民航客機(jī)維修中紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及開(kāi)展

李毅洋

（廈門(mén)航空有限公司，福建 廈門(mén)，361000）

民航客機(jī)維修中紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及開(kāi)展

李毅洋

（廈門(mén)航空有限公司，福建 廈門(mén)，361000）

中國(guó)民用航空維修系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用紅外熱像技術(shù)檢測(cè)飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件在服役過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)將會(huì)成為航空器無(wú)損檢測(cè)的常規(guī)檢測(cè)手段；從維修工作的實(shí)際效果來(lái)看，采用紅外熱像技術(shù)檢測(cè)復(fù)合材料蜂窩內(nèi)部積水的方法效率高、結(jié)果準(zhǔn)確。

民用航空；紅外檢測(cè)；飛行器；積水

1　紅外檢測(cè)的理論基礎(chǔ)

1.1紅外檢測(cè)的基本概念

紅外檢測(cè)是一種集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過(guò)接收物體發(fā)出的紅外輻射，將其以熱像的形式顯示出來(lái)，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況。與超聲、射線等常規(guī)檢測(cè)方法相比，具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)紅外探測(cè)器將物體輻射的功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，成像裝置的輸出信號(hào)就可以完全一一對(duì)應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。

1.2紅外檢測(cè)基本方法

紅外檢測(cè)是基于紅外輻射原理，通過(guò)紅外熱像儀記錄和觀察被檢測(cè)物表面的溫度變化來(lái)檢測(cè)物體缺陷和損傷的無(wú)損檢測(cè)方法。物體中的很多缺陷其導(dǎo)熱特性與材料本身存在明顯差異，當(dāng)采用特定模式的熱激勵(lì)時(shí)，缺陷會(huì)影響熱傳導(dǎo)，導(dǎo)致表面溫度分布異常，采用紅外熱像儀等傳感裝置測(cè)量被檢材料構(gòu)件表面溫度變化，從而可判斷物體是否存在缺陷。可分為兩大類型，即被動(dòng)式和主動(dòng)式。

被動(dòng)式紅外檢測(cè)不對(duì)被檢工件加熱，僅利用工件自身與周圍環(huán)境的溫度不同，在被檢工件與環(huán)境的熱交換過(guò)程中進(jìn)行紅外熱像檢測(cè)。適用于運(yùn)行中設(shè)備的質(zhì)量檢測(cè)，醫(yī)療診斷，建筑物密閉性檢查和規(guī)定時(shí)間內(nèi)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的檢查，如控制面板線路及翼面內(nèi)部積水檢查。

表1　紅外檢測(cè)與其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法的比較

主動(dòng)式紅外檢測(cè)需對(duì)被檢工件熱激勵(lì)，使被測(cè)對(duì)象失去熱平衡，在熱激勵(lì)的過(guò)程中或停止熱激勵(lì)后一段時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)。工件內(nèi)部有缺陷，則均勻熱流被缺陷所阻，經(jīng)過(guò)時(shí)間延遲在缺陷部位所對(duì)應(yīng)工件表面表現(xiàn)為溫度差異。

根據(jù)所觀察的被檢物體紅外輻射的分布，來(lái)定性紅外熱圖所發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確定位缺陷區(qū)域，并且作相應(yīng)評(píng)估。

1.3紅外檢測(cè)的特點(diǎn)

與常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法相比， 紅外檢測(cè)具有非接觸、快速、檢測(cè)面積大、直觀和準(zhǔn)確等特點(diǎn)，并且非常適合現(xiàn)場(chǎng)、外場(chǎng)以及在線在役檢測(cè)。

如果被測(cè)結(jié)構(gòu)件或部位的溫度在絕對(duì)零度以上，并且基體材料與損傷之間的溫差達(dá)到了熱成像儀的熱靈敏度范圍，就能被紅外探測(cè)器捕獲并區(qū)分出來(lái)，因此對(duì)檢測(cè)的實(shí)施時(shí)間沒(méi)有約束，白天和夜晚都能進(jìn)行。

檢測(cè)時(shí)從加熱到圖像采集， 最后進(jìn)行定量分析， 可一次完成，因此自動(dòng)化程度較高，并且圖像信息顯示直觀，便于存檔備查。在檢測(cè)速度上，紅外檢測(cè)技術(shù)采用主動(dòng)加熱方式，加熱過(guò)程很短，且進(jìn)行圖像采集的時(shí)間只需十幾秒或幾十秒，因而單次檢測(cè)的時(shí)間較少。

紅外檢測(cè)技術(shù)在多層復(fù)合材料受撞擊后的層析探傷和分析方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，能夠檢測(cè)出飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的沖擊損傷、分層、蒙皮與蜂窩芯脫粘和侵蝕等損傷。

