浅谈金属叶片镍前缘护罩无损检测的方法

浅谈金属叶片镍前缘护罩无损检测的方法

罗媛媛

惠阳航空螺旋桨有限责任公司  保定市  071000

摘要：金属叶片镍前缘护罩胶接过程产生的脱粘缺陷，是镍前缘护罩与橡胶层的脱开，属于平面型缺陷，对桨叶使用有严重影响。无损检测应选择适于检测平面型缺陷的检测方法，有超声波检测法、激光错位散斑干涉检测方法、红外热波检测法等。当镍前缘护罩与橡胶层脱开有一定距离或之间存在一定空隙时，还可采用工业CT检测方法。

关键词：超声波检测、激光错位散斑干涉检测、红外热波检测、CT检测

1、引言

金属叶片镍前缘护罩胶接过程产生的脱粘缺陷，是镍前缘护罩与橡胶层的脱开，属于平面型缺陷，对桨叶使用有严重影响。无损检测应选择适于检测平面型缺陷的检测方法，有超声波检测法、激光错位散斑干涉检测方法、红外热波检测法、敲击检测法等。当镍前缘护罩与橡胶层脱开有一定距离或之间存在一定空隙时，还可采用工业CT检测方法。特从如下几方面进行分析：

2、金属桨叶检测简介

2.1桨叶结构简介

桨叶主体为模锻件，材料为LY11，为加强前缘的强度，会在金属桨叶前缘粘接镍护罩，镍前缘护罩与基体间有橡胶层，依靠胶接连成一体。

2.2金属桨叶无损检测

2.2.1超声波检测

超声波检测是利用超声波在异质界面上发生反射、折射现象，通过探头发射和接收超声信号，根据波形变化特征来判断缺陷的检测方法。常用检测类型有脉冲反射法和穿透法。

金属桨叶镍前缘护罩如采用脉冲反射法进行超声波检测时，镍前缘护罩区域结构属多层平界面的反射和透射情况，中间介质的密度远远小于两侧。超声波穿透镍层进入橡胶层时，由于橡胶层的衰减系数远大于两侧金属层，超声波被橡胶层吸收，无法反射，探头无法接受到反射信号，有无脱粘无法通过波形进行判断。因此，桨叶包边区域采用超声波脉冲反射法无法检测脱粘缺陷。

超声波穿透法（超声C扫描）一般采用两个相对探头，配合辅助工装实现检测的。为保证接收探头时刻能接收到发射的超声波，多采用计算机控制，检测结果图像化和过程自动化，检测需要有固定场所。超声波穿透法，适用于检测两面相对平行度较高的零部件。桨叶镍前缘护罩前后缘过渡区域截面变化较大，不适于穿透法。

2.2.2激光错位散斑干涉检测

激光错位散斑干涉检测是通过被检物体在加载前后激光散斑图的叠加，从而在有缺陷部位形成干涉条纹，采用CCD摄像机输出干涉图像，通过计算机处理输出数字化图像，利用不同加载方式实现各种零部件的检测，针对不同的检测对象采用不同的加载方式。主要用于蜂窝结构、橡胶轮胎、复合材料粘接质量的检测，可检测缺陷主要有脱粘、分层、冲击损伤、渗水、蜂窝变形等[1]。

金属桨叶镍前缘护罩粘接质量的检测为检测金属与橡胶之间的粘接质量，依据激光散斑检测原理及应用范围可以进行检测。

2.2.3红外热波法检测

红外热波检测技术，是基于红外辐射原理，通过扫描记录或观察被检测工件表面上由于缺陷对热传导性能影响，使物体表面局部区域产生温度梯度导致物体表面红外辐射差异，来检测表面和近表面缺陷的方法。将一固定热量均匀地注入工件表面，其扩散进入工件内部的速度由内部性质决定。用红外热像仪扫描记录工件表面温度场，利用软件处理实时图像信号并在计算机上显示检测结果[1]。

可检测缺陷包括：金属和非金属材料胶接件、蜂窝夹层结构、金属焊接、管道设备、空心涡轮叶片等材料与产品件中的脱粘、分层、孔洞、裂纹、厚度不均、夹杂物等。

金属桨叶镍前缘护罩粘接质量的检测为检测金属与橡胶之间的粘接质量，属于红外热波检测原理及应用范围可以进行检测。

2.2.4工业CT法检测

工业CT检测的检测原理与射线检测一致，区别在于CT检测是对工件扫描部位进行多角度透射，将透射数据进行投影重建计算衰减系数分布图像，最终显示工件截面图像。工业CT检测对于体积型缺陷和有密度差异的缺陷敏感，对于紧贴型脱粘、分层等缺陷不适用。对于不同检测对象，除设备关键参数空间分辨率和密度分辨率外，还需要有不同行程范围、转台、探测器位置等硬件条件[2]。

