航空航天齿轮的检测：从酸洗法到巴克豪森噪声分析

传统的酸洗法正在让位于巴克豪森噪声分析，这是一种更快、可追踪、非破坏性的方法，用于检测航空航天齿轮中可能导致部件在使用过程中出现故障的应力和微观结构变化。这一转变提高了检测可靠性，同时实现了制造的自动化和可持续性。

为什么航空航天齿轮应用需要现代方法？

在航空航天传动装置中，如齿轮涡轮风扇 (GTF) 发动机、起落架驱动装置、直升机主旋翼和尾旋翼齿轮箱、涡轮附件驱动装置，表面硬化钢齿轮的完整性是不容忽视的。表面硬度、残余压应力、无磨削损伤和“隐藏烧伤”区域对于长疲劳寿命、安全性和认证至关重要。传统的检测方法，例如酸洗法（也称为表面回火烧伤）仍然根深蒂固，在当今的环保要求中存在很大的局限性。

传统的酸洗法方法：工艺与局限

酸洗法是一种历史悠久的检查方法，用于检测金属零部件表面硬化和研磨后磨削烧伤及热处理异常，例如脱碳。在典型的过程中，齿轮被清洗后，需要浸入硝酸-酒精溶液中，冲洗，中和，目视检查变色或回火效果，并在需要时进行氢气烘烤。过热或再硬化的区域会显示为暗区，这样检检测员能够判断表面完整性。

虽然该方法对于表面烧伤检测有效，但会去除材料（每个酸洗循环一次约3µm），这可能会影响严格的航空航天齿轮公差。它还受制于这种有危险的酸，需要小心处理、并要通风，废物处理也会受到监管。作为一种主要是手动和主观的技术，酸洗法速度过于缓慢，人为因素太多，容易造成错误，并且难以实现自动化及实现测量能力和数据一致性。此外，它只能揭示表面的冶金转变，可能会错过表面下的拉应力或隐藏的烧伤损坏。鉴于航空航天制造的高精度、成本和质量要求，这些限制日益凸显了对更安全、更快速、可追踪、数据驱动、对次表层更敏感以及可重复检测解决方案的需求。

巴克豪森噪声分析作为可行的替代方案

巴克豪森噪声分析（BNA或巴克豪森磁噪声，MBN）提供了一种现代化的非破坏性解决方案，用于检测铁磁零部件中的磨削烧伤、热处理缺陷和残余应力变化。该方法向表面施加交变磁场，其中微观结构和应力变化会改变测量到的巴克豪森信号。研究（例如发表在Gear Solutions 上的研究）表明，BNA超过了渗碳和磨削齿轮上的酸洗法和残余应力方法的检测能力。

与酸洗法不同，BNA不需要材料去除或化学处理，安全、清洁且与严格公差的航空航天组件兼容。在磨削过程中或磨削后会立即提供快速、定量的反馈，从而实现主动的过程控制并集成到自动化生产线中。 BNA对微观结构和残余应力都很敏感，可以在代价高昂的报废发生之前检测到早期工艺偏差或隐藏的烧伤损坏。 BNA结合了速度、灵敏度和自动化准备，为航空航天制造商提供了一种可持续的、数据驱动的方法，以确保一致的齿轮质量和性能。

酸洗法与巴克豪森噪声分析 (BNA)

对于航空航天级表面硬化齿轮（如3310/8620钢），用BNA替代酸洗法或引入 BNA作为并行过程监控工具需要规划：

参考标准和校准：

建立与可接受的零件无燃烧）和已知燃烧条件的基准线。

将BNA输出与残余应力深度剖面（如X射线衍射法）相关联，以进行验证和可追溯性。

传感器接入和固定：

通过定制探头设计和表面扫描策略（如跨面宽的多条扫描线）可有效检查齿面几何形状、螺旋/螺线形式和表面硬化层。风力涡轮机、汽车和重型传动领域的齿轮制造商目前已采用自动化BNA系统，以确保重复性并消除手动探头处理带来的变化。

集成到工艺或生产流程中：

最佳检查点是在最终磨削后立即或在齿轮磨削/检查单元内。

快速反馈可以在缺陷像传统酸洗工艺那样向下游传播之前进行及时的工艺调整，例如砂轮修整、冷却剂流量或切削速率。

每个阶段的巴克豪森噪声检查结果都可以与单次酸洗法最终检查结果进行比较，以确保相关性并符合既定标准。

数据处理和趋势分析：

由于BNA可生成定量、可追溯的数据，因此结果可以集成到SPC和其他质量数据库中，以便于报告创建和审核。

监控信号趋势有助于在达到报废阈值之前检测早期过程漂移或磨削烧伤，从而减少零件报废。

降低遗留/规范接受的风险：

对于航空航天OEM和MRO质量保证，应更新检验规范、采购和控制计划，以反映BNA与传统酸洗法的等效性或优越性。

确保方法的可追溯性、合格性和可审核性。

成本效益和投资回报率：

初始投资通过后会减少昂贵的废品和返工、消除消耗性化学品、更快的吞吐量和提高劳动效率而获得的长期节省所抵消。

结论

对于航空航天的关键齿轮制造，尤其是OEM和MRO价值链中的起落架、涡轮风扇和直升机变速箱以及涡轮附件驱动器等组件，从酸洗法到巴克豪森噪声分析 (BNA) 的转变代表了检测能力和过程控制方面的重大进步。

BNA提供了更快的反馈，保持了组件的公差，并消除了与酸洗法相关的环境和安全负担。实现了在线、自动化和定量检测，将曾经的反应性质量门转变为主动的过程控制工具。

虽然一些传统标准中仍然规定了酸洗检测法，但BNA的检测速度、灵敏度、可追溯性及集成到数字制造中的优势性使其采用越来越引人注目。对于齿轮制造商、MRO和NDT提供商而言，采用BNA支持行业实现缺陷预防、工艺流程改进、消除浪费、可追溯性、缩短周期时间以及实现可持续、高完整性生产等更广泛的生产目标。