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PW1100发动机吊点螺栓检测中应用涡流方法的价值探究

2020-09-08 346 上传者：管理员

摘要：涡流检测在非铁磁性导电材料的无损检测中效果较佳，对于表面或者近表面裂纹具有较好的灵敏度。相对而言，渗透检测只可用于表面开口缺陷，而磁粉检测则更适合于铁磁性材料检测。PW1100G发动机的吊点螺栓是连接发动机和机身的关键承力部件，本文通过对该型螺栓在维护手册中推荐检测方法的介绍，分析涡流检测相对于其他方法的优势，同时，对于该工作的重难点进行了总结和分析。

关键词：
发电机
检测
涡流
螺栓
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1、常用三种检测方法的对比

在工业无损检测中，涡流检测、渗透检测、磁粉检测是常见的三种检测方法，在各种场合中得到了普遍应用。简要而言，其主要的应用场景和优劣势如表1所示。

此外，无损检测方法的有效性，须考虑被检对象的具体情况，主要包括下列方面：

(1）材料的特性，比如，磁性、导电性、金属和非金属等，针对性地选择合适的检测方法。

(2）被检件的尺寸、结构、形状特征，比如，板型、棒型、管型等，针对性的选择合适的检测探头。

(3）对被检件进行分析，确定缺陷的可能形态（比如裂纹、腐蚀、体积性的夹杂等），确定缺陷可能产生的区域以及缺陷的方向，以确定正确的设置参数、扫查方向等工艺规范。

2、PW1100G发动机吊点螺栓概况

PW1100G发动机是近年来应用在空客A320系列主力机型上的，一种轴流式涡轮风扇发动机，它有高低压双转子。发动机特点是行星齿轮驱动FDG齿轮箱减速驱动的风扇转子，增加了推进效率的同时，降低了噪音和油耗。

PW1100G发动机的吊点螺栓共8根，分为前吊点区域和后吊点区域两处。其主要作用是承载和传递推力给机身，具体如下：

(1）承受发动机重力。

(2）传递发动机推力给机身。

(3）确保发动机不会沿着轴向旋转。

(4）承受侧向载荷。

此处的螺栓作用至关重要，同时，承受着垂直向下的来自发动机自重的重力、发动机运转后产生的水平向前的推力，以及发动机由于高速转动而产生的侧向剪切力，以及在飞行全程，因为飞行姿态变化，而产生的其他角度的应力，在长期运行过程中，有可能因疲劳、振动、应力突变、预紧力变化、安装不到位、腐蚀等各种因素而产生缺陷或者裂纹。所以，需在每次拆换发动机时，对其进行无损检测。

此螺栓分别有25.4mm、22.2mm、19.1mm三种直径尺寸，经测量，电导率约为1.47%ICAS。

如上所述，PW1100吊挂螺栓探伤，理论上就可以至少通过以上三种检测方法进行检测的可能，其他还有超声波、射线检测等方法可适用，但在工业实践的大批量检测中，因效率低下，实际应用的情况并不多。

首先，对该吊挂螺栓进行初步判断，通过永磁铁初步判断，认为其为非铁磁性材料。为验证，对该吊挂螺栓按照磁粉检测工艺标准，进行低填充系数的线圈纵向磁化，电流设置到约3000A进行充磁三次，检测螺栓两个端头，仍无足够的表面磁场。故可以判断，磁粉检测方法并不适用于该型吊挂螺栓的检测工作。

然后，使用Level4的渗透检测方法对该螺栓进行检测，分别对螺栓试块位于R倒角区域、螺杆区域、螺纹根部区域的周向人工裂纹进行检测，可以清晰地观察到每处的裂纹显示。

因此，渗透检测方法可以达到检测的需求。理论上，对于表面缺陷而言，渗透检测可以达到更高的检测灵敏度，但是，和涡流检测方法相比，该方法也有比较明显的局限性，首先，就是不能有效发现近表面的内部缺陷，然后，就是检测的效率、自动化的程度，比涡流检测要低得多，故厂家推荐测检测方法为涡流检测。

表1三种检测方法对比

3、涡流检测PW1100发动机吊点螺栓

该螺栓涡流检测工作，使用的是一套包含了试块、探头、夹持块、旋转枪以及B-310系列的涡流检测仪共14种附件的检测工具包，方便携带，尤其适用于飞机现场检测。

图1PW1100螺栓检测套装

螺栓被检区域分为三个主要区域，分别为螺纹区域、螺杆区域以及螺栓头部R倒角区域。根据螺栓主要受剪切力、扭转力以及拉应力的受力分析，其典型裂纹方向一般为垂直于螺栓轴向的周向裂纹。如图2所示。

图2检测区域及典型裂纹

检测开始前，必须选用合适配套的试块、探头、夹持块，配合旋转枪，进行设备参数和灵敏度调教，使涡流检测仪探头在经过缺陷时，得到手册要求的典型缺陷显示。此处注意的是，对于螺栓螺纹及螺杆部位的检测，频率f应设置为500kHz，且应该设定65～400Hz的高低通滤波，以排除旋转带来的背景噪声信号。而对于螺栓头部R倒角区域的检测，则应提高检测频率到2MHz，同时，设定更高的130Hz～2kHz的高低通滤波，以提高对于细小缺陷的灵敏度，并排除提离的影响。典型的裂纹信号显示如下：

