動力渦輪傳動軸密封環(huán)的X射線檢測

來源：無損檢測證書掛靠網(wǎng) 時間：2025-12-03 作者：無損檢測證書掛靠網(wǎng) 瀏覽量：

某型發(fā)動機(jī)在試驗(yàn)、試車和試飛中發(fā)生功率指示異常，經(jīng)多方分析和驗(yàn)證，確認(rèn)動力渦輪傳動軸組件內(nèi)的密封環(huán)變形或脫落是造成該指示異常的原因之一[1]。

國內(nèi)針對橡膠材料的無損檢測主要采用超聲檢測方式[2-5]。程麗君等[6]用超聲C掃描成像法對織物增強(qiáng)橡膠件的內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行無損檢測，結(jié)果表明存在聲能衰減顯著的區(qū)域。周桐宇等[7]及王洋[8]采用太赫茲時域光譜技術(shù)對橡膠-基體黏接件進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)分析，并與太赫茲時域光譜系統(tǒng)的檢測成像結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明時域有限差分法可以很好地應(yīng)用到橡膠-基體黏接缺陷的無損檢測中。但由于動力渦輪傳動軸組件結(jié)構(gòu)特殊，為雙層管壁結(jié)構(gòu)，中間夾有密封環(huán)，超聲波無法穿透且不能很好耦合，同時由于密封環(huán)的氟橡膠材料與基體密度相差不太大，底片上能模糊判斷密封環(huán)形貌，故存在X射線檢測的可能性[9]。

為有效判斷密封環(huán)使用情況，故對密封環(huán)增加X射線檢測工序以判斷其密封情況。

1. 研究對象與試驗(yàn)方法

1.1 研究對象與檢測難點(diǎn)分析

動力渦輪傳動軸組件由動力渦輪傳動軸、測扭基準(zhǔn)軸和密封環(huán)組合而成。密封環(huán)處剖切結(jié)構(gòu)示意如圖1所示（圖中t為壁厚），其主要起到密封作用，阻止測扭軸與傳動軸內(nèi)孔之間的油氣流動。若因變形、撕裂或脫落造成密封失效，油氣將進(jìn)入基準(zhǔn)軸和傳動軸之間，在密封環(huán)處產(chǎn)生積碳，造成測扭基準(zhǔn)軸組件卡滯，進(jìn)而引起扭矩測量時的異常。密封環(huán)正常狀態(tài)與斷裂狀態(tài)下的實(shí)物對比如圖2所示。

圖 1動力渦輪傳動軸密封環(huán)處剖切結(jié)構(gòu)示意

圖 2正常狀態(tài)與斷裂狀態(tài)下的密封環(huán)實(shí)物對比

動力渦輪傳動軸組件為小直徑雙層壁管結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行X射線照相檢測時，只能采用定向X射線透視方式進(jìn)行雙壁雙影透照。由于密封環(huán)為橡膠材料（FX-17，密度為1.9 g/cm3），動力渦輪傳動軸（密度為8.0 g/cm3）和測扭基準(zhǔn)軸（密度為8.0 g/cm3）分別為高溫合金和不銹鋼，密度相差近4倍；而且在透照時，6層材料疊加導(dǎo)致透照厚度較大（橡膠壁厚約為6.4 mm，軸基材壁厚約為6.6 mm），所以底片中密封環(huán)影像模糊，檢測人員難以對組件內(nèi)的密封環(huán)變形、脫落、扭曲和斷裂等問題進(jìn)行準(zhǔn)確評價。密封環(huán)前期透照的底片影像如圖3所示，圖中密封環(huán)影像模糊，難以進(jìn)行準(zhǔn)確評價。

圖 3試驗(yàn)前的密封環(huán)透照底片圖像

在檢測方法、零件結(jié)構(gòu)與材料均無法變更的前提下，考慮通過優(yōu)化透照參數(shù)、完善檢測工藝的方式，盡可能增大檢測影像的對比度，從而有效提高密封環(huán)狀態(tài)評判的準(zhǔn)確性。

1.2 射線檢測原理

射線照片上的影像質(zhì)量是由射線照相影像的對比度、不清晰度和顆粒度決定的[10]。對比度是影像與背景的黑度差，其決定了所能檢測的最小厚度差；不清晰度是影像邊界擴(kuò)展的寬度，其決定了區(qū)分兩個相近缺陷的能力；顆粒度是影像黑度的不均勻程度，決定了影像可顯示的細(xì)節(jié)最小尺寸。

