超音速火焰噴涂層的熒光滲透檢測(cè)

王樹志, 劉廣華, 王本志, 高文博, 焦子千

(1.中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院 航空材料檢測(cè)與評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室材料檢測(cè)與評(píng)價(jià)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100095；2.北京百慕航材高科股份有限公司，北京 100095)

在國(guó)內(nèi)，超音速火焰噴涂技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空高強(qiáng)度鋼和鈦合金的防護(hù)中，如：起落架、活塞桿、柱塞、艙門插銷、阻力板和鈦合金襟翼滑軌等零件表面的防護(hù)[1-2]。

筆者以AerMet100鋼試樣表面碳化鎢涂層為熒光滲透檢測(cè)工藝試驗(yàn)對(duì)像。使用不同的涂層材料和磨削工藝制作出大量的表面缺陷，并進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，然后對(duì)缺陷的熒光顯示結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，分析產(chǎn)生缺陷的原因。另外，對(duì)缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)和分類，為火焰噴涂層熒光滲透檢測(cè)顯示的評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐和實(shí)際指導(dǎo)，為起落架等關(guān)鍵件的質(zhì)量控制和飛機(jī)的安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持和保障。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料選用AerMet100鋼，涂層選用Co基WC粉末(即鈷基碳化鎢粉末)。AerMet100鋼是我國(guó)自主研制的超高強(qiáng)度耐蝕鋼，用于起落架等高承力部件上[3],其主要化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示。按照工藝流程對(duì)鋼制圓棒試樣進(jìn)行噴涂，然后按照磨削和拋光組合的方式進(jìn)行加工而獲得不同表面狀態(tài)火焰涂層的圓棒試樣；通過(guò)調(diào)整不同的磨削工藝，共得到40個(gè)圓棒試樣。最后，對(duì)不同的圓棒試樣進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，滲透檢測(cè)工藝采用后乳化四級(jí)靈敏度，Ⅰ類D法a型(即：親水后乳化型熒光滲透液+干粉顯像劑)，工藝參數(shù)按照現(xiàn)場(chǎng)工藝規(guī)程執(zhí)行。記錄檢測(cè)結(jié)果并進(jìn)行比對(duì)分析，最終得到了不同缺陷的圖譜。

表1 AerMet100鋼合金質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

2 試驗(yàn)結(jié)果

使用四級(jí)靈敏度后乳化滲透劑對(duì)40件試樣進(jìn)行檢測(cè),并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分類，共分為1種正常檢測(cè)背景和5種異常情況。5種異常情況分別為磨削裂紋、大面積熒光背景、環(huán)帶熒光顯示、團(tuán)狀熒光顯示和點(diǎn)狀熒光顯示等5種。

2.1 磨削裂紋熒光顯示

試樣上發(fā)現(xiàn)的磨削裂紋的滲透檢測(cè)結(jié)果如圖1所示，其形貌特征呈網(wǎng)狀和平行線狀。端部容易出現(xiàn)線狀顯示，輕微的網(wǎng)狀裂紋只在裂紋交合處有顯示。對(duì)顯示處進(jìn)行擦拭后,滲透檢測(cè)結(jié)果如圖2所示，可見輕微的磨削裂紋擦試后幾乎沒(méi)有返滲，嚴(yán)重的磨削裂紋返滲比較明顯。重新顯像后，輕微的磨削裂紋只有部分出現(xiàn)顯示(見圖3)。

圖1 試樣磨削裂紋熒光顯示

圖2 擦拭后的試樣磨削裂紋熒光顯示

圖3 重新顯像后的試樣磨削裂紋熒光顯示

2.2 大面積背景顯示

在部分試樣上發(fā)現(xiàn)整體表面出現(xiàn)嚴(yán)重的熒光背景(見圖4)。擦拭后返滲不明顯(見圖5)，但重新顯像后背景重現(xiàn)(見圖6)。而該現(xiàn)象在實(shí)際制件的熒光滲透檢測(cè)過(guò)程中也會(huì)時(shí)常出現(xiàn)，有的經(jīng)過(guò)擦拭后更是返滲明顯。

