0 引言

某型发动机在使用过程中由于低压压气机一级盘(见图1)失效已导致数起空难事故，为此在航空器修理过程中需对低压压气机一级盘进行全面荧光渗透探伤，对叶片左右槽角处进行涡流探伤，但由于存在边缘效应，前后边缘各有3mm探伤盲区。当工作轮叶片不分解时，采用着色探伤方法检查盘的前后端面花键齿，采用超声波探伤法通过凸台对叶片左右槽角处进行探伤：叶片左右槽角处的周向裂纹采用双晶纵波探头进行探伤，叶片右槽角处的径向裂纹采用双晶横波探头和TОFD超声技术进行探伤检查。

  

图1 低压压气机一级盘

为了确保航空装备的修理质量，发动机试车后出厂前还需对低压压气机一级盘再次进行无损探伤。经过综合研究分析，认为可以使用涡流探伤技术，通过设计制作专用涡流传感器和对比样件，利用预留的发动机低压压气机一级导向器的检查口(见图2)，将专用涡流传感器放入检查位置(见图3)进行探伤操作，解决了发动机试车后出厂前再次对低压压气机一级盘早期裂纹的原位涡流探伤监控的问题，有效地消除了低压压气机一级盘由于设计缺陷给飞行器安全带来的威胁。

通过对变频调速起重机起升机构的理论分析，运用MATLAB中的Simulink模块对起升机构进行建模，并进行动力学仿真与分析，得出如下结论：

1 涡流探伤原理

  

图2 专用检查口

涡流检验的基本原理为电磁感应。当载有交变电流的检测线圈接近被检验的金属试件时，由于检测线圈磁场的作用，在试件表面和近表面将产生感应涡流。涡流的大小、相位和流动轨迹与试件的电磁特性、几何尺寸和缺陷等因素有关，该涡流产生的磁场作用又使检测线圈阻抗发生变化。通过测定检测线圈阻抗的变化，即可获得被检件有无缺陷的质量信息。因此涡流探伤方法适用于检查低压压气机一级盘前后端面的疲劳裂纹。

2 涡流传感器的设计与制作

  

图3 传感器放入位置

低压压气机一级盘前后端面的裂纹方向（见图4）由起自叶片槽角处且沿径向发展，针对前后端面叶片槽角处的具体情况，制作了如图5所示的专用涡流传感器。为了保证涡流传感器的敏感元件与低压压气机一级盘前后端面接触良好，设计时将敏感元件放置在一弹簧片上，弹簧片的弯曲角度有严格要求，否则无法保证与端面的良好接触。为此还设计制作了专用校正卡具（见图6），用于检查涡流传感器的几何形状。校正方法：将涡流传感器安装于专用卡具上，用固定螺钉7固定，用游标卡尺测量转接装置3附近的导管到专用卡具表面的距离应为30±1mm。涡流传感器的敏感元件应位于垂直于接触表面的轴线上，当出现偏差时，应确保传感器的敏感元件与传感器的修正表面垂直接触。

  

图4 前后端面叶片槽角示意图及能发现的最小缺陷的长度和方向

3 对比样件制作

在低压压气机工作叶片和进气导向器叶片上用彩色粉笔标记出检查的起点，扳转一级叶片，转动转子，观察探伤仪的涡流信号，转子顺时针、逆时针各转一圈，每圈在0.5～1.0min内完成；荧光屏上的涡流信号急剧偏移以及报警装置报警时，说明盘上有缺陷（裂纹）。若在检查时出现一次或多次声光信号报警，且荧光屏上的涡流信号移动到报警区内，则应在每次出现该情况时，在低压压气机工作叶片和进气导向器外环上对该转子位置做出标记。再将涡流传感器从发动机中取出，重复上述操作，如果再次检查时探伤仪在刚才标记的位置上依然报警，则此盘应该报废。如果在进行上述工作时，探伤仪报警装置报警时盘的位置不是刚才标记的位置，甚至出现了涡流传感器与盘接触不良的信号（此时涡流信号向荧光屏下端偏移），则说明探伤仪工作状态不良，或者存在干扰（如盘的不完好性特征增强），此时必须将涡流传感器从发动机中取出，将检测表面上的污垢和其他沉积物清除，并确定涡流传感器没有机械损伤，再用对比样件对探伤仪进行校验，然后按照上述要求再次对盘的端部进行检查，根据再次检查的结果决定该盘能否继续使用。

4 检测灵敏度调整

该方案的缺点为：由于地铁车站较宽(地下两层标准站宽约22.5 m)，造成门式桥墩跨度较大，梁高需4 m以上才能满足受力要求，这样导致结构受力不合理，对景观影响也大；车站与高架桥总宽度约43 m，占用地下空间资源较大。

