飞机轮毂缺陷涡流检测技术研究

何海生;付刚强;郭奇

【摘 要】涡流检测是飞机轮毂缺陷和损伤常用的检测方法.研究放置式探头手动扫查、轮毂涡流自动扫查系统和阵列涡流探头扫查三种涡流检测方式,并对这三种检测技术进行比较分析.结果表明:用阵列涡流柔性探头对飞机轮毂进行检测将是轮毂无损检测的发展方向,本文的研究结果对航空维修领域涡流检测技术的发展具有重要意义.

【期刊名称】《航空工程进展》 【年(卷),期】2018(009)0z1 【总页数】4页(P75-77,101)

【关键词】航空维修;轮毂;涡流检测;阵列涡流 【作 者】何海生;付刚强;郭奇

【作者单位】北京航空工程技术研究中心,北京100076;北京航空工程技术研究中心,北京100076;北京航空工程技术研究中心,北京100076 【正文语种】中 文 【中图分类】TG115.28 0 引 言

机轮是飞机滑行、起飞、降落过程的主要承力部件，尤其在降落过程中机轮承受巨大的冲击力和刹车产生的热应力。轮毂作为机轮的主要部件，其结构完整性是保证

飞机安全的关键因素。在大摩擦和交变高负荷的环境下，一旦轮毂存在裂纹，随着飞机起飞着陆，机轮上裂纹在气体压力和强大的冲击力共同作用下扩展延伸，导致轮胎爆胎、轮毂断裂和机轮飞离机体等故障。近年来，发生轮毂轴套根部疲劳裂纹引发的飞行事故多起，事后无损检测多次发现处于轮毂轴套根部和轮毂散热孔处的疲劳裂纹。

飞机轮毂普遍采用镁合金铸件和铝合金锻件，航空维修领域轮毂原位无损检测的主要目的是检测疲劳裂纹，由于检测部位形状较为特殊，周边空间狭小，可采用的检测手段非常有限。轮毂外形比较复杂且都有保护漆，因此，轮毂原位检测采用渗透检测不现实，镁合金松散的结构和粗大的晶粒导致超声检测也不易实现[1]，故一般都采用涡流检测方法。

轮毂较易产生裂纹的区域主要是冲击载荷集中区域，在实际中根据轮毂主承力部位的面积、特征及其损伤模式，通过受力分析，确定主机轮毂的轮缘根部R处、轮毂转角R处及固定轮缘根部R处、外胎与轮毂紧密结合区的轮座区域等是轮毂的应力集中区域，容易产生疲劳裂纹，是飞机日常维护和定期检修的重点部位。 本文重点研究涡流检测方法在轮毂检测中的应用及发展，对比分析放置式探头手动扫查、轮毂涡流自动扫查系统和阵列涡流探头扫查三种涡流检测方式，以期为航空维修领域涡流检测技术的发展提供有益参考。 1 涡流检测原理和轮毂检测特点

涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，通有交流电的线圈(探头)接近被检件(导体)，线圈建立交变磁场，处于交变磁场中的被检件发生电磁感应，产生涡流[2]。影响涡流检测的因素包括：线圈形状和尺寸、交变电流频率、线圈与试件的相对位置(提离)、被检件的电导率、磁导率、形状、几何尺寸和缺陷等。

各种机型的轮毂，其生产厂家不同且机轮设计上存在差异，导致不同型号轮毂上有

其特定的易发生裂纹的区域，轮毂检测部位也不完全相同。而手动涡流检测经济适用，简便易行，可以应对不同检测部位，具有对小裂纹的灵敏度高，无需耦合剂等优点，不仅能够检测出轮毂的疲劳裂纹还可以检测出其他缺陷，故这种检测方法被广泛应用。

2 放置式笔式探头扫查

轮毂检测部位几何形状复杂，个别部位间隙较小，为了减小边缘效应和提离的影响，一般选择直径较小的放置式笔式探头手动对轮毂检测部位逐点扫查。这种探头灵敏度高且无方向性，如图1所示。 图1 放置式笔式涡流探头手动检测轮毂

轮毂多R角和凹弧面，研究发现凹弧面的曲率半径越小，提离引起的阻抗变化越大[3]，检测小半径凹弧面时干扰信号比较严重，即在这两个部位涡流检测信号对提离比较敏感，导致误判和漏检的概率增大。因此当检测R角或者凹弧面时，在检测前要清洁检测表面，确定表面没有氧化皮或者油污等，保持检测表面光滑平整。探头应紧贴被检面，且尽量保持与被检面切面垂直，要求检测人员操作要稳，经验丰富。轮毂涡流检测手动检测效率低，检测凹弧面时信号干扰大，不易判断。 3 轮毂涡流自动扫查系统

