無損檢測技術(shù)與視情維修

文 王金亮

隨著航空工業(yè)技術(shù)日臻完善，軍用飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平已經(jīng)足以保證各種型號(hào)的軍機(jī)具有安全性、可靠性和可維修性。同時(shí)，航空維修的技術(shù)也在突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在這樣的大背景下，始建于五、六十年代的國內(nèi)軍機(jī)維修廠亦要與時(shí)俱進(jìn)，開啟視情維修的修理模式。而視情維修與飛機(jī)原位檢測密不可分，這樣就促使無損檢測新技術(shù)的廣泛應(yīng)用?；蛘哒f，飛機(jī)原位檢測的無損檢測技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，決定了飛機(jī)原位檢測的深度和廣度。

一、視情維修的定義及特征

視情維修的概念始于美國，是一種預(yù)測、預(yù)防性維修方式。主要特征有：技術(shù)先進(jìn)、針對性強(qiáng)、原位檢測或?qū)崟r(shí)監(jiān)測，其關(guān)鍵技術(shù)有四個(gè)階段：狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、故障預(yù)測及健康評估與決策的生成。又以狀態(tài)監(jiān)測為核心，通過加強(qiáng)和完善監(jiān)測監(jiān)控手段，掌握設(shè)備的工作狀態(tài)，解決定期維修中的“該修不能修，不該修的卻要修”的問題。

狀態(tài)監(jiān)測涉及諸多學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，先進(jìn)、適用的傳感技術(shù)、信號(hào)采集和處理是其關(guān)鍵。狀態(tài)監(jiān)測的方法按照采用的手段不同分成：振動(dòng)監(jiān)測法、噪聲監(jiān)測法、溫度監(jiān)測法、壓力監(jiān)測法、聲發(fā)射監(jiān)測法等。

二、無損檢測定義及重要性

無損檢測就是研發(fā)和應(yīng)用各種技術(shù)方法，以不損害被檢對象未來用途和功能的方式為探測、定位、測量和評價(jià)缺陷，評估完整性、性能和成分，測量幾何特征，所進(jìn)行的檢驗(yàn)、檢查和測試。

一般來說，缺陷檢測是其重要的方面。由于物理量的變化與材料組織結(jié)構(gòu)的異常不一定是一一對應(yīng)的，所以不能盲目的使用無損檢測技術(shù)，否則不但不能提高產(chǎn)品的可靠性，還要增加修理成本。同理，科學(xué)的使用無損檢測技術(shù)，不僅有益于飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造，更會(huì)在修理過程中起到超過想象的收益。

“沒有無損檢測我們就不可能享有目前在這些領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的領(lǐng)先地位?！?5年前美國里根總統(tǒng)對美國無損檢測的評價(jià)，足以表明了無損檢測工作的重要性。

三、國內(nèi)軍機(jī)大修廠的維修方式及其缺陷

國內(nèi)軍機(jī)大修廠目前的維修方式屬定期維修。定期維修存在著明顯的缺點(diǎn)：往往會(huì)造成過度維修，增加人為因素而產(chǎn)生的維修差錯(cuò)的概率，威脅飛機(jī)安全；費(fèi)用較高，提高了飛機(jī)的使用成本。

在飛機(jī)大修活動(dòng)中，維修活動(dòng)包括對飛機(jī)上幾乎每一個(gè)零部件進(jìn)行定期檢修，這樣就需要對每個(gè)系統(tǒng)、部位或構(gòu)件，分解到不能再分解的程度，即使歷史上的二代機(jī)及其各系統(tǒng)相當(dāng)簡單，以這種方式維修，也需要各種復(fù)雜的管理，流程多、費(fèi)用高。

另外，根據(jù)對外場質(zhì)量問題情況反饋的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：外場質(zhì)量問題多為人為因素，如：多余物、裝配不到位等問題。

四、定期維修中無損檢測的特點(diǎn)

