航空裝備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

朱泊霖

摘要：無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在航空裝備的生產(chǎn)、制造、使用、維修、無(wú)損檢驗(yàn)等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。為了使無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)得到可持續(xù)發(fā)展，必須倡導(dǎo)新的檢測(cè)觀念和方法。以健康監(jiān)測(cè)、綜合檢測(cè)、數(shù)據(jù)整合、數(shù)字化、影像化、信息化等為代表的綠色無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，將成為今后有意義的檢測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：航空裝備；無(wú)損檢測(cè)；現(xiàn)狀

0引言

無(wú)損檢測(cè) （NDT）技術(shù)是一種具有低投入、高產(chǎn)出的典型工程應(yīng)用技術(shù)。它能夠提高飛機(jī)、太空、發(fā)電站、船舶、汽車和建筑物的可靠性。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，它與國(guó)家的重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)密切相關(guān)，是我國(guó)目前急需解決的重大安全問(wèn)題。

1航空裝備無(wú)損檢測(cè)工作的主要特點(diǎn)

航空設(shè)備的無(wú)損試驗(yàn)存在著以下問(wèn)題：①結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多數(shù)情況下，自動(dòng)化裝置并不能起到很好的效果。②材料廣泛。包括鋁合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料等。以復(fù)合材料為例，其失效現(xiàn)象較為獨(dú)特，主要存在著分層、基體開(kāi)裂、纖維斷裂等缺陷，同時(shí)由于聲學(xué)各向異性以及聲波衰減系數(shù)較高，使得傳統(tǒng)的超聲波探測(cè)難以進(jìn)行。鈦合金是非磁性材料，但為粗晶態(tài)，在超聲波、渦流探測(cè)等方面均遇到了新問(wèn)題。③目標(biāo)的復(fù)雜性。無(wú)論是老式飛機(jī)，還是新機(jī)型，在許多場(chǎng)合下，其探測(cè)能力都較差，尤其是葉片、壓氣機(jī)盤(pán)、渦輪盤(pán)等部件，更是使檢驗(yàn)工作十分困難。④在某些特定部位、特殊區(qū)域和可能的故障探測(cè)方面，必須事先進(jìn)行相關(guān)的研究。由于缺乏有關(guān)數(shù)據(jù)，這一工作常?；谝延械脑囼?yàn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行大量的前期研究，因此其危險(xiǎn)性很高。

2我國(guó)航空裝備無(wú)損檢測(cè)工作現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)，航空航天領(lǐng)域的研究已成為最普遍、最活躍的一個(gè)領(lǐng)域。在進(jìn)行航空設(shè)備無(wú)損檢驗(yàn)時(shí)，必須堅(jiān)持找到最合適、最有效的途徑，不要盲目地走高、精、尖的路線，選擇“對(duì)”的，不要盲目地去追求“貴”的！比如，在民航的無(wú)損檢查中，視覺(jué)（包括通過(guò)儀器的目視）可以占據(jù)70%以上的無(wú)損傷檢查，而可視化和常規(guī)檢查則有超過(guò)90%。當(dāng)然，由于飛機(jī)的特殊和安全需要，目前最先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)（結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、脈沖渦流、激光、紅外圖像）已被廣泛應(yīng)用。

我國(guó)航空無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)在國(guó)際上居于領(lǐng)先地位，科技工作者可自行解決、攻克各類技術(shù)難題。由于焊縫缺陷的近、小，焊接部位的金屬構(gòu)造與母材類似，傳統(tǒng)的X射線、超聲波等檢測(cè)手段難以處理。劉松平等對(duì)焊接區(qū)、入射波的反射、散射、繞射等進(jìn)行了全面的分析，得到了較好的結(jié)果。此基于TOFD技術(shù)，采用了L-TOFD、P-sweep技術(shù)對(duì)攪拌摩擦焊接進(jìn)行了全面的檢測(cè)。這種方法可以取代X射線法，并能有效地解決焊接缺陷，從而提高了攪拌摩擦焊焊接的焊接質(zhì)量[ 1 ]。

劉松平等在復(fù)合材料缺陷檢測(cè)方面也做了一些有創(chuàng)新性的工作。研制的CUS-6000型復(fù)合高效超聲波自動(dòng)掃描成像檢測(cè)裝置，具有工業(yè)應(yīng)用水平，可以直接為復(fù)合材料生產(chǎn)提供技術(shù)支持。本團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的超聲波顯微圖像技術(shù)能夠準(zhǔn)確地判定各個(gè)鋪層的缺陷，在今后的發(fā)展中將起到關(guān)鍵的作用。

