無損檢測技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展

摘 要：近年來，隨著我國航空事業(yè)蓬勃發(fā)展，對航空器安全運(yùn)行的需求逐漸提高，如何既能實(shí)現(xiàn)對航空器的有效檢測、維修，保證其運(yùn)行安全可靠，又能保證檢測技術(shù)不會(huì)對航空器產(chǎn)生破壞或者影響其工業(yè)生產(chǎn)，成為航空檢測領(lǐng)域重點(diǎn)研究內(nèi)容，因此航空器的無損檢測技術(shù)對航空器的安全使用至關(guān)重要。無損檢測技術(shù)具有檢測靈敏、無損傷、無破壞等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到航空工業(yè)中。文章對當(dāng)前成熟且應(yīng)用較廣的幾種無損檢測技術(shù)進(jìn)行了介紹，論述了它們在航空工業(yè)中的應(yīng)用情況，并展望了未來航空工業(yè)無損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：無損檢測；航空工業(yè)；應(yīng)用；發(fā)展

1 概述

目前，隨著我國航空事業(yè)快速發(fā)展，飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造中越來越多的運(yùn)用新的設(shè)計(jì)理念，大量采用新型材料，以達(dá)到減輕重量、增加強(qiáng)度的目的等；而原有的飛機(jī)在逐步老化，逐步進(jìn)入高等級(jí)維修階段。如何適應(yīng)新型材料的檢查，如何確保老齡飛機(jī)在持續(xù)飛行中保證安全，發(fā)揮更大的作用，是目前擺在航空人員面前的一項(xiàng)難題。如何既能實(shí)現(xiàn)對航空器的有效檢測，保證其運(yùn)行安全可靠，又能保證檢測技術(shù)不會(huì)對航空器產(chǎn)生破壞，成為航空檢測領(lǐng)域重點(diǎn)研究內(nèi)容，因此無損檢測技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展至關(guān)重要。

無損檢測技術(shù)（NDT）作為一門新興的綜合性學(xué)科，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中用以評價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量，預(yù)測產(chǎn)品壽命[1]。顧名思義，無損檢測是在不對檢測對象造成破壞的前提下，利用聲、光、電、磁等對缺陷或結(jié)構(gòu)異常的反應(yīng)變化，對缺陷的位置尺寸、分布及變化做出判斷和評價(jià)。無損檢測技術(shù)能有效地發(fā)現(xiàn)航空器結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋、腐蝕、分層和脫膠等，并在材料失效分析中能連續(xù)追蹤檢查損傷的發(fā)展，因此是航空器設(shè)計(jì)制造的重要環(huán)節(jié)，是航空器維修、改裝必須具備的手段，無損檢測工作質(zhì)量的高低，直接影響到飛機(jī)的飛行安全，因此受到越來越多地重視。

2 無損檢測技術(shù)的分類及應(yīng)用

目前比較成熟且應(yīng)用較廣的無損檢測方法主要有超聲檢測、液體滲透檢測、渦流檢測、磁粉檢測、射線照相檢測、工業(yè)CT檢測等[2]。

2.1 超聲檢測技術(shù)

超聲檢測（UT）是常見的無損檢測方法之一，振動(dòng)頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波檢測基本原理是：超聲波檢測中，最常用的方法是脈沖反射法，最常用的是0.5MHz-10MHz的聲波，這種聲波穿透能力強(qiáng)，當(dāng)它在材料中以一定的角度和速度傳播的時(shí)候，遇到缺陷（或者不同材料界面）的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生反射、折射等波形變換，通過檢測這種變換就可以用來探測缺陷的位置、大小及分布等。這種檢測方法的特點(diǎn)是聲波穿透力強(qiáng)、檢測靈敏度高，并且檢測快速便捷、效率高，因此被廣泛用于檢測產(chǎn)品的內(nèi)部缺陷。如發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤，因其組織致密，采用超聲檢測方法可快速、準(zhǔn)確檢測其內(nèi)部缺陷。

目前國內(nèi)外研究最活躍的非接觸式超聲換能方法無疑是激光超聲檢測技術(shù)[3]，這是一種結(jié)合了激光技術(shù)與聲學(xué)技術(shù)的新型無損檢測技術(shù)，為快速和遠(yuǎn)距離非接觸式超聲波檢測創(chuàng)造了條件。惡劣環(huán)境下對航空產(chǎn)品進(jìn)行檢測時(shí)一般采用該項(xiàng)技術(shù)，如高溫、高壓、有毒等環(huán)境下的航空器檢測；表面結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的航空產(chǎn)品或采用新型薄膜材料制造的航空產(chǎn)品，也較多采用激光超聲檢測技術(shù)。

