技術多年來一直在航空發(fā) 動機地維護中發(fā)揮著十分重要地作用.發(fā)動機地關鍵部件，例如主氣 流通道部件、高壓壓氣機、高壓和低壓渦輪地各級輪盤及葉片、燃 油噴嘴、燃燒室等都是不易拆卸且檢測可達性較差地零部件，對于 這些零部件地檢查與監(jiān)測工作大都是通過孔探技術完成地.在保障發(fā)動機可靠性方面地應用航空發(fā)動機零件地質量可靠直

24、接決定著整機地性能.當今地航空 發(fā)動機從單純追求高性能轉變?yōu)橹铝τ凇八母摺敝笜耍焊咝阅?、?耐久性、高可靠性、高維修性.為了達到這些指標，先進航空發(fā)動機 地設計便具有高溫、高壓、高轉速、輕質量地特點 .而許多新材料、 新結構、新工藝、新技術地采用便是航空發(fā)動機達到“四高”要求 目標地實施途徑.無損檢測便要在這些特定地環(huán)境下承擔起保證發(fā)動 機結構高可靠性地艱巨任務.航空發(fā)動機設計特點及無損檢測技術在其中地應用提高推重比一直是發(fā)動機研制過程中追求地主要目標.推比地提高主要依靠發(fā) 動機地氣動性能以及采用新、輕結構，發(fā)揮材料地潛力來實現.通常 把這些技術措施概括為“三高一輕”，即：高渦輪前溫度通常渦輪

25、前溫度在1500c以上，燃燒室、渦輪靜 子葉片、加力燃燒室、尾噴管等熱端部件均成為易損件 ，對它們地監(jiān) 測是一大難題.高壓比一般發(fā)動機地總壓比為1015這給無損檢測受感部及 傳遞系統(tǒng)地安排帶來了一定困難.高轉速目前發(fā)動機轉子轉速在15000r/min左右，小型發(fā)動機甚至達到50000r/min.這種高轉速使得所有轉動件均成為斷裂關鍵件 對它們地損傷監(jiān)測是無損檢測地又一大艱巨課題 .輕重量為得到高推重比，對發(fā)動機設計得盡量輕巧，且盡量提高 工作應力，挖掘材料潛力.這樣，零件結構勢必小而復雜，又給無損檢測 地實施帶來極大困難.顯然，發(fā)動機地高性能、高耐久性與高可靠性、高維修性是一對 矛盾地統(tǒng)一體.

26、為了達到這一目標，設計人員多從新材料、新結構、 新工藝、新技術途徑著手.綜上，“四新”是保證發(fā)動機達到“四高”地技術途徑.而這些技術地采用必須有無損檢測技術保證其可靠 性.無損檢測是發(fā)動機研制中不可缺少地部分，反之，先進地發(fā)動機設計又對無損檢測提出了十分艱巨地研究課題.無損檢測技術在發(fā)動機研制中地主要作用發(fā)動機設計技術地完善和發(fā)展使燃氣渦輪發(fā)動機結構設計、分析、定型、生產和壽命 管理發(fā)生了根本變化：從單純追求高性能指標轉變?yōu)樾阅芘c可靠性并重，而首要目標是保證發(fā)動機地結構安全.斷裂關鍵件具有損傷容 限能力是達到這一目標最重要地途徑之一 .構件地損傷容限設計分析建立在斷裂力學基礎之上. 然而 ,斷

27、裂力學分析卻是從構件初始裂紋尺寸出發(fā)地, 這個初始裂紋尺寸一裂紋擴展一失穩(wěn)裂紋尺寸地檢測任務便責無旁貸地落在無損檢測技術及專業(yè)人員地肩上.在原材料設計時, 利用無損檢測設備檢測并剔除缺陷超標地材料與毛坯. 在加工過程中, 核實原材料檢驗是否充分, 查出因施工工藝或人員操作不當而導致地尖角、銳邊、劃傷等使零件強度或耐用性降低地缺陷, 為改進加工工藝提供依據. 對那些雖然存在但尚未超標地裂紋缺陷, 定量確定其大小與分布,作為斷裂分析地初始裂紋尺寸.發(fā)動機最終達到技術指標地主要判據是其零部件與整機實驗.在它們地結構強度與壽命實驗中, 判明其失效地根據便是變形、裂紋與損傷 , 這便依賴于無損檢測技術地應用實施. 除了對分解下來地