此外，通過(guò)專用軟件可進(jìn)行損傷面積、損傷埋藏深度等測(cè)量計(jì)算，為構(gòu)件是否判廢的確定和修理方案的制訂提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。

1.4紅外檢測(cè)與其它常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法的比較

見(jiàn)表1。

2　民航開(kāi)展紅外檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例

2.1電吹風(fēng)加熱方式檢查方向舵積水

此方法需要兩人進(jìn)行，其中一人負(fù)責(zé)使用電吹風(fēng)加熱被檢區(qū)域并標(biāo)記，另一人負(fù)責(zé)使用熱像儀掃查檢測(cè)（見(jiàn)圖1）。環(huán)境溫度在 10 -35°C 之間，直接采用電吹風(fēng)加熱；如果環(huán)境溫度大于 35°C，應(yīng)采用在被檢表面施加薄水層的方式。加熱前應(yīng)目視檢查被檢升降舵表面的狀況，確保被檢表面清潔平滑，特別注意那些可能影響最終結(jié)果判斷的表面狀況。

圖1　現(xiàn)場(chǎng)操作范例

圖2　操作原理示意圖

采用邊加熱邊檢測(cè)的方式進(jìn)行，加熱和檢測(cè)應(yīng)在方向舵的同一面進(jìn)行，當(dāng)完成一面的工作后，換到方向舵的另一面重復(fù)進(jìn)行相關(guān)工作（見(jiàn)圖2）。對(duì)于有顯示的被檢區(qū)域，如果不能確切判斷為方向舵的構(gòu)型結(jié)構(gòu)、形狀變化、內(nèi)部有其他填充物等帶來(lái)的顯示，即可判斷為積水區(qū)域。應(yīng)繪出詳細(xì)的積水區(qū)域分布圖并在原位標(biāo)記（見(jiàn)圖3、4）。

2.2電熱毯加熱方式檢查升降舵積水情況

在嚴(yán)寒地區(qū)開(kāi)展此項(xiàng)工作時(shí)需要合適溫度的機(jī)庫(kù)而炎熱地區(qū)需要避開(kāi)高溫時(shí)段。加熱前應(yīng)目視檢查被檢升降舵表面的狀況，特別是那些可能影響最終結(jié)果判斷的表面狀況；被檢表面應(yīng)清潔干燥，避免影響檢測(cè)結(jié)果。將電熱毯均勻平放在被檢升降舵的上表面，保持電熱毯與升降舵蒙皮面板的良好接觸，避免加熱局部不均勻。（見(jiàn)圖5）

完成加熱后，將電熱毯移除檢測(cè)區(qū)域。將紅外儀對(duì)準(zhǔn)被檢表面并盡量與被檢表面保持垂直，被檢區(qū)域應(yīng)納入成像儀視場(chǎng)中，其他背景不應(yīng)出現(xiàn)在視場(chǎng)中；對(duì)成像儀進(jìn)行預(yù)調(diào)整；調(diào)整焦距使視場(chǎng)中的任何被檢區(qū)域中不連續(xù)的結(jié)構(gòu)，如緊固件孔、加強(qiáng)肋等顯示清晰。對(duì)升降舵進(jìn)行分區(qū)域掃查檢測(cè)，應(yīng)采用先下表面后上表面的順序進(jìn)行檢測(cè)，每面檢查應(yīng)控制在10分鐘內(nèi)完成。

對(duì)于所有有顯示的被檢區(qū)域，如果不能確切判斷為升降舵的構(gòu)型結(jié)構(gòu)、形狀變化等帶來(lái)的顯示，即可判斷為積水區(qū)域。

2.3實(shí)際操作中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

2.3.1環(huán)境對(duì)檢測(cè)的影響

無(wú)論是采用何種方式都應(yīng)盡量避免在高溫高熱壞境和風(fēng)力較大的天氣環(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)工作，以減少對(duì)紅外成像儀工作的干擾。

2.3.2檢測(cè)距離對(duì)結(jié)果的影響

在被檢表面與成像儀之間的的距離應(yīng)在一定范圍之內(nèi)，適當(dāng)調(diào)整成像距離，即保證檢測(cè)的靈敏度又兼顧檢測(cè)效率。

2.3.3檢測(cè)結(jié)果的判定

在判定結(jié)果之前，應(yīng)先了解被檢工件的構(gòu)型結(jié)構(gòu)、形狀變化、內(nèi)部有其他填充物或外部冷/熱源的反射等帶來(lái)的顯示；對(duì)疑似缺陷工件也可進(jìn)一步采用其它無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