3航空裝備無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展方向及需要重視的領(lǐng)域

本文對(duì)中國(guó)無(wú)損試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行了討論。提出中國(guó)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在新的發(fā)展階段，大力發(fā)展智能化、自動(dòng)化成像檢測(cè)設(shè)備，并在AE預(yù)報(bào)中對(duì)重大裂縫、重要結(jié)構(gòu)的小裂縫進(jìn)行預(yù)報(bào)。就與航空器材有關(guān)的若干問(wèn)題進(jìn)行了探討。

3.1大力發(fā)展結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（SHM）技術(shù)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控是對(duì)建筑物進(jìn)行一系列的監(jiān)測(cè)與評(píng)估。在結(jié)構(gòu)發(fā)生了早期的破壞和疲勞破壞時(shí)，可以采取修補(bǔ)措施來(lái)預(yù)防。因此，在未來(lái)，提高裝備可靠性、延長(zhǎng)使用壽命、提高裝備使用壽命、提高裝備可靠性，是目前最好的防治措施。除了以上所述的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控技術(shù)之外，已經(jīng)出現(xiàn)了許多行之有效的檢測(cè)手段，如：智能傳感器、智能材料、光纖、變形監(jiān)測(cè)等傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)都有其自身的缺陷，所以，采用多種方法進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)是最有效的。

3.2提倡綠色NDT―― 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展必須與我國(guó)工業(yè)發(fā)展的總體思路相適應(yīng)

今后NDR裝置還應(yīng)向環(huán)保的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法可能會(huì)逐漸被淘汰，或被新的檢測(cè)手段取代。比如磁粉探傷，由于漏磁探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，檢測(cè)靈敏度的不斷提高，并且由于其易于實(shí)現(xiàn)智能化、可視化等特點(diǎn)，磁粉探傷將會(huì)被漏磁探測(cè)所取代。另外正在進(jìn)行中的數(shù)碼射線探測(cè)技術(shù)將取代傳統(tǒng)的膠卷探測(cè)。超聲技術(shù)的發(fā)展，如TOFD技術(shù)在焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用，使得采用超聲TOFD代替或部分取代的方法成為可能。在航空航天設(shè)備的無(wú)損測(cè)試中，推動(dòng)新技術(shù)的推廣是一項(xiàng)十分困難的工作。

3.3智能NDT和信息化NDH――信息化和智能化的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備

當(dāng)前制造業(yè)中的一個(gè)熱門話題是“智能制造”，它是指生產(chǎn)智能行為的機(jī)械設(shè)備，包括分析、推理、判斷、構(gòu)思、決策等。目前的晶片探測(cè)技術(shù)與微電子及高性能電腦相結(jié)合，可以建立一個(gè)整合的資訊系統(tǒng)及智能偵測(cè)裝置。無(wú)損測(cè)試的智能化和無(wú)損測(cè)試直接后果是無(wú)損測(cè)試“更容易”[ 2 ]。從20世紀(jì)90年代起，美國(guó)空軍對(duì)此進(jìn)行了有益的研究。將現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)保存在數(shù)字超聲波及渦流試驗(yàn)裝置中，使現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作程序大為簡(jiǎn)化，并使現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的可靠性得到了極大地提高。

3.4集成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)

任何一種無(wú)損試驗(yàn)都有其應(yīng)用領(lǐng)域，因而難以全面地評(píng)價(jià)被檢物體。為了提高測(cè)試的可靠性和效率、減少測(cè)試費(fèi)用、保證測(cè)試的完整性，可以將各種測(cè)試手段結(jié)合在一起，但是，通過(guò)各種方法得到的結(jié)果不能相互獨(dú)立，而是要相互結(jié)合，從而對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，即將數(shù)據(jù)（結(jié)果）進(jìn)行融合。所以，對(duì)于綜合測(cè)試設(shè)備來(lái)說(shuō)，最根本的需求就是能夠提供一個(gè)高效的數(shù)據(jù)融合平臺(tái)。林俊明在2011世界華人無(wú)損測(cè)試峰會(huì)上，提出了云探測(cè)的概念，并嘗試在無(wú)損測(cè)試技術(shù)中引入云計(jì)算。雖然現(xiàn)在還處于摸索階段，但是“云技術(shù)”的發(fā)展將會(huì)對(duì)無(wú)損測(cè)試的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

與綜合設(shè)備類似的是專門針對(duì)具體目標(biāo)的測(cè)試設(shè)備，即量體裁衣、按需訂制的解決方案，同時(shí)也是航天設(shè)備測(cè)試領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。美國(guó)空軍在這一領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)某柴油機(jī)低壓壓氣機(jī)進(jìn)行一階輪轂左槽測(cè)試時(shí)，將TOFD的一次發(fā)射雙探針換成了一次兩個(gè)單片，開(kāi)發(fā)了5MHz190左TOFD探針，能很好地解決了一號(hào)輪轂左葉槽裂縫的探測(cè)問(wèn)題。此外，為解決某型發(fā)動(dòng)機(jī)二級(jí)渦輪葉片尾部裂紋問(wèn)題，空軍有關(guān)部門專門研制了一種特殊的渦扇探測(cè)器，為軍隊(duì)裝備使用提供了可靠的保障。

