飞机紧固件孔壁裂纹的涡流无损检测

孙长江，南宇峰

（北京理工大学珠海学院 航空学院，广东 珠海 519088）

1 引言

飞机上的各种金属零部件，在飞机飞行中工作是否可靠，直接关系到飞行安全，而在使用中产生的裂纹，据统计90%以上是在零件的表面。因此，现代民航维修业对于飞机结构裂纹的研究，一直都极为重视。

飞机无论是在航线维护还是在定期检查，其中重要的一项工作就是对损伤区域，如划痕、凹坑、腐蚀等区域进行裂纹的检测。通过对这些损伤区域的检测，防止裂纹的形成和扩展，确保该零部件的持续使用。在无损检测技术中，使用涡流无损检测法探测这些表面裂纹，不仅可靠性高，在检测时不需要清除零件表面的油脂和保护层，而且多数案例可在不拆解飞机的前提下，在外场对飞机进行原位探伤。所以，涡流无损检测法在航空维修中应用得十分广泛。

2 涡流无损检测技术的工作原理

涡流无损检测技术检测的基础是电磁感应原理。利用高频涡流检测飞机金属（磁性和非磁性材料）结构件，可检测的裂纹形式为表面（铝、钢、钛）和近表面（0.125mm）（铝、钛）；利用低频涡流检测飞机金属（非磁性或低导磁性材料）结构件，可检测的裂纹形式为亚表面（到9mm）。

应用涡流无损检测技术检测飞机金属结构紧固件时，如图1（a）所示，首先要将紧固件拆下，将大小与孔径相适应的高频探头放入孔内，使探头在孔中旋转并上、下移动扫描，测得孔壁裂纹的信息。飞机结构大部分铆钉孔、螺栓孔都可用这种方法检查。但是，当板厚在1.5mm以下时，由于边界效应的影响，检测比较困难。原则上会根据被检孔的大小制作探头，但实际应用中，不同孔径的孔太多，而且即使是公称尺寸相同的孔径由于制造的误差不一样，实际孔径也是有差异的。为了能够使用较少的探头，检测较多孔径的孔，往往在探头的头部开有槽口。这样可以使探头的检测范围具有弹性，能在一定范围内检测，并且能够改善探头与孔壁之间的接触状况，减少间隙效应。采用此种方法可检测出较小尺寸的孔壁裂纹，如图1（b）所示。

随着飞机金属结构紧固件涂层厚度的增加，涡流检测精度也将下降。例如，对于2.54mm的表面裂纹，不同涂层厚度下，其检测精度分：

（1）厚度小于0.15mm的漆层对裂纹检测精度的影响可以忽略不计；

图1 飞机金属结构紧固件

（2）厚度大于0.25mm的漆层能降低裂纹检测精度大约50%；

（3）当漆层厚度达到0.25mm时，虽可能检查出孔壁存在裂纹，但是难以确定紧固件孔的边界。如果不能清楚地确定出紧固件孔的边界，则应清除漆层后再做检测。

3 涡流无损检测的仪器设备

应用涡流无损检测技术检测飞机金属结构紧固件时常用的仪器设备主要有涡流仪器、旋转扫描仪和试块等（见图2）。涡流仪器要能够在300千赫和500千赫之间工作。如：Defectoscop D2.831–Forster、NDT－19– Nortec、Elotest B1– Rohman等。旋转扫描仪可用自动转动的探头连接，探头被打开时的速率通过涡流仪器的函数显示出来。由操作员控制探头通过一个紧固件孔运动的速率。

图2 涡流仪器、旋转扫描仪和试块

探头分为可扩展式探头（见图3）和旋转式探头（见图4）两种。当检测紧密配合的紧固件孔时，应采用可扩展式探头。

图3 可扩展式探头

图4 旋转式探头

依据所要检查的紧固件孔的直径来选择探头的直径。如果使用的是旋转式探头，要确保孔的直径和探头的外径差不超过0.010英寸；如果使用的是可扩展式探头，必须设置探头进入紧固件孔时有一个松的过盈配合，如果探头配合过紧，探头将迅速磨穿。

紧固件孔的参考试块，必须模拟裂纹缺口制作。

4 涡流无损检测的步骤

实施涡流无损检测时，要确定检测位置与被检测的紧固件孔的大小，从紧固件孔里面清洁松散的污垢和密封胶，目视检测所有被检孔表面情况，避免可能出现干扰的噪声信号。在检测过程中，可以使用内窥镜、反光镜或其它光学仪器帮助视觉检查，以检查出毛刺、擦伤、腐蚀、孔变形等缺陷。具体的无损检测步骤如下：

（1）在确保旋转扫描仪正常工作的情况下，低速、平稳地移动探头，使之对于每个尺寸的紧固件孔都能进行检测；

（2）标记所有紧固件孔出现裂纹信号的位置，同时对那些有必要进行清理的紧固件孔也要作标记；

（3）对上面必须进行清理的紧固件孔做一个最低的0.016英寸（0.41毫米）的清理工作；

（4）再次检测所有紧固件孔。

5 涡流无损检测的几点建议

（1）在涡流检测过程中，检测线圈往往处于运动状态，而线圈的运动速度对检测结果并没有影响。被测体尺寸的大小、激励电压的大小对涡流的大小均产生影响，其中，激励电压的选择确能影响涡流检测位移系统的灵敏度以及测量范围。

（2）要保证零件表面的光洁度，在十倍功率（或更高）的放大倍率和充足的光线的环境下做一次视力检查，但目视检查对裂纹并不总是像涡流检查那样敏感。

（3）要将检测到的信号与参考标准的磁极（域）中的材料的信号进行比较，不要把来自磁极（域）中的材料的信号误认为是裂纹信号。当快速高档信号超过参考标准的50%以上的陷波信号时，显示有裂痕。

（4）在检测中如发现疑似信号，可通过扩大孔去消除裂纹，之后再次做一个涡流探伤。如果裂纹信号和参考标准槽口信号的50%和100%之间的涡电流信号看起来几乎相同的紧固件孔，必须重复检查，再做一次目视检查紧固件孔。看表面有没有哪些情况可能会产生涡流裂纹信号。如果是在相同的深度，并在同一位置上发现裂纹信号与涡流检测的裂纹信号相同，那么孔有裂纹。如果表面没有条件可以看出涡流信号的原因，需对孔再进一步检查。如果裂纹没有被移除，继续扩孔和做涡流探伤，直到裂纹完全去除。

（5）环境温度对涡流检测系统的影响比较复杂，由于温漂会使得测量结果发生偏差，因此需要采取一定的温度补偿措施，保证检测到的信号准确无误。

［1］代永朝，郑立胜.飞机结构检修［M］.北京：航空工业出版社，2006.

［2］姜波.飞机检测与维修实用手册 ［M］.吉林：吉林科学技术出版社，2005.

［3］斯而健.民用飞机结构裂纹扩展分析［J］.民用飞机设计与研究，2006（4）：10－17.

［4］徐可北.脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展［J］.冶金分析，2006，26：10.

［5］王蔚宁.非常规涡流检测技术及其应用［J］.科技信息，2010（28）：335－336.

［6］杨宾峰，罗飞路，曹雄恒，等.飞机结构腐蚀检测中的脉冲涡流无损检测技术［J］.测试技术学报，2005，19（1）：27－29.