滲透檢測技術在航空發動機的修理過程中具有廣泛的應用。通常，滲透檢測對于表面開口型缺陷具有很高的檢測靈敏度。某小螺距螺栓修理時，受螺紋的磨損及高溫產生的積碳等因素影響，螺紋的受檢表面會變得非常粗糙。若受檢表面太粗糙，會降低滲透液的潤濕性能，同時影響清洗效果，并且會產生不良背景，嚴重時導致表面開口裂紋缺陷無熒光顯示（出現漏檢）。
為了降低該小螺距螺栓表面開口裂紋的漏檢風險，提高裂紋檢出率，中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司的技術人員通過一系列試驗確定了影響裂紋檢出率的主要因素，并優化了檢測工藝，提高了裂紋檢出率。
1、存在的問題
該小螺距螺栓如圖1所示，材料為GH4698，螺紋規格為M6×1.0 mm，用于連接高溫薄壁構件，其極易產生表面開口裂紋缺陷。在修理過程中，根據該螺栓的結構特性和表面狀態，滲透檢測時采用水洗型中等靈敏度的熒光滲透液。但在實際檢測中，常常出現螺紋根部表面開口裂紋漏檢的情況。
圖1 螺栓實物照片
2、裂紋的產生原因分析
經過分析，認為該螺栓螺紋根部裂紋的產生原因是工作環境冷熱變換產生了應力。觀察該螺栓的表面，發現螺紋中存在一定量的燒結物、積碳、氧化皮等雜質，這些雜質掩蓋了表面開口裂紋；且粗糙的氧化皮表面附著大量滲透液，造成檢測過程中對比度降低，難以發現裂紋顯示，尤其是細微裂紋顯示。另外某些開口裂紋的深寬比較小，采用中等靈敏度滲透液無法檢出。
為了驗證裂紋缺陷漏檢的原因，提高該螺栓裂紋缺陷的檢出率，筆者通過放大鏡觀察、對螺栓表面進行徹底清洗、采用不同靈敏度的滲透液進行一系列試驗，了解了滲透檢測前螺栓的表面狀態、熒光滲透液靈敏度與裂紋缺陷檢出率之間的關系。
試驗材料
試驗選用19件已工作超過500小時、表面均存在自然裂紋缺陷的螺栓。
根據螺栓的表面狀態，后乳化型熒光滲透液易造成檢測不良背景和過多的虛假顯示，因此采用水洗型熒光滲透液。
根據不同靈敏度等級和工廠實際情況，采用美國磁通公司生產的水洗型ZL-60D中靈敏度滲透液、ZL-67高靈敏度滲透液和ZL-56超高靈敏度滲透液進行檢測。
放大鏡觀察
采用60倍放大鏡觀察19件螺栓試件表面情況，發現19件螺栓試件在倒數第一扣至倒數第三扣根部均存在不同數量的裂紋，如圖2所示，裂紋開口大小存在差別。部分試件裂紋開口內存在污物堵塞，如圖3所示。
圖2 1號試件螺紋根部裂紋示意
圖3 裂紋開口被污物堵塞示意
熒光滲透檢測
清洗前，對試件進行一種靈敏度的熒光滲透檢測：
I類A法a型，2級靈敏度
選取具有裂紋顯示的試件8件，分別為1，7，8，10，12，13，14，16號試件，如圖4所示。其中10和12號試件滲透檢測裂紋顯示的數量和位置與放大鏡觀察結果完全一致；1，7，8，13，14，16號試件滲透檢測裂紋顯示數量少于目視觀察到的數量。
圖4 試件清洗前的熒光滲透檢測結果
放大鏡觀察具有裂紋但熒光滲透檢測無裂紋顯示的試件共有11件，分別為2，3，4，5，6，9，11，15，17，18，19號試件。
選取2，3，4，5，6，7，8，16號試件，徹底清洗后再次進行熒光滲透檢測：
I類A法a型，2級靈敏度（ZL-60D）