若涡流传感器的敏感元件放置正确，可观察到当叶片槽角的每一个左拐角经过传感器的敏感元件时涡流信号是平稳垂直移动的，并且报警装置不工作；在进行上述位置调整时，局部缺陷（裂纹）会引起涡流信号向上呈约70°角急剧移动，并有两次甚至多次大幅度移动，报警装置将持续报警；由于叶片槽角的右角比左角高约4mm，所以当涡流传感器的敏感元件经过叶片槽的右角时，将看不到探伤仪荧光屏上的涡流信号的偏移，此时涡流信号的移动将比检查盘的前端时偏移小2倍，因为盘的前端叶片槽的左右角相对于涡流传感器的敏感元件是处在同一个水平位置的；将涡流传感器调成这种状态，保证了传感器处于盘的叶片槽左角距离1.5～2mm的位置；如果一开始就将涡流传感器的敏感元件放入有缺陷（裂纹）的槽角，之后再向深处放置时会降低探伤灵敏度，这种情况下叶片槽的各个角的影响不会引起探伤仪荧光屏上涡流信号的偏移，那么此时就必须在叶片槽的各个角上反复调整敏感元件的位置，而该盘槽也应做好标记按照有裂纹的情况进行再次检查。

  

图5 涡流传感器

5 涡流传感器调整程序（以后端面为例）

  

图6 传感器检测卡具

  

图7 对比样件

  

图8 涡流信号示意图

按照图5，首先将涡流传感器的调节螺帽9逆时针旋转到头，将安装盘6移到距调节螺帽9相距2mm的位置，并用螺钉11固定，再将涡流传感器放入发动机低压压气机一级导向器的检查口内，并进入到低压压气机一级盘与二级盘之间，使敏感元件置于低压压气机一级盘的后端，再用螺钉7将涡流传感器安装盘6固定到检查口上。此时涡流传感器的敏感元件应处于检查区域内距叶片左槽角2～3mm的位置。再根据探伤仪荧光屏中心位置的平衡点来判断传感器是否与盘的端面接触，当平衡点有少量偏移时，应通过调整“平衡”按键将其置于荧光屏中心。扳转一级叶片，转动低压压气机转子，平缓地将传感器向盘的外直径方向移动，直到传感器在叶片左槽角附近移动时，探伤仪荧光屏上的涡流信号只在小于1个垂直刻度的小范围内移动。

将涡流传感器放置在对比样件的无缺陷区域，按下“平衡”键，涡流信号自动回到荧光屏的中央，晃动涡流传感器并调节相位按键，使晃动信号处于水平位置，沿对比样件表面将涡流传感器移动到距人工缺陷3～4mm的区域，观察荧光屏上涡流信号的移动以及灯光和声音信号报警情况；将涡流传感器继续移动到距人工缺陷1.5～2mm处时，再次观察荧光屏上涡流信号的移动以及灯光和声音信号报警情况，通过调节增益、相位等功能参数，使探伤仪荧光屏上的涡流信号只在小于1个垂直刻度的小范围内移动，灯光和声音装置刚好不报警，荧光屏上的涡流信号处于报警区的范围外；当涡流传感器经过人工缺陷区域上方时，通过调节增益、相位等功能参数，使荧光屏上所需涡流信号偏离垂直分量值不小于2个垂直刻度，灯光和声音装置应开始报警，荧光屏上的涡流信号也应移动到报警区的范围内；当涡流传感器离开对比样件表面时，荧光屏上的涡流信号移动到荧光屏上晃动信号的下方。

在涡流检测状态下，调整好仪器相位及其他功能参数，使涡流传感器处于对比样件有人工缺陷位置时，涡流信号进入报警区，而处于对比样件无人工缺陷位置时，涡流信号在平衡位置附近，如图8所示，这时可以进行涡流检测。

6 后端面涡流探伤

对比样件用于调整无损检测设备的灵敏度和检查无损检测方法的质量，以及对检测人员进行培训和鉴定。根据故障发动机低压压气机一级盘前后端面疲劳裂纹的发展方向，设计制作了如图7所示的对比样件。人工缺陷的技术参数为：保证径向间隙0.020～0.035mm。制作的对比样件应与被检件材料成分相同，热处理状态相同，表面状态相同。为此，首先从报废的低压压气机一级盘上切割下制作对比样件的几件样块供加工人工缺陷。由于低压压气机一级盘的材料为钛合金，保证此间隙难度较大，经过反复摸索终于制作成功。

值得注意的是，与裂纹一样，压坑、划痕等也具有机械损伤的特征，为了最终确定损伤的性质，必须使用孔探仪进行目视检查；涡流、孔探仪发现疑似裂纹后，必须分解叶片，再用着色探伤方法检查一级盘疑似裂纹叶片槽，有裂纹，则该盘报废。

(1)建立变化环节的分析评价改进制度和防范措施落实跟踪制度，各单位根据变化环节情况，分析变化、反馈变化环节处置情况，并对应急预案、措施进行完善补充，做到变化环节管理的提升。

7 结论

利用涡流探伤原理，合理设计制作了边缘效应较小的专用涡流传感器和对比样件，确定了仪器参数，减少了低压压气机一级盘叶片槽角涡流探伤时存在的边缘效应，去伪存真，在边缘信号、晃动信号中正确辨别裂纹信号，检测准确度高，能够完成低压压气机一级盘槽角疲劳裂纹的原位涡流探伤任务，经过试用，验证了该涡流探伤系统是行之有效的，保证了航空装备的修理质量。