4無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì)（ChSNDT）及國(guó)內(nèi)無(wú)損檢測(cè)概況

NDS是中國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)的一個(gè)重要分支機(jī)構(gòu)，由CMES牽頭，但在對(duì)外交流方面，NDS是一個(gè)獨(dú)立的協(xié)會(huì)，對(duì)外的名字叫做ChineseS0cietyforNonDe stmctiveTesting（ChSNDT，中國(guó)NDT）。ChSNDT是全球最活躍、會(huì)員最多的無(wú)損測(cè)試組織。33年來(lái)，NDS為國(guó)內(nèi)無(wú)損檢驗(yàn)工作者提供咨詢、交流、提升技術(shù)水平、提升產(chǎn)品質(zhì)量、確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行的良好條件。無(wú)損檢驗(yàn)工作者積極參加國(guó)內(nèi)外的合作和交流，為促進(jìn)我國(guó)無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)外的合作。

2008年10月，ChSNDT在上海舉辦了第十七屆世界無(wú)損測(cè)試大會(huì)，規(guī)模之大、參會(huì)人員之多，可謂史無(wú)前例。此次活動(dòng)的舉辦，標(biāo)志著中國(guó)內(nèi)地?zé)o損檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步得到了全世界的認(rèn)可，同時(shí)也表明了中國(guó)無(wú)損檢驗(yàn)行業(yè)在國(guó)際上的地位和聲譽(yù)。

通過(guò)主辦第十七屆WCNDT大會(huì)，中國(guó)的無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)水平得到國(guó)際認(rèn)可和高度重視，中國(guó)正加緊進(jìn)行NDT與歐洲NDT的互認(rèn)。在學(xué)會(huì)堅(jiān)持不懈地工作之后，這個(gè)目的終于達(dá)到了。歐洲聯(lián)盟于2009年4月派出了兩位法官，對(duì)無(wú)損公訴人資格進(jìn)行審查。歐洲聯(lián)盟第一次工作委員會(huì)于2009年9月1日在布魯塞爾召開(kāi)，一致通過(guò)了中國(guó)NDS人員資格認(rèn)證制度，并于9月15日正式通過(guò)了該制度。與歐洲聯(lián)盟的相互認(rèn)可對(duì)于歐盟成員國(guó)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重大的進(jìn)展，也有可能成為這方面的一個(gè)里程碑。

中國(guó)的無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)整體水平與中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相當(dāng)，其國(guó)際地位與中國(guó)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)，尤其是裝備制造業(yè)有較大的差距。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)從2008年起已經(jīng)是機(jī)械、電力、交通等第二大出口大國(guó)，并躋身于全球最大的機(jī)械生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)是全球最有生命力、最有吸引力的無(wú)損測(cè)試國(guó)家，目前有近250000名直接或間接從事無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的人員，其中應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)、科研、教育培訓(xùn)、流通、技術(shù)咨詢、工程服務(wù)等服務(wù)機(jī)構(gòu)5000余家。中國(guó)擁有超過(guò)2000家的NDT測(cè)試公司，其中有超過(guò)20000個(gè)無(wú)損測(cè)試小組，無(wú)損測(cè)試設(shè)備的生產(chǎn)商超過(guò)500家。目前，超聲波、渦流、磁粉、常規(guī)射線檢測(cè)設(shè)備已形成了規(guī)模龐大的檢測(cè)儀器，如相位控制、超聲波TOFD專用儀器、陣列渦流技術(shù)等。

5結(jié)語(yǔ)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在航空裝備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行中具有重要的技術(shù)支持，在生產(chǎn)、使用、維護(hù)等過(guò)程中都發(fā)揮著不可替代的作用。為了使無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)得到可持續(xù)發(fā)展，必須倡導(dǎo)新的檢測(cè)觀念和方法。以健康監(jiān)測(cè)、綜合檢測(cè)、數(shù)據(jù)集成、數(shù)字化、圖像化、信息化等為代表的綠色無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將成為今后有意義的檢測(cè)技術(shù)。本文以作者的科研小組為例，采用基于聲發(fā)射技術(shù)的聯(lián)合裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)兩種三代機(jī)群的壽命進(jìn)行了測(cè)試，使兩種型號(hào)的壽命都提高了50%，并取得了顯著的效果。我們要抓住目前有利的發(fā)展勢(shì)頭，整合已有的資源，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)航天領(lǐng)域無(wú)損測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]耿榮生.第17屆世界無(wú)損檢測(cè)大會(huì)概況及其所揭示的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展方向[J].無(wú)損檢測(cè)，2008（B12）：10-14.

（作者單位：空軍工程大學(xué)）