具有裂紋顯示的試件共6件，分別為3，4，5，7，8，16號。其中4，5，7，16號試件裂紋顯示數量和位置與放大鏡觀察結果完全一致；3號試件裂紋顯示數量為3條，多于放大鏡觀察到的2條；8號試件裂紋顯示數量為1條，少于放大鏡觀察到的2條；具有裂紋但無裂紋顯示的試件有2件，分別為2和6號。
對2，6和8號試件清洗后，再次進行熒光滲透檢測：
I類A法a型，3級靈敏度（ZL-67）、4級靈敏度（ZL-56）
2號試件：
采用2級靈敏度進行熒光滲透檢測時無裂紋顯示；采用3級靈敏度檢測時裂紋顯示2條，倒數第二扣裂紋顯示長度約2.3 mm，倒數第三扣裂紋顯示長度約1.2 mm，檢測背景較好，但裂紋顯示處滲透液回滲較微弱；采用4級靈敏度檢測時裂紋顯示為2條，倒數第二扣裂紋顯示長度約4.0 mm，倒數第三扣裂紋顯示長度約3.1 mm，裂紋顯示處滲透液回滲明顯，但檢測背景稍差，如圖5所示。
圖5 2號試件表面的放大鏡觀察結果與檢測結果
6號試件：
采用2，3級靈敏度進行熒光滲透檢測時無裂紋顯示；采用4級靈敏度檢測時裂紋顯示為1條，倒數第二扣裂紋顯示長度約3.2 mm，裂紋顯示處滲透液回滲較微弱，且檢測背景稍差，如圖6所示。
圖6 6號試件表面的放大鏡觀察結果與檢測結果
8號試件：
采用2級靈敏度進行熒光滲透檢測時裂紋顯示為1條，倒數第一扣裂紋顯示長度約為1.4 mm，滲透液回滲明顯，檢測背景較好；采用3級靈敏度檢測時裂紋顯示為2條，倒數第一扣裂紋顯示長度約為2.0 mm，倒數第二扣裂紋顯示約為1.1 mm，裂紋顯示處滲透液回滲明顯，檢測背景較好；采用4級靈敏度檢測時裂紋顯示2條，倒數第一扣裂紋顯示長度約為4.8 mm，倒數第二扣裂紋顯示約為1.2 mm，裂紋顯示處滲透液回滲明顯，但檢測背景稍差，如圖7所示。
圖7 8號試件表面的放大鏡觀察結果與檢測結果
試驗結果比較分析
由60倍放大鏡觀察結果、清洗前后熒光滲透檢測結果、更換不同靈敏度滲透液的熒光滲透檢測結果對比分析可知，某些在放大鏡下可觀察到的表面開口裂紋缺陷在熒光滲透檢測時無裂紋顯示的原因如下：
(1) 零件使用過后，積碳等污物堵塞了裂紋開口，阻礙了滲透液在裂紋開口處的毛細作用，使滲透液滲入過程失效（如4，5，7，16號試件）；裂紋開口的堵塞同時影響了放大鏡的觀察結果（如3號試件）。
(2) 對于同一表面開口缺陷，中等靈敏度、高靈敏度、超高靈敏度滲透液在缺陷中的截留能力依次升高，裂紋缺陷顯示長度依次增大（如2，6，8號試件）。
3、結論
1、小螺距螺栓修理時，螺紋根部的表面裂紋開口被污物堵塞，可能造成熒光滲透檢測時無裂紋顯示。將螺栓徹底清洗能夠提高熒光滲透檢測的有效性，同時提高裂紋缺陷的檢出率。
2、對于細微的表面開口缺陷，使用超高靈敏度滲透液更易檢出，但超高靈敏度滲透液的檢測背景稍差。為提高裂紋的有效檢出率、減少顯示的誤判及降低檢測成本，綜合考慮，宜采用水洗型高靈敏度的熒光滲透液進行檢測。
作者：孫曉雪，高曉，劉先亮，孫浩，張湘君，曹陽
工作單位：中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
第一作者簡介：孫曉雪，工程師，主要從事滲透檢測、渦流檢測的研究工作。
來源：《無損檢測》2023年2期
