王樹(shù)志,劉廣華,賈玉軍,任學(xué)冬,喬海燕

(中航工業(yè)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， 北京 100095)

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表面狀態(tài)對(duì)鋁合金鑄件熒光滲透檢測(cè)的影響

王樹(shù)志,劉廣華,賈玉軍,任學(xué)冬,喬海燕

(中航工業(yè)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， 北京 100095)

摘要：對(duì)經(jīng)過(guò)吹砂及打磨處理的自制鋁合金疲勞裂紋試樣進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)的比對(duì)試驗(yàn)，以分析不同表面狀態(tài)對(duì)鋁合金鑄件熒光滲透檢測(cè)的影響。結(jié)果表明：吹砂處理較容易造成裂紋缺陷堵塞，影響缺陷的檢出，而打磨處理不容易造成明顯的缺陷開(kāi)口的堵塞。

關(guān)鍵詞：鋁合金；吹砂；打磨；熒光滲透檢測(cè)

鋁合金密度低，耐腐蝕性能好，抗疲勞性能較高，且具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的理想材料。目前，鋁合金在飛機(jī)上的用量占60%～80%。近年來(lái)，鋁合金在飛機(jī)上的應(yīng)用不斷受到鈦合金及復(fù)合材料的挑戰(zhàn)。

但是，由于鋁資源豐富，鋁合金性能優(yōu)良、加工容易且成本低廉；另外，隨著新的熱處理工藝不斷出現(xiàn)，鋁鋰合金等新型鋁合金在飛機(jī)上的不斷應(yīng)用，鋁合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用仍具有不可取代的優(yōu)勢(shì)[1-4]。

鋁合金鑄造毛坯件在進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)前，一般采用吹砂方式處理，以去除零件表面氧化皮、涂料等影響熒光滲透檢測(cè)的表面附著物，使零件表面能形成更均勻的熒光背景顯示[5-9]。通常鋁合金毛坯鑄件熒光滲透檢測(cè)過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷，在其余量范圍內(nèi)可以通過(guò)打磨方式去除，且打磨后的非關(guān)鍵件還可通過(guò)補(bǔ)焊方式修復(fù)[10-15]。

然而，吹砂及打磨處理對(duì)熒光滲透檢測(cè)鋁合金鑄件冶金缺陷的檢測(cè)靈敏度影響究竟如何，是人們一直非常關(guān)注的問(wèn)題。

筆者對(duì)自制鋁合金疲勞裂紋試樣進(jìn)行了吹砂及打磨處理，比對(duì)了熒光滲透檢測(cè)結(jié)果，并輔以掃描電鏡微觀檢查了缺陷的變化情況。結(jié)果可為鋁合金鑄件的滲透檢測(cè)工序安排以及質(zhì)量控制提供有效的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)可為熒光滲透檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

1試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)采用ZL205A鑄造鋁合金材料，鑄造成平板試樣，然后機(jī)加工為如圖1所示的疲勞試樣。在圖1所示的孔兩側(cè)制作出疲勞裂紋，共制作疲勞裂紋試樣2個(gè)，編號(hào)分別為202，224。

圖1　疲勞裂紋試樣外觀

對(duì)2個(gè)試樣進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，檢測(cè)參數(shù)為：水洗型熒光滲透液，二級(jí)靈敏度；滲透時(shí)間30 min，烘干時(shí)間15 min，干粉顯像，顯像時(shí)間30 min。同時(shí)，對(duì)試樣進(jìn)行掃描電鏡微觀檢測(cè)，記錄缺陷照片。

試驗(yàn)時(shí)，對(duì)202號(hào)試樣進(jìn)行打磨及熒光滲透檢測(cè)，并記錄缺陷熒光顯示的變化情況以及微觀照片；同時(shí)，對(duì)224號(hào)試樣進(jìn)行吹砂及熒光滲透檢測(cè)，記錄檢測(cè)結(jié)果和微觀照片；然后，再對(duì)缺陷進(jìn)行打磨處理，同樣記錄缺陷熒光顯示的變化情況和微觀照片數(shù)據(jù)；最后，匯總所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行比對(duì)分析。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1　202號(hào)與224號(hào)試樣機(jī)加工表面的檢測(cè)結(jié)果