图3典型R角裂纹显示

在设备调试完毕后，既可以分别针对前吊点、后吊点螺栓进行分区检测，一般情况下，先对前吊点4根螺栓的R角区域进行检测，然后，更换探头和参数设置，对螺杆和螺纹区域进行检测。后吊点螺栓检测亦同。直至完成所有两种直径的螺栓所有区域的检测为止。对于发现缺陷螺栓，按工作手册要求直接予以报废。

图4典型螺纹区域裂纹

4、注意事项及疑难点分析

在PW1100螺栓的检测过程中，工作技术手册并未面面俱到。通过在日常工作中的梳理和总结，此检测的几个关键点需要引起注意，否则，可能造成对检测结果的明显影响。

4.1螺栓沿轴向偏摆对检测的影响

该检测工具套装根据每种螺栓直径，设计了专门的夹持导块，内部安装有一定弹性的橡胶螺栓倒模软衬垫，确保了螺栓头部装入导块时，能够有一定的过盈配合，使螺栓被充分夹持紧，目的就是为了防止在螺栓全速旋转过程中出现摆动。

一旦出现螺栓沿轴向的偏摆角，首先导致的问题是螺栓在全速旋转时，极易失去平衡而被甩脱掉落，不但有可能伤人，还可能损伤设备或者螺栓本身。再者，如果是小角度的偏摆，虽然不至于使螺栓掉落，但是，旋转时，导块和螺栓各个接触区域的间距差异，造成了明显的提离，从而使裂纹信号显示幅度FSH出现较明显的降低。最后，偏摆也加剧了探头和导块，与螺栓本体之间的过度接触而在旋转过程中磨损，进而造成了设备过早的损坏。

所以，工作过程中，必须非常注意螺栓在导块中的压装到位，使螺栓头部和导块之间不留间隙，均匀压紧，才可以获得最好的显示效果，并减少设备不正常的磨损。

图5错误的偏转安装

4.2旋转和进给速度对显示的影响

该实际检测工作中，旋转枪所设置的旋转速度以及探头导块及探头本身在螺栓上的进给速度，对于缺陷最终在设备上的阻抗图显示影响很大，必须在工作过程中设置合适。

在工作可接受范围内，相同设备参数设置下，旋转枪的旋转速度越大，缺陷显示越明显（在阻抗图显示上的显示幅度越大），与之相反，探头进给速度越快，则缺陷的显示越不明显（在阻抗图显示上的显示幅度越小），探头在螺栓轴向的移动速度引起的阻抗图显示衰减效果类似。

缺陷在周向的定位。在此项工作中，对于发现的裂纹仅要求直接报废，并未要求对裂纹进行具体定位。而在实际中，对于裂纹的定位有利于后期对于缺陷成因的分析。但因为涡流检测的性质，准确定位的难度较大，但经笔者初步实验，仍然可以通过对信号的分析进行粗略定位，以便于缺陷分析。该工作的缺陷定位一般涉及以下几个必要因素。

(1）缺陷在轴向的位置。也就是缺陷大致位于三个区域的哪一个，以及大致所处的轴向位置。此定位可以通过探头中心点在轴向的大致位置予以确定，较为简单。

(2）缺陷在周向的位置。因旋转的是螺栓工件而非探头本身，不同于一般的旋转孔检查，可通过波形在Y-T模式上的固定位置推测其周向角度。在Y-T图以及带状图中显示的是随时间流动从右向左随时变动的。可以通过Y-T图找出缺陷大致位于的周向位置，主要方法如下：

(1)在螺栓上任意选取一个位置作为初始点，并在螺栓小端一面做好标记，以便于观察。

(2)固定好探头在周向任意位置，以保证在旋转枪旋转过程中不晃动、摆动。

(3)以合适、均匀的速度旋转工件，此时，能够观察到带状图上可分辨的、间距相等的缺陷突起信号随时间线向左流动。

(4)监测带状图的最右侧（探头当下所在点的信号反射区），当螺栓标记点X0旋转经过探头正对的位置时，按下仪器上的STORE键，截取此时的带状图进行简单分析，即可获得缺陷位于标记点X0后的大致位置。

可以通过Y-T图很容易看出，起始点X0距离下一次缺陷出现约40%周长的位置，也就是144°左右，与试块上标记起始点和缺陷的实际位置情况基本相符合。但周向定位一般仅在螺纹缺陷的长度较短时，才有意义，若是长度过长的环形裂纹，则一般不用再进行此项分析。

5、结语

综上所述，在现场条件下进行PW1100吊点螺栓涡流检测工作，相对于渗透检测方法而言，方便快捷，效率高，对于螺栓各主要受力区域的常见的周向裂纹缺陷有较高的灵敏度，在自主调整好设备技术参数，主动避免检测过程中各种影响因素的前提下，可以有效实现缺陷检出，并通过初步定位，能够为后续缺陷的原因分析做好铺垫。

参考文献：

[1]刘贵民,马丽丽.无损检测技术[M].北京:国防工业出版社,2010:8-9.

[3]刘鸿文.材料力学[M].高等教育出版社.343-345,364-365.