飞机设备舱口盖钛铆钉超声波检测应用

2017-07-02张朝晖杜振宴高冠楠石家庄海山实业发展总公司

航空维修与工程 2017年12期

■ 张朝晖杜振宴高冠楠/石家庄海山实业发展总公司

0 引言

飞机上的功能构件和连接构件的工作环境比较恶劣，负载较大，很多还在高压、高温、高速运转状态下工作，因而构件材料基体容易产生缺陷。缺陷的形成主要以承受交变应力产生的疲劳裂纹最为常见[1]。歼击机设备舱口盖整体呈弧形结构，口盖为复合材料面板蜂窝夹芯结构。设备舱口盖通过铰链合页与机身连接在一起，合页又通过21颗HB6478-4×8钛铆钉与口盖相连，口盖打开时可向上翻转90˚。口盖用19件快卸锁将设备舱口盖固定到机身上。每件快卸锁各通过2颗HB6478-4×8钛铆钉与设备舱口盖相连，如图1所示。设备舱口盖外侧为铆钉头，内侧为铆钉墩头，快卸锁铆钉在金属锁一侧为铆钉墩头。口盖表面喷防腐漆层，有的飞机在口盖外侧涂有隐身涂层。服役过程中的设备舱口盖钛铆钉在承受使复合材料和合页、复合材料和快卸锁分离的外力作用时，由钉杆、钉头承受剪切力，防止复合材料和合页分离、复合材料和快卸锁分离，因此钛铆钉易产生疲劳裂纹。飞机服役过程中曾多次发生设备舱口盖上钛铆钉断裂故障。

针对上述问题，飞机修理工厂采用原位超声波检测方法，对设备舱口盖上钛铆钉进行检测，以确保钛铆钉铆接质量，提高飞机结构性能及飞行安全。

1 钛铆钉内部质量分析

铆接过程中为防止对复合材料钉孔造成分层损伤,设备舱口盖上的钛铆钉采用压铆形式，压铆后不得出现压歪、压偏现象，必须保证铆钉与其所对应的孔是同心的，铆钉铆接完成后钉头面与复合材料表面平齐，钉头上表面与墩头下表面平行，飞机修理时为防止退漆水对复合材料和钛铆钉造成腐蚀，对设备舱口盖钛铆钉采取原位带漆层超声波检测。

服役过程中的钛铆钉由于交界处截面发生变化，形成应力集中，从而容易在钉头与钉杆交界处产生裂纹，裂纹严重时能使铆钉头局部脱落或完全脱落下来。

2 检测设备

2.1 超声波探伤仪

采用便携式工业无损超声波探伤仪，能够快速、便捷、无损伤、精确地对工件内部裂纹、气孔、夹杂等缺陷进行检测、定位和评估，测量范围0～6000mm，工作频率0.5～15MHz；放大接收硬件实时采样：10位AD转换器，采样速度160 MHz，滤波频带0.5～15MHz，根据探头频率全自动匹配，无需手动设置；近表面分辨率高，已被广泛应用到航天、航空、电力、机械制造、铁路交通等行业的薄壁零件、涡轮叶片铸件和锻件等工件的探伤。

2.2 超声波探头

检测时采用带延迟块探头：G15MN和ALPHA，延迟块长度为12.5mm或16.5mm。

2.3 对比试块

图2所示为设备舱口盖钛铆钉对比试块，其在HB6478-4×8钛铆钉钉头与钉杆交界R处人工刻槽以模拟裂纹，采用完好的钛铆钉以及带有不同深度人工刻槽的钛铆钉铆接在尺寸150mm×50mm的复合材料板和钢板上。其中1#钛铆钉为无缺陷完好铆钉，2#钛铆钉切槽为横向平行于钉头表面人工刻槽，刻槽深度为1mm，3#钛铆钉切槽为横向平行于钉头表面人工刻槽，刻槽深度为2mm，4#钛铆钉切槽为横向与钉头表面有一定角度人工刻槽，刻槽深度为2mm。

图1 设备舱口盖

图2 设备舱口盖钛铆钉对比试块

图3 铆钉钉头与顶杆交界处小裂纹回波波形

图4 铆钉钉头与顶杆交界处大裂纹回波波形

图5 缺陷的反射面与声束轴线不垂直波形

图6 裂纹与钉头面有一定角度的铆钉头和钉杆

3 异常波形评定与分析

3.1 钛铆钉缺陷回波指向性的影响

设备舱口盖钛铆钉裂纹一般出现在钉头与钉杆交界处，由于裂纹距离铆钉头埋深较小，裂纹反射波一般出现在界面波与底波之间靠界面波侧。裂纹较小时，缺陷回波的指向性较差，其反射回波高度很低，反射次数只有一次或二次，底波略有降低，如图3所示。随着裂纹深度的增加，缺陷回波具有较好的指向性，缺陷回波的高度也随之增高，反射波次数同时增加，底波强度减弱，甚至消失，见图4。