綜上可知，要能夠很好地識別某特定細(xì)節(jié)，保證影像質(zhì)量，需滿足以下幾點(diǎn)：①選用適宜的透照布置，使得該細(xì)節(jié)在透照方向上具有較大的厚度差ΔT，以提高缺陷對比度；②選用較小尺寸焦點(diǎn)、較大焦距及盡量使膠片緊貼被檢物，以降低幾何不清晰度；③選用能量較低的射線進(jìn)行透照，以提高線衰減系數(shù)、獲得較小的影像顆粒度；④采取各種措施，減少到達(dá)膠片的散射線強(qiáng)度，降低散射比，以提高對比度；⑤選用質(zhì)量優(yōu)良的膠片，采用較好的暗室處理技術(shù)，以獲得較高的梯度、小顆粒度。

1.3 試驗(yàn)過程

以某型號發(fā)動機(jī)的動力渦輪傳動軸組件為試驗(yàn)對象，對其內(nèi)部密封環(huán)安裝狀態(tài)進(jìn)行檢測。試驗(yàn)采用定向X射線機(jī)設(shè)備進(jìn)行檢測，其有效焦點(diǎn)尺寸為3.0 mm×3.0 mm或5.5 mm×5.5 mm，最大管電壓為320 kV，最大管電流為10 mA。

選用不同的X射線機(jī)焦點(diǎn)尺寸、焦距、電壓、曝光量、膠片型號等條件來進(jìn)行對比試驗(yàn)，通過比對影像質(zhì)量，確定高質(zhì)量X射線照相底片透照參數(shù)與布置，以便更好地識別動力渦輪傳動軸組件密封環(huán)形貌狀態(tài)。根據(jù)密封環(huán)處的透照厚度，選擇如表1所示的透照參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

Table 1.試驗(yàn)透照參數(shù)

項目	參數(shù)
X射線機(jī)型號	MG-325型
焦點(diǎn)尺寸/mm	5.5 mm×5.5 mm，3.0 mm×3.0 mm
膠片型號	柯達(dá)MX125，柯達(dá)AA400
焦距/mm	1 000，1 400，1 800
電壓/kV	160，170，180，190
曝光量/(mA·min)	30，40
洗片機(jī)型號	ZY-XW100
處理溶液	KODAK
顯影液溫度/℃	30
處理時間/min	7

同時，為了保障在評判底片時有較好的觀片亮度，且不被其他光線影響，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：①觀看底片時將觀片燈窗口（寬×長）調(diào)至60 mm×130 mm區(qū)間，確保規(guī)定的有效透照區(qū)完全顯示，以縱觀整個影像的顯示形貌，有利于辨別結(jié)構(gòu)特征是否存在異常狀態(tài)；②調(diào)節(jié)觀片燈光的燈亮度至底片對比度較大后進(jìn)行觀看。

2. 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述透照參數(shù)，進(jìn)行了系列X射線照相透照試驗(yàn)，并測量所有底片有效評定區(qū)黑度，結(jié)果如表2所示。當(dāng)改變焦距時，為穿透零件并獲得同等黑度，可采用增加管電壓或管電流及延長曝光時間來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)焦距為1 400 mm時，管電壓180 kV條件下，低曝光量的底片黑度已達(dá)到2.4以上，說明該管電壓已能穿透工件，不需要繼續(xù)增加管電壓（190 kV）做對比試驗(yàn)，故未進(jìn)行該參數(shù)的透照。同理還有焦距1 000 mm時，180 kV和190 kV條件未進(jìn)行透照。

Table 2.不同透照參數(shù)獲得的底片黑度

焦距/mm	電壓/kV	焦點(diǎn)尺寸（3.0 mm×3.0 mm）				焦點(diǎn)尺寸（5.5 mm×5.5 mm）
		曝光量(30 mA·min)		曝光量(40 mA·min)		曝光量(30 mA·min)
		AA400	MX125	AA400	MX125	AA400	MX125
1 800	160	1.78	1.47	1.98	1.71	1.79	1.49
	170	2.07	1.67	2.21	1.87	2.05	1.64
	180	2.23	1.86	2.46	1.97	2.25	1.85
	190	2.45	2.08	2.61	2.32	2.48	2.06
1 400	160	2.31	1.97	2.58	2.31	2.33	1.96
	170	2.57	2.26	2.76	2.49	2.56	2.24
	180	2.68	2.39	2.86	2.58	2.69	2.37
1 000	160	2.59	2.24	2.81	2.56	2.59	2.24
1 000	170	2.74	2.46	3.07	2.78	2.74	2.46