金属桨叶镍前缘护罩可能存在紧贴型脱粘缺陷，从理论分析初步判断根据工业CT检测方法并不适用于该桨叶镍前缘护罩脱粘缺陷的检测。但对已扒除的桨叶镍前缘护罩胶接实际可见缺陷，实际的桨叶镍前缘护罩胶脱粘缺陷均为镍前缘护罩与橡胶层脱开有一定距离或之间存在一定空隙，因此CT检测方法可作为桨叶镍前缘护罩胶接质量的检测方法。

2.2.5敲击法检测

敲击法是检测胶接质量最简单易行、廉价、古老的一种方法，至今仍在广泛应用。利用硬币、端头光滑的特制圆形小金属棒、铝质的小锤等工具以每秒4次的速率轻轻敲击组件，胶接质量好的部位会产生均匀的振动，发声尖锐而清脆；若脱粘或空穴部位，将发出较低沉的空洞声。此方法适应于0.3-1.5mm薄面板组件脱粘的检测，检测灵敏度较低。

3、实际检测的研究

3.1缺陷试板

缺陷使用带有聚四氟乙烯薄膜的胶带裁剪而成，缺陷类型属于紧贴型缺陷。

3.2试板检测

3.2.1超声波检测

桨叶包边区域经过超声波脉冲反射法检测，粘接区域无波形显示。

3.2.2激光散斑干涉检测

数年前为解决复材桨叶包边脱粘问题，邀请激光错位散斑设备销售商来公司做桨叶包边脱粘试验，检测效果理想。由于金属桨叶镍前缘护罩结构与复材桨叶有一定差异，经咨询激光错位散斑检测方面专业人员，认为此种检测方法可以检测金属桨叶镍前缘护罩胶接质量，但还需要进行试板检测验证缺陷。

激光散斑设备为非标型设备，加载方式多样，为保证能顺利检测出预制缺陷，经与设备经销商沟通，后期将会邮寄试板到其实验室做散斑检测，目前尚未获得检测结果。

3.2.3红外热波检测

由于试板未经验证且表面未作处理，仅检测到表面凹坑和加工痕迹，检测效果不佳，无法检测到预制缺陷。后续又送1片金属桨叶进行红外检测，初步判定可以检测到缺陷。

3.2.4工业CT检测

对现有批产金属桨叶增加CT扫描检测，扫描检测方法为:根据技术单对缺陷检测要求的规定，初定CT扫描检测截面间距为50mm进行粗扫描，包边长度1362mm，共计扫描28个截面，每个截面扫描时间3min～5min,单片叶片共计扫描用时1.4h～2.3h（理论检测时间）。当某一截面发现缺陷时，则对该截面进行加密扫描，扫描间距加密为5mm～8mm，最终确定缺陷长度、宽度并计算出缺陷面积。

使用CT检测方法共检86片桨叶，发现的脱粘、气孔缺陷截面上长度均大于2mm（最小约2mm，最大约50mm），缺陷长度走向多与包边长度方向一致(最短约10mm最长可达300mm)，由于切层间隔较大，缺陷长度可能存在一定误差。

4现阶段检测工作

前期制作缺陷试板红外检测效果不佳，CT检测未能发现预埋缺陷。实际扒除桨叶镍前缘护罩的发现缺陷以及CT检测出的缺陷与试板预埋缺陷不同，因此前期制作预埋聚四氟乙烯薄膜的试板不适合作为金属桨叶现有脱粘缺陷的对比试样。应另行制作试板，需要做出镍层与橡胶层有一定间隙的预埋缺陷。

红外检测方法已实际应用多年，应用范围涉及多个行业，且已经制定出相关的国家级检测标准。前期红外检测验证效果不佳，不能代表此种检测方法不适用。红外检测的可行性还需进一步验证。

经了解，鉴于激光散斑检测方法在复材桨叶镍前缘护罩检测效果，对于金属桨叶镍前缘护罩胶接质量的激光散斑检测方法的试验有必要开展。

综上所述，金属桨叶镍前缘护罩胶接质量的检测现阶段仍以CT检测方式为主，同时重新制作缺陷试板，为验证红外检测方法和激光散斑检测方法的可行性提供必要条件。

参考文献：
[1]李家伟、陈积懋主编.无损检测手册.北京.机械工业出版社.2002.1

[2]徐向群编著.工业CT检测.北京.国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证委员会.2012.11