2.1.1熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

202號(hào)，224號(hào)試樣機(jī)加工表面的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果，如圖2所示。在兩塊試樣上各發(fā)現(xiàn)兩條裂紋熒光顯示，裂紋的熒光顯示呈連續(xù)線性顯示。

圖2　202號(hào)，224號(hào)試樣機(jī)加工表面的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

2.1.2掃描電鏡微觀檢測(cè)結(jié)果

采用掃描電鏡方式，對(duì)202號(hào)和224號(hào)試樣裂紋處進(jìn)行微觀觀察，結(jié)果如圖3所示。由圖可見(jiàn)，裂紋呈斷續(xù)分布；202號(hào)試樣，裂紋最大寬度約為15 μm，最小寬度約為1 μm；224號(hào)試樣，裂紋最大寬度約為5 μm，最小寬度約為1 μm。

圖3　202號(hào)，224號(hào)試樣的裂紋微觀照片

2.2　202號(hào)試樣打磨處理后的檢測(cè)結(jié)果

2.2.1熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

對(duì)202號(hào)試樣上的裂紋熒光顯示進(jìn)行打磨處理(打磨深度為0.5 mm)，然后再到黑光下觀察，結(jié)果如圖4(a)所示。由圖可見(jiàn)，裂紋熒光顯示未發(fā)生明顯變化，但滲透液的返滲有所減弱，線性顯示的寬度有所減小。

2.2.2掃描電鏡微觀檢測(cè)結(jié)果

對(duì)該試樣缺陷處進(jìn)行掃描電鏡微觀檢查，微觀形貌如圖4(b)所示。由圖可見(jiàn)，裂紋經(jīng)打磨后開(kāi)口依然暴露于表面，除局部裂紋開(kāi)口處出現(xiàn)鋁合金毛刺和金屬屑外，未發(fā)現(xiàn)明顯的開(kāi)口堵塞情況。

圖4　202號(hào)試樣打磨后缺陷處的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果與掃描電鏡下的微觀形貌

2.3　224號(hào)試樣吹砂處理后的檢測(cè)結(jié)果

2.3.1吹砂處理后的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

對(duì)224試樣進(jìn)行吹砂處理后再進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，結(jié)果如圖5(a)所示。由圖可見(jiàn)，裂紋顯示變?yōu)閿嗬m(xù)線性顯示，整條裂紋大部分未出現(xiàn)熒光顯示，而另一條裂紋未出現(xiàn)熒光顯示。

2.3.2吹砂處理后的掃描電鏡微觀檢測(cè)結(jié)果

掃描電鏡觀察其微觀形貌如圖5(b)所示。由圖可見(jiàn)，大部分裂紋被掩蓋。

圖5　224號(hào)試樣吹砂后缺陷處的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果與掃描電鏡下的微觀形貌

2.3.3吹砂處理后再打磨處理的黑光下觀察結(jié)果

對(duì)224號(hào)試樣裂紋處進(jìn)行打磨處理后再在黑光下觀察，結(jié)果如圖6(a)所示。由圖可見(jiàn)，224號(hào)試樣裂紋處經(jīng)打磨后出現(xiàn)了熒光顯示，但熒光顯示的亮度較低，且滲透液的返滲不明顯。

2.3.4吹砂處理后再打磨處理的掃描電鏡微觀檢測(cè)結(jié)果

掃描電鏡觀察缺陷處的微觀形貌，如圖6(b)所示。由圖可見(jiàn)，前面吹砂堵塞的裂紋，經(jīng)打磨后又重新暴露于表面。

圖6　224號(hào)試樣先吹砂再打磨處理后缺陷處的熒光顯示與掃描電鏡下的微觀形貌

2.3.5超聲波清洗后的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

對(duì)224號(hào)試樣打磨后區(qū)域進(jìn)行超聲波清洗，再進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，結(jié)果如圖7所示。由圖可見(jiàn)，224號(hào)試樣缺陷處裂紋熒光顯示較圖6(a)所示的熒光顯示亮度明顯增加，返滲顯像也更為明顯。這說(shuō)明圖6(a)所示的打磨后缺陷，雖然暴露于表面，但由于前面的吹砂處理造成嚴(yán)重堵塞，使得滲入到缺陷中的滲透液大幅減少；即便打磨后缺陷開(kāi)口暴露，但滲透液返滲量卻依然較少，進(jìn)而造成熒光顯示亮度較低和返滲不明顯等情況。

