渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其質(zhì)量可靠性直接關(guān)乎飛行員的生命安全，因此在葉片生產(chǎn)制造過(guò)程中會(huì)采取多種無(wú)損檢測(cè)手段來(lái)保證其產(chǎn)品質(zhì)量。一般的，采用射線檢測(cè)方法檢測(cè)夾渣等內(nèi)部體積型缺陷，采用熒光滲透檢測(cè)方法檢測(cè)疏松等表面開(kāi)口缺陷。

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪葉片為精鑄件，鑄造工藝復(fù)雜，葉片的排氣邊產(chǎn)生了近表面冷隔缺陷（其試車(chē)后熒光滲透檢測(cè)顯示，見(jiàn)圖1），生產(chǎn)制造階段的熒光滲透檢測(cè)和射線檢測(cè)均未能將其檢出，后續(xù)試車(chē)時(shí)在高溫、高壓以及交變載荷作用下，該缺陷開(kāi)口暴露，影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的出廠交付。因此，為避免帶有該類(lèi)型缺陷的葉片流入裝試環(huán)節(jié)，造成重復(fù)試車(chē)，增加生產(chǎn)制造成本，研究渦輪工作葉片排氣邊近表面冷隔缺陷的早期診斷方法是十分必要的。

圖1 排氣邊近表面冷隔缺陷的熒光顯示

渦流檢測(cè)

作為一種重要的無(wú)損檢測(cè)方法，對(duì)導(dǎo)電工件中的表面及近表面線性缺陷具有很高的檢測(cè)靈敏度。

中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司的檢測(cè)人員根據(jù)渦輪工作葉片排氣邊近表面冷隔缺陷的實(shí)際檢測(cè)需求，提出采用渦流檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)了一種適用于葉片排氣邊檢測(cè)的渦流探頭，給出了葉片排氣邊缺陷的評(píng)價(jià)方法。經(jīng)工程應(yīng)用，驗(yàn)證了該探頭具有可操作性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)，可檢出葉片排氣邊近表面的冷隔缺陷。

1葉片渦流檢測(cè)探頭的研制

對(duì)葉片排氣邊進(jìn)行渦流檢測(cè)時(shí)，邊緣效應(yīng)是最大的影響因素，通常采用制作限位工裝固定探頭掃查路徑的方法來(lái)消除邊緣效應(yīng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。為此，采用常規(guī)放置式渦流探頭配上限位工裝（見(jiàn)圖2）的方法，可一定程度地消除邊緣效應(yīng)的影響，但是該方法很難保證檢測(cè)過(guò)程中的耦合一致性，重復(fù)性差，不易操作，不適于工程應(yīng)用。

圖2 配限位工裝的常規(guī)渦流探頭

基于對(duì)這些問(wèn)題的考慮，結(jié)合葉片排氣邊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種7字型葉片排氣邊渦流檢測(cè)專用探頭（以下簡(jiǎn)稱專用探頭，見(jiàn)圖3）。為提高檢測(cè)靈敏度，減少曲率變化帶來(lái)的干擾信號(hào)的影響，采用了非屏蔽差動(dòng)式線圈，線圈由兩個(gè)半圓形線圈組成，直徑約為1.8 mm，位于探頭中部轉(zhuǎn)角邊緣處。為防止線圈損壞及線圈與排氣邊相對(duì)檢測(cè)位置發(fā)生變化，保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性，并延長(zhǎng)探頭的使用壽命，在線圈兩側(cè)及轉(zhuǎn)角處鑲嵌高強(qiáng)度陶瓷體，實(shí)際檢測(cè)時(shí)還可在探頭與葉片耦合面上粘貼特氟龍膠帶，膠帶粘貼應(yīng)平整，不允許存在褶皺，發(fā)現(xiàn)膠帶磨損時(shí)應(yīng)立即更換，并重新在對(duì)比試樣上進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)。

圖3 渦流檢測(cè)專用探頭

2信號(hào)分析與識(shí)別

考慮到目標(biāo)缺陷位于葉片排氣邊的近表面，為了能夠有效檢出該缺陷，渦流的有效滲透深度應(yīng)不小于葉片排氣邊的厚度。葉片材料為K403，其相對(duì)磁導(dǎo)率μr≈1，測(cè)得葉片的電導(dǎo)率σ為0.6793 MS/m，排氣邊厚度約為1 mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)渦流穿透深度公式可算得激勵(lì)頻率的最大值為2.5 MHz。選取激勵(lì)頻率為1.6 MHz，調(diào)節(jié)參數(shù)將提離信號(hào)調(diào)至水平方向，對(duì)比試樣上人工刻槽缺陷的渦流檢測(cè)信號(hào)如圖4所示。