飛機(jī)在設(shè)計(jì)、制造階段，會(huì)存在各類缺陷和問題。這些缺陷和問題，在該階段的無損檢測工作中，會(huì)被發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行反饋和修正。所以，服役后的軍機(jī)修理，主要是圍繞發(fā)現(xiàn)“腐蝕、疲勞、磨損”三大問題，并針對發(fā)現(xiàn)的問題采取相應(yīng)的修理措施以保證性能和可靠性。由此來看，“檢測、測量、試驗(yàn)”是飛機(jī)修理工作中的三大關(guān)鍵核心技術(shù)。而無損檢測技術(shù)均能在不同程度上實(shí)現(xiàn)對三大問題的發(fā)現(xiàn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。

在定期維修中，被譽(yù)為“工業(yè)醫(yī)生”的無損檢測工作主要目的是檢查飛機(jī)產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)的缺陷并進(jìn)行評定，以便維修人員制定相應(yīng)的維修方案，從而保證飛機(jī)維修的可行性和有效性。

（一）表面疲勞檢測技術(shù)所占比例大

定期維修中的無損檢測工作，主要是確定正在應(yīng)用的產(chǎn)品是否能夠繼續(xù)使用，屬于在役檢測。而常見的服役缺陷有腐蝕、疲勞和磨損。因此，所用的無損檢測技術(shù)就主要針對產(chǎn)品的疲勞裂紋檢測。二代機(jī)的修理事實(shí)足以說明所確定的無損檢測項(xiàng)目至少有90%是表面檢測項(xiàng)目。

（二）常規(guī)檢測技術(shù)比例大

由于目前的修理模式，決定了檢測時(shí)必須要進(jìn)行分解、除漆等預(yù)處理。首先，必須要將產(chǎn)品盡最大可能地分解到最小單元，并對產(chǎn)品進(jìn)行前期的各種預(yù)處理（如吹砂、溶劑清洗、除漆、表面處理），然后，進(jìn)行無損檢測，再進(jìn)行后期處理（如吹砂、溶劑清洗），最后，進(jìn)行產(chǎn)品的表面處理（涂鍍）工作。由此，常規(guī)無損檢測技術(shù)的互相配合使用實(shí)現(xiàn)了“診斷”的目的，因此常規(guī)技術(shù)的使用比例大；修理內(nèi)容為了“檢測、測量”進(jìn)行的工作，需要分解及預(yù)處理等大量工作及相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行支撐。

如果能夠解決原位檢測及帶漆層檢測，就可以節(jié)省大量的管理程序及人力、物力、財(cái)力。

（三）檢測工作量大

常規(guī)無損檢測技術(shù)中，檢測人員需要耗費(fèi)時(shí)間和精力在大量的分解零件中尋找發(fā)生改變的區(qū)域，進(jìn)行“大海撈針”的“診斷”工作，拋開為檢測服務(wù)的工序，僅僅檢測工作的本身工作量就很大。

五、先進(jìn)無損檢測技術(shù)在視情維修中的應(yīng)用

（一）聲發(fā)射檢測法

聲發(fā)射檢測是借助受應(yīng)力材料中局部瞬態(tài)位移所產(chǎn)生的應(yīng)力波——聲發(fā)射進(jìn)行檢測的動(dòng)態(tài)無損檢測方法。聲發(fā)射的主要目標(biāo)：分析和確定聲發(fā)射源的性質(zhì)和部位，確定聲發(fā)射發(fā)生的時(shí)間和載荷，評定聲發(fā)射源的嚴(yán)重性等。在航修系統(tǒng)中聲發(fā)射的主要應(yīng)用：監(jiān)視疲勞裂紋擴(kuò)展，可監(jiān)視某些復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性，評價(jià)、監(jiān)視飛機(jī)構(gòu)件和整機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性等。

1.在航空器中的應(yīng)用。六十年代初，美國首先在火箭等高壓容器中使用該技術(shù)，最著名的例子是監(jiān)測了北極星導(dǎo)彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)玻璃鋼殼體加壓試驗(yàn)時(shí)裂紋的發(fā)生、發(fā)展和部位。

七十年代初，聲發(fā)射檢測技術(shù)首次應(yīng)用到了飛機(jī)（C-5C運(yùn)輸機(jī)）監(jiān)測，證明了監(jiān)測飛行中的疲勞裂紋是可行的。隨后，美國人在KC-135上，利用該技術(shù)監(jiān)測主機(jī)翼下部的翼片取得了成功，并據(jù)此，美國空軍對KC-135運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行了日常的飛行監(jiān)測。