3　開(kāi)展紅外檢測(cè)項(xiàng)目所需具備條件

3.1開(kāi)展紅外檢測(cè)工作對(duì)檢測(cè)程序和標(biāo)準(zhǔn)的要求

各航空大國(guó)已把紅外熱像檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)部缺陷及膠接質(zhì)量檢測(cè)、 蒙皮鉚接質(zhì)量檢測(cè)。美國(guó)還把它用于航天飛機(jī)耐熱保護(hù)層潮濕檢測(cè)，空間發(fā)射艙復(fù)合材料的脫粘檢測(cè)。紅外檢測(cè)應(yīng)按相應(yīng)的檢測(cè)程序進(jìn)行。應(yīng)能檢測(cè)出驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的拒收不連續(xù)。檢測(cè)程序應(yīng)提交被認(rèn)可的工程機(jī)構(gòu)審核和（或）批準(zhǔn)。

圖3　紅外成像儀顯示1

圖4　紅外成像儀顯示2

3.1.1相關(guān)BOEING 787相關(guān)的紅外檢測(cè)程序

BOEING NTM手冊(cè)的PART 10是關(guān)于熱成像檢測(cè)的章節(jié)，對(duì)具體的零部件給出了具體的檢查方法和檢查步驟。在手冊(cè)的PART 1中，對(duì)紅外熱成像的設(shè)備、系統(tǒng)做出了一般性的介紹。

隨著新型復(fù)合材料的不斷出現(xiàn)，越來(lái)越多的復(fù)合材料被用于飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼等越來(lái)越多的部位。因此，在最新的BOEING787 NTM 手冊(cè)中出現(xiàn)了對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行熱損傷檢查的章節(jié)。該工藝是使用中頻紅外光對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行掃描，在得到檢查區(qū)域的光譜后與標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)檢查區(qū)域進(jìn)行評(píng)判。

3.1.2MH T 3022-2011航空器復(fù)合材料構(gòu)件紅外熱像檢測(cè)

MH/T3022-2011《航空器復(fù)合材料構(gòu)件紅外熱像檢測(cè)》是由中國(guó)民航無(wú)損檢測(cè)資格鑒定與認(rèn)證委員會(huì)編寫(xiě)，由中國(guó)民航局批準(zhǔn)實(shí)施的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)民用航空器使用的復(fù)合材料構(gòu)件紅外熱像法檢測(cè)中的各種數(shù)據(jù)作出了最低的規(guī)定。

本標(biāo)準(zhǔn)參考了ASTM E2582－07《航空應(yīng)用中復(fù)合材料板及其維修區(qū)脈沖紅外無(wú)損檢測(cè)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)》（英文版）和波音公司及空中客車公司的無(wú)損檢測(cè)手冊(cè)（NTM）手冊(cè)。

3.2開(kāi)展紅外檢測(cè)工作對(duì)檢測(cè)人員的要求

標(biāo)準(zhǔn)要求從事熱像檢測(cè)的人員應(yīng)按 MH/T 3001的要求通過(guò)相應(yīng)的資格鑒定與認(rèn)證，或按合同或采購(gòu)單中的規(guī)定執(zhí)行。這與航空器維修中涉及的其他六種（MT、PT、ET、UT、RT、VT）常用無(wú)損檢測(cè)方法的要求一致。

3.3開(kāi)展紅外檢測(cè)工作對(duì)設(shè)備的要求

紅外熱像儀在初次使用時(shí)以及今后每年應(yīng)送指定機(jī)構(gòu)或儀器制造廠家進(jìn)行校準(zhǔn)。發(fā)現(xiàn)儀器工作不正常時(shí)或經(jīng)過(guò)可能影響其性能的修理后也應(yīng)及時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。

熱激勵(lì)裝置或其上安裝的計(jì)量器具應(yīng)按計(jì)量器具管理程序定期檢定或按生產(chǎn)廠商的規(guī)定進(jìn)行校驗(yàn)。參考試件初始使用前應(yīng)經(jīng)過(guò)校驗(yàn)。經(jīng)校驗(yàn)合格的參考試件應(yīng)有證書(shū)。

參考試塊在民航紅外熱成像檢測(cè)中對(duì)檢測(cè)結(jié)果起決定性的作用，因此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)參考試塊的參數(shù)作了詳細(xì)規(guī)定，并要求每次使用前應(yīng)對(duì)參考試塊進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)損傷，應(yīng)進(jìn)行評(píng)定，確定是否可用。

4　結(jié)語(yǔ)

從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)將會(huì)成為航

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The application of infrared thermographic techniques in civil aviation maintenance & develop

Li yi-yang
（XIAMEN AIR， XIAMEN FUJIAN， 361000）

In the Chinese civil aviation maintenance system， infrared thermographic techniques has been more andmore utilized to detect the composite defects produced in the service. From the development trend， infrared thermographic techniques will become a routine non-destructive test method in civil aviation. From the maintenance effect， the use of infrared thermographic techniques have higher efficiency and accurate in detect composite honeycomb internal hydrocephalus.

Civil Aviation， infrared inspection， aircraft， hydrocephalus