摘要
为检测火箭增压输送管路内表面缺陷,提高管路质量,开展了内窥镜技术在火箭管路内表面应用技术研究。介绍了内窥镜设备技术特点,内窥镜管路检测存在问题,设备探头选择和尺寸测量校准的工艺方法，对检测出的内表面缺陷类型进行归类总结,对难以定性的缺陷利用电镜和金相等技术进行微观分析。结果显示：采用视频内窥镜检测技术对火箭管路内表面进行检测时，应根据增压输送管路的内径尺寸优先选择直径较大的探头；采用标定缺陷对比法进行测量校准，其测量准确，现场检测适用性强；检测缺陷图像清晰，效果稳定，内表面缺陷类型定性准确，检测效果满足工艺要求。
火箭增压输送系统是为发动机传输氧化剂和燃料剂的关键部件, 其管路直径在4～300 mm，变化大、弯角多、制造工艺复杂，为避免管路破损泄漏或者中间堵塞等情况发生，设计要求内部不允许裂纹、未焊透、凹坑、腐蚀、多余物等缺陷存在。目前增压输送系统管路主要以不锈钢直管、弯管、半边管与接管嘴、法兰盘、法兰环、补偿器焊接而成。本文利用内窥镜技术对导管的内表面进行检测研究，分析其内部存在的主要缺陷类型和特征,并对其中难以定性的缺陷进行微观分析,从而提高输送管路产品质量水平。
采用视频内窥镜设备，其光源采用发光二极管（LED）光源，利用大功率二极管白光通过由光纤传导至内窥镜的前端，然后利用前端部的一只固定焦点透镜收集检测区反射回来光线并转换成CCD电模拟信号，经放大、滤波及时钟分频后在显示器上成
选用GE XLG3型视频内窥镜检测，主要是因其焦距深、光亮度强、显示范围大、信号稳定，可对图像进行增强、分析和存储，在图像清晰度、操作便捷性、可视范围上优于直杆内窥镜和光学纤维镜，其更适用增压输送系统管路检测。
增压输送导管主要由补偿器、法兰、半边管、直管焊接而成，焊接完成后还需酸洗钝化处理，因此，管路内表面可能存在毛刺、焊渣、凹坑、水渍、小颗粒、黄斑等物质残余，这些残余物质会影响产品质
运载火箭管路直径在4～300 mm，为保证检测质量，选用GE XLG3型视频内窥镜开展试样的检测研究，试验表明该设备对管路内壁损伤、焊接内表面缺陷、金属多余物具有良好的检测效果。其主要工艺性能指标为：探头线长度6.0 m，照明功率70 W，CCD像素44万，图像数字放大1.5～6倍，测量误差≤5%。
内窥镜检测过程中对结果影响较大的参数主要包括探头直径、探头方位等，对于不同的检测对象、选用不用尺寸的探头，检测结果也不相同。经试验研究表明，探头位置应在距离检测区域5～25 mm,探头的角度应保持在与被观测物平面45°～90°。内窥镜探头应根据管路的内径尺寸选用，对于内径均匀的管路，选择的探头直径可不大于管路内径的4/5，对于弯曲及内径不均匀的管路，选择的探头直径可不大于管路最小内径的2/
探头越大，光强越强，图像越清晰，为提高检测图像分辨率，优先选择直径较大的探头。目前内窥镜探头最小直径2.4 mm，对不同直径管路组件也可根据
| 探头直径/mm | 检测范围/mm | 最佳范围/mm |
|---|---|---|
| 2.4 | 2.5～10 | 3.0～6.0 |
| 2.7 | 2.75～14 | 3.5～6.0 |
| 4.0 | 4.5～14 | 5.0～7.0 |
| 6.0 | ≥7.0 | ≥7.0 |
当需要对检测缺陷进行尺寸测量时，需要对仪器清晰度和测量功能进行校准，其中清晰度主要采用1 mm标定试验件对探头进行校准，其校准过程通过调节探头与缺陷距离、放大倍数得到清晰图像，其中缺陷放大倍数与标定时相同，如
（1） 不清晰图像
（2） 清晰图像
图1 图像校准
Fig.1 The image calibration
缺陷尺寸误差主要采用比较法校准，其基本原理主要为需要已知采集图像某一标记的具体尺寸，并且测量位置与标记在同一图像中，与标记尽可能靠近，该方法操作简单，实用性强，适合现场检
图2 人工缺陷
Fig.2 The artificial defects
对标定缺陷使用上述方法对标定设备测量误差进行验证，试验测量为0.24 mm，即误差4%，进行类似20组试验，其试验数据表见2，测量结果显示其误差均10%，根据工艺要求，其校准符合试验条件。
序 号 | 数值 /mm | 测量误差 /% | 序 号 | 数值 /mm | 测量误差 /% |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.24 | 4 | 11 | 0.26 | 4 |
| 2 | 0.24 | 4 | 12 | 0.24 | 4 |
| 3 | 0.25 | 0 | 13 | 0.25 | 0 |
| 4 | 0.24 | 4 | 14 | 0.24 | 4 |
| 5 | 0.25 | 0 | 15 | 0.23 | 8 |
| 6 | 0.23 | 8 | 16 | 0.23 | 8 |
| 7 | 0.23 | 8 | 17 | 0.26 | 4 |
| 8 | 0.26 | 4 | 18 | 0.27 | 8 |
| 9 | 0.25 | 0 | 19 | 0.24 | 4 |
| 10 | 0.24 | 4 | 20 | 0.24 | 4 |
