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低溫條件下燃氣渦輪發動機零件的滲透檢測

低溫條件下燃氣渦輪發動機零件的滲透檢測

滲透檢測是一種利用毛細現象檢測表面開口缺陷的無損檢測方法,其中,熒光滲透檢測法在民用航空行業中的應用較為廣泛。熒光滲透液中溶有熒光染料,檢測時在黑光燈下觀察,熒光顯示和背景之間的對比率可達到300:1以上,相對于著色滲透檢測,擁有更高的對比率,可獲得更高的檢測靈敏度,因而更適合檢測細微的疲勞裂紋等缺陷。

在某型APU(輔助動力裝置)的滲透檢測中,廠家指導建議為I-A/B/D(熒光滲透檢測+水洗型/親油后乳化型/親水后乳化型),檢測靈敏度等級為2,3級。

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時間參數

時間是滲透檢測工藝的重要參數。滲透檢測的每一步都有相應的標準時間規定。不僅如此,時間參數是檢測工作的重要計量依據,直接影響到整體進度的把控。

滲透時間是指從施加滲透液到開始去除之間的時間。滲透時間又稱接觸時間或停留時間,根據所檢測材料的不同、要求發現的缺陷不同,滲透時間的長短也會不同。對于細微的應力腐蝕裂紋,滲透時間甚至可以長達2小時。采用浸涂法施加滲透液時,還應包括排液所需的時間(滴落時間)。

在許多標準中,滲透時間不應少于10分鐘,在某型APU的廠家建議中,靜止件的滲透時間不應少于10分鐘,旋轉件的滲透時間不應少于20分鐘。

在乳化和去除步驟中,時間的掌握更為重要。為了完全去除表面多余的積存滲透液而不影響到滲入缺陷內的滲透液,乳化和去除的時間必須嚴格控制。原則上,親油型乳化劑的乳化時間控制在2分鐘之內,親水型乳化劑的乳化時間控制在5分鐘以內。時間過短或過長會造成清洗不足引起的背景顯示過多或過度清洗引起的無法顯示缺陷等情況。

干燥步驟中,為防止滲透液在缺陷中干涸而無法被顯像劑吸出,干燥時間越短越好,一般規定不超過10分鐘。

顯像步驟中,為了吸出缺陷中的滲透液形成缺陷圖像顯示,又為了防止吸出的顯像劑過多而產生模糊變形的顯示從而影響檢測人員的觀察判斷,顯像時間也需嚴格控制。根據顯像劑的不同,顯像時間也不同。


溫度參數

溫度參數經常與滲透時間參數關聯。依照 ASTM E1417-2016 《滲透試驗的標準實施規程》 規定,一般將溫度控制在4~52℃,清洗時水溫應在35℃以下,干燥時溫度不應超過71℃。


低溫的問題存在

雖然關于溫度參數的標準和指導建議通常給出溫度的上下限范圍,但在實際工作中,除非干燥箱失控,很難超過溫度上限,超溫的情況不容易發生。然而,在開放式廠房和不具備供暖設施的生產檢測區域,冬季卻可能低于檢測要求的溫度。從成都有記錄的氣象上看,冬季時低溫可低至0~3℃。雖然一般滲透檢測槽內都有加熱裝置,提供滲透液和清洗用水的加熱,但在占據滲透步驟大部分時間的滴落過程,受檢零件懸在空中,仍舊暴露在低氣溫環境中。


低氣溫的影響

除去極端情況(低溫使滲透液凝固),在滲透液凝固點之上的低氣溫,同樣對檢測工作有一定的影響。具體有:

(1) 低溫可能會影響染料在載液中的溶解度,極端狀況下,某些滲透液可能會出現分層、染料析出的情況。

(2) 環境溫度降低會影響滲透液的分子熱運動能力和密度,改變其表面張力,進而影響其對開口缺陷的潤濕性。

(3) 低溫也會削弱顯像劑的毛細管效應,因為低溫可能影響濕式顯像劑的干燥速度、干式顯像的吸附能力等。

(4) 低溫會直接影響滲透液的黏度,從而影響滲透液在缺陷內的滲透速度。

滲透液的滲透速率常用動態滲透參量來表征。它反映的是受檢工件浸入滲透液所需時間(即停留時間)的長短。

動態滲透參量K可用公式表示為:K=αcosθ/η(α為表面張力系數;θ為接觸角;η為黏度)。

黏度變高,即η值變大,動態滲透參量K就會相應變小,滲透速度變慢,在原本時間內,滲透液的滲入量會減少。


一般應對手段

在沒有條件改變整體檢測環境溫度的時候,應對措施如下:

(1) 將工件和滲透液等都加熱到一個較高的溫度,留有一定的降溫余量,使得在滲透時間內,整體溫度保持在可接受的范圍內。

(2) 通過靈敏度試塊驗證滲透材料的低溫性能,通過延長滲透時間等工藝調整,保證滲透檢測的靈敏度。

例如:某型APU的廠家指導工藝里提出,在必要情況下,可將零件加熱到40℃。有文獻指出,當試驗溫度為2.2℃時,超出部分滲透材料保持物理性能的溫度極限,使得在低溫試驗條件下,滲透材料的性能差異極大,此時延長滲透時間對提高低溫下滲透檢測的靈敏度沒有作用。


加 熱 裝 置

小零件進行無損檢測時已經是處于清洗過后、干燥潔凈的狀態,無須重復清洗、干燥和加熱。將滲透液加熱到40℃左右的狀態,耗費時間和電力。由于依靠滲透液加熱零件間接延長了滲透時間,且APU零件較小、散熱性好,在滴落過程中降溫也較快,給溫度把控增添了不確定性,故四川川航航空發動機維修工程有限責任公司的檢測人員設計了一個局部保溫罩,使得加熱滲透液的時間縮短,能保證局部溫度適宜。同時,通過加熱局部空氣來保證滴落環境的溫度,可以降低滲透液的加熱要求,電力需求更低,時間要求更短,節能而高效。

保溫罩外部采用隔熱材料,內層使用導熱材料雙層制作。下部設有卡槽,接卡在滲透檢測槽上。一邊外側開孔,可接電吹風。對面內側開孔,使熱風在保溫罩內行進一段路程,加熱內側傳熱層的同時,減緩速度再入罩腔內。由于空間體積較小,要求提升的溫度不必很高,且有保溫層保溫,故用電吹風等加熱裝置即可達到要求。對面進風,保證了熱風不會直吹零件且風力適中。內出風口有濾網濾塵,上方留孔,可插溫度計,方便隨時讀數和腔體透風,從而在相對節約能耗的同時,保證了在滴落時間內,檢測溫度整體在合適的范圍內。加熱罩結構如下圖所示。

加熱保溫罩結構示意


結語

以上分析了影響滲透檢測效果的幾種因素,包括時間,溫度等,重點指出低溫環境對檢測效果的影響,并給出應對方案。檢測人員設計制作的局部保溫罩,解決了在不具備整體控溫環境的條件下,進行滲透檢測的問題,可供同行參考。


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