孫金立,陳新波

(海軍航空工程學院青島分院,青島 266041)

某型飛機的機翼壁板采用三層鋁合金復合結構,由于地處沿海,腐蝕較為嚴重,而腐蝕缺陷一般出現(xiàn)在第三層與鋼結構框架的結合面,平時維護中很難發(fā)現(xiàn)。隨著服役年限的增長,這種腐蝕越來越嚴重,對飛行安全構成嚴重的威脅。低頻渦流檢測法是目前解決多層結構腐蝕較為理想的方法,但其激勵(工作)頻率的選取是關鍵。以下以理論計算為基礎,通過試驗,找出檢測機翼壁板腐蝕的最佳工作頻率。

1 滲透深度

渦流在被檢測表面下的滲透深度受到工作頻率f、材料的電導率σ和磁導率μr的影響：

式(1)表明滲透深度δ與頻率f的平方根成反比,f越小,δ越大。因此,檢測工件的表面缺陷(如疲勞裂紋)時可以采用較高頻率,檢測埋藏較深的缺陷時可采用較低的頻率。通常把工作在10 k Hz～1 MHz頻率范圍內的渦流稱為高頻渦流;工作在100 Hz～10 k Hz頻率范圍內的渦流稱為低頻渦流[2]。

2 參考試件制作

參考試件應力求與被檢件一致,因此,從某型飛機機翼部位切割出幾何尺寸為200 mm×150 mm的壁板,厚度為 4.0 mm,其中,第一層厚度為1.0 mm,第二層和第三層均為1.5 mm。在第三層與鋼結構框架的結合面上制作了直徑為15 mm的四個模擬腐蝕缺陷,深度分別為0.25,0.5,0.75和1.0 mm。然后,用結合螺栓加以固定,使之與原機上裝配狀態(tài)一致,如圖1。

3 工作頻率的選取

3.1 試驗設備

試驗設備如圖 2。儀器為德國產ELOTEST B320渦流檢測儀;渦流傳感器為PKA34-18腐蝕檢測探頭。

圖1 機翼壁板試塊

3.2 試驗數(shù)據(jù)

要使得渦流的穿透深度δ等于要檢測的深度[3],就要選擇合適的工作頻率。某型飛機機翼壁板厚度(即檢測深度)為4mm,材料為鋁合金,其電導率 σ約為14.74×106Ω-1?m-1,μr≈1,根據(jù)式(1)可得渦流檢測工作頻率f≈1 073 Hz。以此頻率值為參考,在試件上進行試驗。圖3是工作頻率f與靈敏度的對應關系。

圖2 試驗設備

3.3 最佳頻率

由圖3可以看出,工作頻率從500 Hz～1 k Hz,四個模擬腐蝕缺陷的幅值都在增加;工作頻率由1～1.5 k Hz,深度為0.25和0.5 mm兩個模擬腐蝕缺陷的幅值在減小,而深度為0.75和1 mm兩個模擬腐蝕缺陷的幅值在增加。為了檢測不同深度的腐蝕,工作頻率在1 k Hz應該是檢測該多層結構腐蝕缺陷的最佳頻率。

4 實際應用

針對該機型機翼壁板的檢測試驗研究,制訂了專門的無損檢測工藝,對在役的4架飛機進行了普查,發(fā)現(xiàn)了6處腐蝕缺陷。通過與參考試件的模擬缺陷比較,得出了當量腐蝕深度,經分解檢查,結果基本一致。檢查中發(fā)現(xiàn),該工作頻率的選取能保證比其它頻率的檢測靈敏度高,但現(xiàn)場檢測與試件檢測相比,靈敏度明顯降低,原因是夾層間有不同程度的分離以及夾層間有水分造成的。

5 結語

將低頻渦流檢測技術應用于某型飛機機翼壁板三層鋁合金復合結構的腐蝕缺陷檢測。制作了參考試件,模擬了系列不同深度的腐蝕缺陷,通過試驗找出檢測該結構的最佳工作頻率。這對于其它飛機多層結構檢測具有一定的指導意義。

[1]孫金立.無損檢測及在航空維修中的應用[M].北京：國防工業(yè)出版社,2004：100.

[2]美國無損檢測學會編.《美國無損檢測手冊》譯審委員會譯.美國無損檢測手冊?電磁卷[M].上海：世界圖書出版公司,1999：632.

[3]任吉林,林俊明,等.電磁檢測[M].北京：機械工業(yè)出版社,2000：118.