2.2 滲透檢測技術(shù)

滲透檢測（PT）主要用于表面開口缺陷的檢測，其原理是：將滲透劑施涂到工件的表面，一段時(shí)間由于毛細(xì)作用原理，在開口的缺陷中就會(huì)滲入滲透劑，干燥之后再施涂顯像劑，同樣由于毛細(xì)作用原理，滲透劑回滲到顯像劑中將缺陷顯示出來，從而檢測到缺陷的形狀、尺寸大小以及分布。滲透檢測成本較低，檢測結(jié)果可直觀顯示出來，并且能夠?qū)Σ煌较虻拈_口缺陷進(jìn)行檢測，但檢測局限性大，只能對表面開口缺陷進(jìn)行檢測。

飛機(jī)制造中大量采用的非鐵磁性零件，在飛機(jī)完成交付安裝前，一般需對零件表面進(jìn)行質(zhì)量檢測。中、小尺寸零件一般采用熒光滲透的自動(dòng)流水線設(shè)備對其進(jìn)行表面質(zhì)量檢測；而大型零件多采用靜電噴涂的方式完成熒光滲透檢測。

2.3 渦流檢測技術(shù)

渦流檢測技術(shù)（ET）的原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，通過檢測渦流的強(qiáng)度和分布變化情況來揭示導(dǎo)電材料表面或近表面處的缺陷，廣泛應(yīng)用于厚度檢測以及內(nèi)部缺陷檢測。

渦流檢測不需要接觸式測量，易于實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化檢測。缺點(diǎn)是對表面以及近表面缺陷具有較高的靈敏度，檢測結(jié)果容易受到干擾。渦流檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造業(yè)，機(jī)身大型構(gòu)件較多采用鋁合金材料，鋁合金經(jīng)熱處理后其硬度與導(dǎo)電率之間存在良好對應(yīng)關(guān)系，因此采用這項(xiàng)技術(shù)可以快速檢測到其表面和近表面處的缺陷。

2.4 磁粉檢測技術(shù)

磁粉檢測（MT）技術(shù)，又稱磁粉檢驗(yàn)或磁粉探傷，是一種在航空航天、軍工、鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛的無損檢測技術(shù)。磁粉檢測的原理是：利用缺陷處磁漏場與磁粉相互作用的結(jié)果，可以顯示出磁性材料工件表面與近表面的缺陷信息[4]。

磁粉檢測的優(yōu)點(diǎn)是檢測速度快、工藝簡單、成本低廉、顯示直觀，缺點(diǎn)是對表面和近表面靈敏度較高、僅適用于鐵磁材料，應(yīng)用范圍有限。對于采用高強(qiáng)度鐵磁性結(jié)構(gòu)鋼材料制造而成的飛機(jī)起落架、主傳動(dòng)部件等，選擇磁粉檢測技術(shù)可以有效發(fā)現(xiàn)零件表面的缺陷。

2.5 工業(yè)CT檢測技術(shù)

工業(yè)CT（ICT）技術(shù)是指應(yīng)用于工業(yè)中的核成像技術(shù)，被稱為最佳無損檢測技術(shù)，在汽車電子、特種設(shè)備行業(yè)、軍工、核物理等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。其基本原理是：依據(jù)放射性核素或其他輻射源發(fā)射出的射線在被檢測物體中的衰減規(guī)律及分布情況，獲取物體內(nèi)部的詳細(xì)信息[5]。通過計(jì)算機(jī)信息處理和圖像重建技術(shù)，以圖像的形式直觀顯示被檢測物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及缺陷位置等。

工業(yè)CT的優(yōu)點(diǎn)是：清晰直觀準(zhǔn)確、可以顯示出缺陷的三維形狀及尺寸等。缺點(diǎn)是價(jià)格過于昂貴。

2.6 射線照相檢測技術(shù)

射線照相檢測（RT）技術(shù)是利用射線（X射線、γ射線等）穿透物體過程中的衰減規(guī)律來檢測工件內(nèi)部缺陷的一種無損檢測方法。射線檢測幾乎適用于所有的材料[6]，在航空工業(yè)廣泛應(yīng)用，目前數(shù)字射線檢測主要應(yīng)用于對鑄件和焊件的檢測[6]。射線檢測的優(yōu)點(diǎn)是缺陷檢出率高，直觀，易定性、定量，檢測結(jié)構(gòu)可長期存檔備查，是應(yīng)用最廣泛的一種無損檢測技術(shù)。