不同透照條件下的底片質(zhì)量對比如圖4所示（圖中D為黑度，φ為焦點(diǎn)尺寸，F(xiàn)為焦距），可以發(fā)現(xiàn)密封環(huán)的黑度與背景黑度相差不大，密封環(huán)影像位于零件雙壁之間，為淡灰色條狀影像，上下兩個截面密封環(huán)影像基本呈平行狀，但透照參數(shù)不同，密封環(huán)清晰度與影像對比度稍有出入。

圖 4不同透照條件下的底片質(zhì)量對比

通過分析射線影像可得出以下結(jié)論。

（1）在底片黑度相近、曝光量不同的情況下，低電壓、高曝光量的底片影像對比度更高。

（2）在其他條件相同情況下，焦點(diǎn)尺寸為3.0 mm×3.0 mm的密封環(huán)邊界影像比焦點(diǎn)尺寸為5.5 mm×5.5 mm的影像更清晰。

（3）當(dāng)?shù)灼诙认嘟?、膠片類型不同時，鹵化銀顆粒尺寸較小的MX125膠片比AA400膠片的黑度更均勻，顆粒感更小。

（4）當(dāng)?shù)灼诙认嘟?、焦距不同時，焦距較大的目標(biāo)影像更清晰，密封環(huán)邊界與背景黑度過渡寬度更小。但焦距過大時，為能穿透工件，需要增大透照電壓，而使得影像顆粒度（噪聲）增大，影響底片質(zhì)量；但當(dāng)焦距為1 000 mm時，影像邊界相對模糊，故焦距為1 400 mm更為合適。

（5）當(dāng)?shù)灼诙认嘟?、電壓不同時，電壓較大的影像顆粒度更明顯，對比度相對較差。當(dāng)電壓大于180 kV時，底片影像顆粒度明顯增強(qiáng)。故根據(jù)焦距及曝光量的確定，得出較適宜的透照電壓為170 kV。

因此，綜合考慮底片黑度（GJB 1187A—2001《射線檢驗(yàn)》中A 級要求1.7~4.0）、檢測效率及底片影像質(zhì)量，選擇的透照參數(shù)及透照布置應(yīng)滿足“盡可能小電壓（穿透即可）、大電流、大焦距、小焦點(diǎn)、細(xì)膠片”要求，故綜合以上分析，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)施條件，能較好觀察密封環(huán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)的透照條件如下：焦點(diǎn)尺寸為3.0 mm×3.0 mm，焦距為1 400 mm，電壓為170 kV，曝光量為40 mA·min，膠片型號MX125。

2.2 實(shí)物驗(yàn)證

對某型0017#發(fā)動機(jī)的動力渦輪傳動軸組件內(nèi)的密封環(huán)，使用上述結(jié)論透照參數(shù)進(jìn)行X射線照相檢驗(yàn)，得到的密封環(huán)底片影像如圖5所示。測量密封環(huán)處的黑度為2.21，邊界較清晰，能明顯分辨出其內(nèi)部分布狀態(tài)。圖5中紅圈框出的為密封環(huán)影像位置，黃線勾勒出的是密封環(huán)形狀走向。對比圖1可知，正常狀態(tài)下，密封環(huán)頂端應(yīng)緊貼基體支撐環(huán)，且密封環(huán)應(yīng)平整包裹測扭基準(zhǔn)軸，其截面應(yīng)近似為直線，呈平行狀，而圖5中密封環(huán)影像端部已明顯與基體支撐環(huán)有一定距離，處于脫落狀態(tài)，且密封環(huán)截面線條為曲線，明顯出現(xiàn)擠壓導(dǎo)致的變形扭曲。則根據(jù)該影像判斷密封環(huán)脫落、變形。后續(xù)對該零件采用破壞性剖切并觀察了內(nèi)部密封環(huán)實(shí)際狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)了明顯的斷裂，確認(rèn)了檢測的準(zhǔn)確性，剖切結(jié)果如圖6所示。