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低温条件下燃气涡轮发动机零件的渗透检测

 发布时间:2021-03-02 点击量:189

渗透检测是一种利用毛细现象检测表面开口缺陷的无损检测方法,其中,荧光渗透检测法在民用航空行业中的应用较为广泛。荧光渗透液中溶有荧光染料,检测时在黑光灯下观察,荧光显示和背景之间的对比率可达到300:1以上,相对于着色渗透检测,拥有更高的对比率,可获得更高的检测灵敏度,因而更适合检测细微的疲劳裂纹等缺陷。

在某型APU(辅助动力装置)的渗透检测中,厂家指导建议为I-A/B/D(荧光渗透检测+水洗型/亲油后乳化型/亲水后乳化型),检测灵敏度等级为2,3级。

 

 

时间参数

时间是渗透检测工艺的重要参数。渗透检测的每一步都有相应的标准时间规定。不仅如此,时间参数是检测工作的重要计量依据,直接影响到整体进度的把控。

渗透时间是指从施加渗透液到开始去除之间的时间。渗透时间又称接触时间或停留时间,根据所检测材料的不同、要求发现的缺陷不同,渗透时间的长短也会不同。对于细微的应力腐蚀裂纹,渗透时间甚至可以长达2小时。采用浸涂法施加渗透液时,还应包括排液所需的时间(滴落时间)。

在许多标准中,渗透时间不应少于10分钟,在某型APU的厂家建议中,静止件的渗透时间不应少于10分钟,旋转件的渗透时间不应少于20分钟。

在乳化和去除步骤中,时间的掌握更为重要。为了完全去除表面多余的积存渗透液而不影响到渗入缺陷内的渗透液,乳化和去除的时间必须严格控制。原则上,亲油型乳化剂的乳化时间控制在2分钟之内,亲水型乳化剂的乳化时间控制在5分钟以内。时间过短或过长会造成清洗不足引起的背景显示过多或过度清洗引起的无法显示缺陷等情况。

干燥步骤中,为防止渗透液在缺陷中干涸而无法被显像剂吸出,干燥时间越短越好,一般规定不超过10分钟。

显像步骤中,为了吸出缺陷中的渗透液形成缺陷图像显示,又为了防止吸出的显像剂过多而产生模糊变形的显示从而影响检测人员的观察判断,显像时间也需严格控制。根据显像剂的不同,显像时间也不同。

 

温度参数

温度参数经常与渗透时间参数关联。依照 ASTM E1417-2016 《渗透试验的标准实施规程》 规定,一般将温度控制在4~52℃,清洗时水温应在35℃以下,干燥时温度不应超过71℃。

 

低温的问题存在

虽然关于温度参数的标准和指导建议通常给出温度的上下限范围,但在实际工作中,除非干燥箱失控,很难超过温度上限,超温的情况不容易发生。然而,在开放式厂房和不具备供暖设施的生产检测区域,冬季却可能低于检测要求的温度。从成都有记录的气象上看,冬季时低温可低至0~3℃。虽然一般渗透检测槽内都有加热装置,提供渗透液和清洗用水的加热,但在占据渗透步骤大部分时间的滴落过程,受检零件悬在空中,仍旧暴露在低气温环境中。

 

低气温的影响

除去情况(低温使渗透液凝固),在渗透液凝固点之上的低气温,同样对检测工作有一定的影响。具体有:

(1) 低温可能会影响染料在载液中的溶解度,extreme状况下,某些渗透液可能会出现分层、染料析出的情况。

(2) 环境温度降低会影响渗透液的分子热运动能力和密度,改变其表面张力,进而影响其对开口缺陷的润湿性。

(3) 低温也会削弱显像剂的毛细管效应,因为低温可能影响湿式显像剂的干燥速度、干式显像的吸附能力等。

(4) 低温会直接影响渗透液的黏度,从而影响渗透液在缺陷内的渗透速度。

渗透液的渗透速率常用动态渗透参量来表征。它反映的是受检工件浸入渗透液所需时间(即停留时间)的长短。

动态渗透参量K可用公式表示为:K=αcosθ/η(α为表面张力系数;θ为接触角;η为黏度)。

黏度变高,即η值变大,动态渗透参量K就会相应变小,渗透速度变慢,在原本时间内,渗透液的渗入量会减少。

 

一般应对手段

在没有条件改变整体检测环境温度的时候,应对措施如下:

(1) 将工件和渗透液等都加热到一个较高的温度,留有一定的降温余量,使得在渗透时间内,整体温度保持在可接受的范围内。

(2) 通过灵敏度试块验证渗透材料的低温性能,通过延长渗透时间等工艺调整,保证渗透检测的灵敏度。

例如:某型APU的厂家指导工艺里提出,在必要情况下,可将零件加热到40℃。有文献指出,当试验温度为2.2℃时,超出部分渗透材料保持物理性能的温度极限,使得在低温试验条件下,渗透材料的性能差异great,此时延长渗透时间对提高低温下渗透检测的灵敏度没有作用。

 

加 热 装 置

小零件进行无损检测时已经是处于清洗过后、干燥洁净的状态,无须重复清洗、干燥和加热。将渗透液加热到40℃左右的状态,耗费时间和电力。由于依靠渗透液加热零件间接延长了渗透时间,且APU零件较小、散热性好,在滴落过程中降温也较快,给温度把控增添了不确定性,故四川川航航空发动机维修工程有限责任公司的检测人员设计了一个局部保温罩,使得加热渗透液的时间缩短,能保证局部温度适宜。同时,通过加热局部空气来保证滴落环境的温度,可以降低渗透液的加热要求,电力需求更低,时间要求更短,节能而高效。

保温罩外部采用隔热材料,内层使用导热材料双层制作。下部设有卡槽,接卡在渗透检测槽上。一边外侧开孔,可接电吹风。对面内侧开孔,使热风在保温罩内行进一段路程,加热内侧传热层的同时,减缓速度再入罩腔内。由于空间体积较小,要求提升的温度不必很高,且有保温层保温,故用电吹风等加热装置即可达到要求。对面进风,保证了热风不会直吹零件且风力适中。内出风口有滤网滤尘,上方留孔,可插温度计,方便随时读数和腔体透风,从而在相对节约能耗的同时,保证了在滴落时间内,检测温度整体在合适的范围内。加热罩结构如下图所示。

加热保温罩结构示意

 

结语

以上分析了影响渗透检测效果的几种因素,包括时间,温度等,重点指出低温环境对检测效果的影响,并给出应对方案。检测人员设计制作的局部保温罩,解决了在不具备整体控温环境的条件下,进行渗透检测的问题,可供同行参考。

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