作為飛行動(dòng)力的提供者，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量對航空器的飛行安全至關(guān)重要，因此必須對其關(guān)鍵部件及重要部件進(jìn)行可靠的無損檢測。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，一般需對其缺陷與尺寸進(jìn)行精確測量。缺陷檢測采用的技術(shù)主要有X射線照相、射線實(shí)時(shí)成像、滲透檢測，型面尺寸測量應(yīng)用的技術(shù)主要有工業(yè)CT檢測、超聲檢測、渦流檢測等。

3 未來航空工業(yè)無損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著航空器不斷更新?lián)Q代，對航空產(chǎn)品的檢測需求也越來越高，研究與發(fā)展新的無損檢測技術(shù)具有非常重要的價(jià)值，對促進(jìn)我國航空工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展有著現(xiàn)實(shí)意義和推動(dòng)作用。未來我國航空工業(yè)無損檢測新技術(shù)的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：

（1）檢測更為快速、高效、自動(dòng)化。無損檢測技術(shù)未來發(fā)展的研究重點(diǎn)在于更為快速、高效、自動(dòng)化的檢測方向，為了提高檢測效率、降低檢測成本，使其更適合未來航空工業(yè)的需求，必須開展適合航空工業(yè)更為快速、高效、自動(dòng)化無損檢測技術(shù)的探索研究，加強(qiáng)對無損檢測新技術(shù)、新方法的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用。

（2）缺陷可視化研究。開展缺陷可視化研究，可以更為清晰直觀地將航空器的缺陷顯示出來，能夠有效識(shí)別缺陷的特征信息并進(jìn)行提取，并有助于進(jìn)一步開展缺陷分析工作。

（3）研發(fā)專用于航空產(chǎn)品、采用無損檢測技術(shù)的先進(jìn)檢測設(shè)備。將無損檢測技術(shù)應(yīng)用于航空器檢測中需要通過專用設(shè)備硬件平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，而目前國內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究尚處于空白狀態(tài)，無損檢測設(shè)備多依賴于進(jìn)口，自主研發(fā)綜合多學(xué)科技術(shù)支持與無損檢測研究于一體的航空專用檢測設(shè)備對航空工業(yè)的發(fā)展具有極大的促進(jìn)作用。因此應(yīng)在充分利用國外進(jìn)口技術(shù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)適合航空工業(yè)需求并可實(shí)現(xiàn)無損檢測功能的專用設(shè)備。

（4）無損檢測可靠性評價(jià)技術(shù)研究。損傷容限理論應(yīng)用于航空器的設(shè)計(jì)中極大地促進(jìn)了無損檢測技術(shù)的發(fā)展，無損檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性直接決定了航空器能否安全運(yùn)行，因此必須加強(qiáng)對無損檢測技術(shù)的可靠性研究。

4 結(jié)束語

在航空器及航空產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)過程中，無損檢測技術(shù)對保證其質(zhì)量和安全飛行發(fā)揮著極其重要的作用。無損檢測技術(shù)使用過程中，需要根據(jù)不同的檢測對象、檢測需求以及缺陷情況，正確選擇不同的檢測方法來確保缺陷的檢出率，進(jìn)而確保航空器的安全使用?？梢灶A(yù)見的是，隨著新的無損檢測技術(shù)的發(fā)展，必將會(huì)有一些檢測速度更快、靈敏度更高、可靠性更好、缺陷顯示更直觀的新方法在航空工業(yè)的無損檢測中得到應(yīng)用，促進(jìn)航空工業(yè)更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]Shen Q， Gao J， Li C. Automatic classification of weld defects in radiographic images [J].Or Insight，2010，52（3）：134-139.

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[5]鄭世才，王曉勇.數(shù)字射線檢測技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[6]侯曉琴.基于射線成像的缺陷自動(dòng)識(shí)別方法研究及應(yīng)用[D].重慶大學(xué)，2009.

作者簡介：賈麗姣（1990-），女，陜西韓城人，碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)榫軝z測。

王進(jìn)（1980-），男，陜西西安人，碩士研究生，主要從事試驗(yàn)機(jī)改裝設(shè)計(jì)工作。