圖4 試樣大面積熒光背景顯示

圖5 擦拭后試樣大面積熒光背景顯示

圖6 重新顯像后試樣大面積熒光背景顯示

2.3 環(huán)帶熒光顯示

試樣典型環(huán)帶熒光顯示及其擦拭后和重新顯像后的結(jié)果如圖7～9所示，可見其特征是整個(gè)背景下出現(xiàn)了周向的環(huán)帶狀顯示，擦拭后返滲非常明顯，重新顯像后顯示進(jìn)一步得到加強(qiáng)。該類熒光顯示特征明顯、對(duì)比度也比較高，評(píng)判較容易；但應(yīng)注意，該顯示容易在大面積磨削裂紋或者環(huán)帶中摻雜著磨削裂紋的情況下出現(xiàn)。

圖7 試樣環(huán)帶熒光顯示

圖8 擦拭后試樣環(huán)帶熒光顯示

圖9 重新顯像后試樣環(huán)帶熒光顯示

2.4 團(tuán)狀熒光顯示

試樣典型團(tuán)狀熒光顯示及其擦拭后和重新顯像后的結(jié)果如圖10～12所示，其特征是在較好的熒光背景下出現(xiàn)了團(tuán)狀的顯示，擦拭后返滲明顯，重新顯像后顯示進(jìn)一步得到加強(qiáng)。該類熒光顯示比較明顯，對(duì)比度較高，評(píng)判難度較低。

圖10 試樣團(tuán)狀熒光顯示

2.5 點(diǎn)狀熒光顯示

試樣典型點(diǎn)狀熒光顯示及其擦拭后和重新顯像后的結(jié)果如圖13～15所示，其特征是在整個(gè)背景下出現(xiàn)了離散狀點(diǎn)狀的顯示，擦拭后返滲不明顯，重新顯像后顯示進(jìn)一步得到加強(qiáng)。該類熒光顯示分布面積廣且較為均勻，對(duì)比度不高，評(píng)判難度較大，應(yīng)該引起檢驗(yàn)人員的高度重視。

圖11 擦拭后試樣團(tuán)狀熒光顯示

圖12 重新顯像后試樣團(tuán)狀熒光顯示

圖13 試樣點(diǎn)狀熒光顯示

圖14 擦拭后試樣點(diǎn)狀熒光顯示

圖15 重新顯像后試樣點(diǎn)狀熒光顯示

3 結(jié)果分析

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，AerMet100鋼制件表面碳化鎢涂層經(jīng)過(guò)磨削后進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，容易出現(xiàn)由于磨削工藝控制不當(dāng)而引起的缺陷顯示。

其中磨削裂紋是最為常見的缺陷，缺陷特征比較明顯，易于評(píng)價(jià)，但應(yīng)注意輕微的磨削裂紋要結(jié)合整體的背景來(lái)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，不要輕易使用擦拭方法，否則很容易將缺陷擦掉而沒(méi)有返滲現(xiàn)象。

對(duì)于大面積的熒光背景，已經(jīng)不具備滲透檢測(cè)條件，建議按照制造工藝要求重新處理表面，再進(jìn)行滲透檢測(cè)，直到背景合格為止。

對(duì)于點(diǎn)狀顯示，應(yīng)注意輕微的點(diǎn)狀顯示，要結(jié)合整體的背景整體評(píng)價(jià)，不要輕易使用擦拭的方法，否則很容易將缺陷擦掉而沒(méi)有返滲現(xiàn)象。

對(duì)于條帶和團(tuán)狀的顯示，顯示比較明顯，熒光亮度較高，很容易分辨，可直接按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)判定。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)AerMet100鋼制件表面碳化鎢涂層典型缺陷熒光顯示進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和分類，為熒光滲透檢測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)提供了理論支持和實(shí)操依據(jù)。

目前，很多驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)除了支持磨削裂紋以外，對(duì)于其他異常顯示并未進(jìn)行明確規(guī)定，因此要結(jié)合實(shí)際情況和研究數(shù)據(jù)，由相關(guān)部門確定進(jìn)一步方案。