圖7　224號(hào)試樣打磨區(qū)域超聲波清洗后的熒光滲透檢測(cè)結(jié)果

2.4　試驗(yàn)結(jié)果分析

由圖2可知，疲勞裂紋缺陷熒光顯示特征為線性顯示，根據(jù)熒光顯示能容易地判斷出缺陷為裂紋顯示。由圖3所示疲勞裂紋的掃描電鏡微觀形貌可知，裂紋并不是完全開(kāi)口于表面，而是斷續(xù)分布的;其熒光顯示則為連續(xù)的線性顯示，可見(jiàn)熒光顯示對(duì)缺陷的放大作用使得這種微觀的不連續(xù)性完全被掩蓋，進(jìn)而形成熒光顯示，即宏觀的顯示。

由圖4(a)的檢測(cè)結(jié)果可知，裂紋缺陷區(qū)域經(jīng)過(guò)打磨拋修后，其熒光顯示依然清晰存在，但滲透液返滲量明顯減少，裂紋熒光顯示的寬度變小進(jìn)而變得更細(xì)。熒光顯示寬度變小的原因是裂紋深度變小，造成缺陷內(nèi)部滯留的滲透液變少，導(dǎo)致返滲減小。

由圖5可知，試樣表面經(jīng)過(guò)吹砂處理后，缺陷很容易被堵塞，極易造成缺陷的熒光顯示變?nèi)趸蛘呗z。通過(guò)打磨處理后，前面被吹砂處理堵塞的缺陷較容易暴露于表面，然而打磨后缺陷雖然暴露于表面，但由于前面吹砂造成的嚴(yán)重堵塞，使?jié)B入到缺陷中的滲透液大幅減少；即便打磨后缺陷開(kāi)口暴露，但滲透液返滲量卻依然較少，進(jìn)而造成熒光顯示亮度較低和返滲不明顯等情況，甚至完全漏檢。因此，需要對(duì)打磨后的區(qū)域重新處理(如超聲波清洗)，再進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)復(fù)檢，使?jié)B透液充分滲入到缺陷中去，以提高檢測(cè)質(zhì)量。

3結(jié)論

(1) 吹砂處理極易造成鋁合金鑄件表面開(kāi)口缺陷的堵塞，進(jìn)而造成熒光滲透檢測(cè)的漏檢。

(2) 鋁合金鑄件上的缺陷熒光顯示，經(jīng)打磨后應(yīng)該重新處理(例如超聲波清洗)，然后進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)復(fù)驗(yàn)。

(3) 鋁合金零件上的疲勞裂紋熒光顯示呈線性分布，但掃描電鏡微觀形貌則呈斷續(xù)分布。

(4) 熒光滲透檢測(cè)法可發(fā)現(xiàn)寬度1 μm以上的表面開(kāi)口裂紋缺陷。

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Influence of Surface State on Fluorescent Penetrant Inspection of Aluminium Alloy Casting

WANG Shu-zhi, LIU Guang-hua, JIA Yu-jun, REN Xue-dong, QIAO Hai-yan

(AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing Key Laboratory of Aeronautical Materials Testing and Evaluation,

Beijing 100095, China)

Abstract：In order to analyze the effect of different surface states on the fluorescence penetration test of aluminum alloy castings, the aluminum alloy fatigue crack specimens treated by blowing sand and burnishing are used for the comparison experimentation. The results indicate that the cracks are easily blocked and undetected by blowing sand, whereas the defects will not be obviously blocked by burnish.

Key words:Aluminium alloy; Blowing sand; Burnish; Fluorescent penetrant inspecting

中圖分類(lèi)號(hào)：TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6656(2016)02-0048-04

DOI:10.11973/wsjc201602012

作者簡(jiǎn)介：王樹(shù)志(1980-)，男，工程師，主要從事磁粉和滲透檢測(cè)方面的研究。

收稿日期：2015-05-28