進(jìn)入八十年代，美國人又利用聲發(fā)射技術(shù)研究飛行條件變化，疲勞裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的聲發(fā)射取得了成功，表明了利用聲發(fā)射技術(shù)在機(jī)體內(nèi)部框架上檢測聲發(fā)射信號(hào)是可能的。

2.先進(jìn)材料中的應(yīng)用。美國通用動(dòng)力和空軍合作，使用該技術(shù)用于蜂窩結(jié)構(gòu)板的檢查，認(rèn)為聲發(fā)射方法比較理想，節(jié)省時(shí)間，節(jié)省費(fèi)用，靈敏度更高，省略校準(zhǔn)儀器時(shí)間，除此外聲發(fā)射技術(shù)也可用于起落架支柱、翼梁等特殊部位的完整性監(jiān)測。同時(shí)，美國波音公司還將聲發(fā)射技術(shù)用于旋轉(zhuǎn)部件檢測和液壓系統(tǒng)試驗(yàn)中。

尤其值得一提的是，聲發(fā)射技術(shù)在飛機(jī)延壽對策中得到很好的應(yīng)用，美國PAC公司對其做了如下評價(jià)：對機(jī)體進(jìn)行一次全面的檢查是可能的；具有很高的精度；在動(dòng)態(tài)環(huán)境下可以檢測擴(kuò)展的缺陷；如建成數(shù)據(jù)庫，容易進(jìn)行自動(dòng)評定的特征。在美國，已經(jīng)用聲發(fā)射法對F15戰(zhàn)斗機(jī)的初期疲勞損傷進(jìn)行了研究調(diào)查，并以此為基礎(chǔ)建立了維護(hù)程序。

（二）計(jì)算機(jī)層析成像檢測——CT

CT成像技術(shù)是與一般輻射成像完全不同的成像方法。一般輻射成像是將三維物體投影到二維平面成像，各層面影像重疊，造成互相干擾，不僅圖像模糊，且損失了深度信息，不能滿足分析評價(jià)要求。CT技術(shù)是把被檢測物體所檢測斷層孤立出來單獨(dú)成像，避免了其余部分的干擾和影響。所以，CT技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可對缺陷定位、定性、定量，結(jié)果直觀，檢測靈敏度高，檢測對象基本不受材料尺寸、形狀的限制。

但是由于該技術(shù)檢測成本高，檢測效率低，同時(shí)，維修工廠在定期維修模式的情況下，工業(yè)CT技術(shù)在國內(nèi)飛機(jī)維修工廠應(yīng)用很少，甚至沒有。

CT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無接觸的無損檢測，圖像質(zhì)量高，能準(zhǔn)確的展示所檢測部位內(nèi)部的結(jié)構(gòu)關(guān)系、物質(zhì)組成及缺陷的狀況。

目前，工業(yè)CT作為一種實(shí)用化的無損檢測手段，已可以檢測大到直徑2～4m，長度8.6m，質(zhì)量55000kg的結(jié)構(gòu)，小到直徑數(shù)毫米的制件。

隨著科技的進(jìn)步，無損檢測技術(shù)尚有其他的研發(fā)和應(yīng)用，同時(shí)，無損檢測已經(jīng)不再局限于對受損零件進(jìn)行檢測，而是將其內(nèi)涵擴(kuò)大化，將對飛機(jī)與零件的使用壽命預(yù)測也納入到了無損檢測范疇中。觀察一個(gè)國家航空技術(shù)維修水平先進(jìn)與否，很大程度上決定于該國家無損檢測技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用情況。

視情維修技術(shù)的成熟并應(yīng)用，離不開無損檢測技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。由其特征可知，使用大量先進(jìn)的設(shè)備、技術(shù)、開展有針對性的機(jī)上原位檢測或?qū)崟r(shí)監(jiān)測，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，是視情維修的首要條件。視情維修已經(jīng)由傳統(tǒng)的修理模式轉(zhuǎn)換成先檢測、監(jiān)控，再診斷，然后進(jìn)行針對性修理的模式，因此，開展視情維修，必須大幅度提升無損檢測能力。無損檢測的能力如何，將決定航修企業(yè)的維修水平。