试验后对管路图像特征信息进行比对筛选，经过试验分析，对管路造成影响的缺陷主要有一下几种类型。
(1)腐蚀：如
图3 不锈钢导管内表面腐蚀
Fig.3 The corrosion of inner surface of stainless steel conduit
（2）多余物：如
图4 导管金属多余物残留
Fig.4 The metal remains in conduit
（3）毛刺：如
图5 不锈钢导管毛刺
Fig.5 The burrs in the stainless steel conduits
（4）起皮：如
图6 不锈钢导管起皮
Fig.6 The peeling of the stainless steel conduit
（5）划痕、划伤：如
图7 不锈钢导管划伤+起皮
Fig.7 The scratch and peeling of the stainless steel conduits
(6)异常斑点：如
图8 异常斑点（黄斑、白斑）
Fig.8 The abnormal spots(yellow spots,white spots)
（7）凸起、凹坑：如
图9 不锈钢导管凹坑、凸起
Fig.9 The pits and bulges of the stainless steel conduits
通过上述试验技术研究表明，利用内窥镜检测技术对发现管路内部缺陷具有重要作用，其检测图像清晰、分辨率高，具有很好的检测效果。
试验中特征明显缺陷如（1）、（5）、（7）类型缺陷工艺文件要求不允许存在，对于（6）类型图像可以通过电镜与能谱以及金相微观对其进一步分析，本试验选取
（1） 腐蚀图
（2） 黄斑图
图10 波纹管异常斑点
Fig.10 The abnormal spots of the bellow seals
图11 波纹管腐蚀电镜图
Fig.11 The picture of electron microscope of corrosion in the bellow seals
在
图14 波纹管黄斑电镜图
Fig.14 The picture of the electron microscope of yellow spots in the bellow seals
同时利用500金相分析仪对基体和黄斑处进行分析，其金相组织见
（1） 基体组织
（2） 黄斑部位
图15 波纹管黄斑金相图像 500×
Fig.15 The image of the metallographic of yellow spots in the bellow seals
试验还对黄斑部位进行了能谱分析，见
图16 黄斑部位能谱图像
Fig.16 The image of the energy spectrum of yellow spots
首先内窥镜检测大多使用自带光源进行照明，一般条件下，要求内窥检测照明光源色温宜不低于5 000 k，照明强度宜不低于1 000 lm。其次要合适的观察距离和观测角度，要求在距离检测区域5～25 mm，探头与观察物平面在45°～90°，探头应尽量靠近观测点。
在进入管路检测时，需选择靠近需要检测位置，长度最短的通道，尽量减少探头需要弯曲的次数及程度，其中管路转弯半径宜大于120°，并且探头需优先选择宽阔的通道，采用边观察边通过的方法在通道中行进，遇到通道阻止时需立即退出，必要时可使用辅助装置，保证探头在管路中的正确方向，同时还需反复改变探头与观察点的位置与角度找到合适的位置，才能获得最佳检测效果。另一方面内窥镜检测随着从透镜中心到边缘距离的增大会发生图像畸变，畸变会对缺陷的判断及测量产生影响，在尺寸测量时视频内窥镜可通过标准试块对系统进行较正。
（1）探头应根据增压输送管路的内径尺寸选用，为提高检测图像清晰度和图像分辨率，优先选择直径较大探头。
（2）增压输送管路缺陷测量适合采用标定缺陷对比法进行测量校准，其测量准确，现场检测适用性强。
（3）采用内窥镜检测技术，可以对增压输送管路组件内部进行检测，其缺陷图像清晰，效果稳定，试验结果显示其内表面缺陷类型定性准确。
参考文献
张隽.工业内窥镜检测设备技术的发展[J].航空维修与工程，2019（5）:34-35. [百度学术]
ZHANG Juan.Development of industrial endoscopy testing equipment technology[J].Aviation Maintenance and Engineering,2019(5):34-35 [百度学术]
单立军.浅谈应用工业内窥镜观测热网波纹管运行状态[J].区域供热，2012（6）:33-36. [百度学术]
SHAN Lijun.Discussion on the application of industrial endoscope to observe the operation state of heat supply network bellows[J].District Heating,2012（6）:33-36. [百度学术]