针对手动扫查工作量大、效率低和个别部位可靠性差等缺点，轮毂涡流检测自动扫查系统应运而生。国内外的两种轮毂涡流自动扫查系统如图2～图3所示。 图2 爱德森公司飞机轮毂涡流自动扫查系统 图3 德国罗曼公司飞机轮毂全自动涡流探伤机

涡流自动扫查系统一般由计算机、涡流探伤仪、电机控制单元、多轴机械扫描器、放置式探头及其夹具组成。自动扫查系统是计算机编程控制电机带动轮毂旋转和多轴机械扫描器夹持探头扫查，不仅具有常规平面阻抗显示方式，而且还有B扫和C扫成像显示，结果直观，效率和灵敏度都比手动扫查高。但是涡流自动扫查系统

成本高，便携性不好，一般需要一定的场地，多应用于修理厂。 4 阵列涡流探头扫查

阵列涡流检测具有按一定方式排布、且独立工作的多个检测线圈，能够一次性完成大面积扫查及成像的涡流检测技术[4]。阵列涡流检测的研究始于20世纪80年代中期，阵列涡流检测借助计算机的强大分析、计算和处理能力，随着计算机技术的发展得以巨大发展，现已成为成熟的涡流检测技术，并在很多工业领域得到应用，例如用于金属焊缝的检测，航空航天金属部件的疲劳、老化和腐蚀检测，热交换器、锅炉压力容器以及压力容器管道的无损检测等。

阵列式涡流探头是由多个线圈按照一定规则排布(JBT 11780-2014中规定的阵列涡流探头线圈分布示意图和扫描规则如图4所示)，无需使用机械式探头扫描即可实现大面积范围的高速测量，且能够达到与单个传感器相同的测量精度和分辨率，有效地提高了传感器系统的测试速度、测量精度和可靠性。

图4 JBT 11780-2014标准中规定的阵列 涡流探头线圈分布示意图和扫描规则 阵列涡流探头有效解决了大面积表面手动检测效率低的问题，且具有多通道检测以及360°相位旋转功能，使得探头不需要扫描即可检测各方向裂纹。目前阵列涡流检测技术迅速得到世界各国重视，在欧美等国已被成功应用于航空、航天、核电等多个工业领域的无损检测。

近年来，随着新材料和半导体技术的发展以及加工工艺技术水平的提高，柔性阵列涡流检测技术研究愈加受到重视，也得到了广泛应用。柔性阵列涡流探头一般为平面结构形式，不仅具有普通阵列探头的优点，还具有良好的柔韧性，可根据被检件形状自由弯曲甚至折叠，紧贴被检件检测表面。能够非常方便地对复杂表面形状的零件进行检测[5]。例如，奥林巴斯的一款柔性涡流阵列探头(如图5所示)，可以很好地贴合轮毂凹弧面进行检测。 图5 奥林巴斯柔性涡流阵列探头

阵列涡流检测无论固定形状探头还是柔性探头都可以显示B扫图像或者C扫图像，在轮毂一些凹弧面或者R角等复杂形状面实施检测容易操作，灵敏度也可以达到与单个放置式笔式探头相同，且信号容易判断。但是成本比较高，对检测面表面状态要求比较高，探头耐磨性比较差，容易损坏。 5 结 论

(1) 由于经济性和便携性的原因，放置式笔式探头检测目前应用最为广泛，但是轮毂一些凹弧面或者R角等复杂形状面放置式探头手动扫查干扰比较大，信号不容易判断，并且检测效率比较低。

(2) 涡流自动扫查系统检测效率高，电脑自动识别缺陷信号，灵敏度高，但需要一定的场地，仪器不能随处移动，更加适用于修理厂。

(3) 阵列涡流探头，尤其是柔性阵列涡流探头在轮毂凹弧面或R角等形状面实施检测容易操作，灵敏度能达到要求，且信号容易判断，缺点在于成本较高，探头耐磨性比较差。

(4) 随着科学技术的进步、新材料的应用和轮毂涡流检测技术研究的不断发展，研制出成本低、性能更好的柔性探头是轮毂无损检测的发展方向。 参考文献

【相关文献】

[1] 淮英, 胡建国. 在役飞机轮毂的涡流检测[C]∥2006年全国无损检测学会电磁(涡流)专业委员会年会论文集. 宜昌: 中国机械工程学会, 2006.

[2] 任吉林, 林俊明, 高春法. 电磁检测[M]. 北京: 机械工业出版社, 2000. [3] 张玉华， 罗飞路， 孙慧贤. 飞机轮毂涡流检测中探头提离效 应的分析与抑制[J]. 仪器仪表学报, 2009(4): 786-790.

[4] 中国国家标准化管理委员会. JB/T 11780-2014无损检测仪器 阵列涡流检测仪性能和检验[S]. 北京： 中国标准出版社， 2014.

[5] 陈祥林， 丁天怀， 黄毅平. 新型接近式柔性电涡流阵列传感器系统[J]. 机械工程学报, 2006, 42(8): 150-153.