圖4 人工刻槽缺陷的渦流檢測(cè)信號(hào)

為節(jié)省制造成本，渦流檢測(cè)工序應(yīng)安排在毛坯階段，檢測(cè)區(qū)域難免會(huì)有一些影響缺陷檢測(cè)的本底噪聲（即干擾信號(hào)），因此需要對(duì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的異常信號(hào)進(jìn)行分析，以識(shí)別缺陷信號(hào)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，有異常信號(hào)時(shí)，分別從葉盆、葉背兩面再進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比葉盆信號(hào)和葉背信號(hào)，以及兩者與人工缺陷信號(hào)和提離信號(hào)的差異，再結(jié)合目視檢查，可有效檢出葉片排氣邊的近表面冷隔缺陷。

1號(hào)和2號(hào)樣件

渦流檢測(cè)異常信號(hào)如圖5所示。由目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)異常信號(hào)的部位存在如圖6所示缺陷引起的本底噪聲。

圖5 1號(hào)、2號(hào)樣件的渦流檢測(cè)異常信號(hào)

圖6 目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷

分析認(rèn)為，當(dāng)樣件上有凹坑，且正好位于探頭正下方時(shí)，相當(dāng)于增加了提離距離，檢測(cè)信號(hào)相位與提離信號(hào)相位基本相同；當(dāng)凹坑位于探頭另一側(cè)正下方時(shí)，則相當(dāng)于檢測(cè)內(nèi)壁腐蝕坑，檢測(cè)信號(hào)與提離信號(hào)之間會(huì)有相位差；當(dāng)樣件上有缺口時(shí)，從任意一側(cè)檢測(cè)缺口均相當(dāng)于檢測(cè)表面缺陷，葉盆、葉背兩面的檢測(cè)信號(hào)與提離信號(hào)之間均會(huì)有相位差。為進(jìn)一步驗(yàn)證該分析的正確性，在葉片排氣邊渦流檢測(cè)區(qū)域內(nèi)制作了凹坑、缺口，對(duì)其進(jìn)行渦流檢測(cè)，由檢測(cè)信號(hào)判定檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的異常信號(hào)是否為本底噪聲引起的非缺陷信號(hào)。

3號(hào)和4號(hào)樣件

渦流檢測(cè)異常信號(hào)如圖7所示，分析可知，異常信號(hào)相位與提離信號(hào)相位有明顯夾角，且與人工缺陷信號(hào)相位基本相同，目視檢查未發(fā)現(xiàn)凹坑、缺口等可能形成異常信號(hào)本底噪聲的缺陷，因此判定該異常信號(hào)為缺陷信號(hào)。

圖7 3號(hào)、4號(hào)樣件的渦流檢測(cè)異常信號(hào)

3比對(duì)驗(yàn)證

為驗(yàn)證以上檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)樣件出現(xiàn)異常信號(hào)的位置分別進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)、射線檢測(cè)和金相剖切，其中，3號(hào)和4號(hào)樣件的金相結(jié)果如圖8所示。經(jīng)熒光滲透和射線檢測(cè)后，標(biāo)識(shí)位置均未發(fā)現(xiàn)任何缺陷。對(duì)標(biāo)識(shí)位置進(jìn)行取樣、制樣和腐蝕后觀察，在1號(hào)和2號(hào)樣件上未發(fā)現(xiàn)任何缺陷，3號(hào)和4號(hào)樣件上有如圖8所示的鑄造冷隔。因此，可判定渦流檢測(cè)的結(jié)果正確有效。

圖8 3號(hào)和4號(hào)樣件的金相結(jié)果

結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)研制的渦流檢測(cè)專用探頭可以很好地滿足渦輪葉片排氣邊近表面冷隔缺陷的工程檢測(cè)需求，現(xiàn)已推廣應(yīng)用于多型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪工作葉片排氣邊的渦流檢測(cè)。不過(guò)隨著航機(jī)任務(wù)的逐年遞增，產(chǎn)品質(zhì)量要求的日益提高，自動(dòng)化檢測(cè)是必然趨勢(shì)，另外該探頭僅能用于檢測(cè)渦輪葉片排氣邊上的缺陷，且受探頭尺寸限制，靠近葉片緣板兩端存在約5 mm的盲區(qū)，因此還需開(kāi)展渦輪葉片自動(dòng)渦流檢測(cè)技術(shù)研究，以擴(kuò)大檢測(cè)范圍，減小檢測(cè)盲區(qū)。