無損檢測(cè)技術(shù)（NDT）是一門新興的綜合性應(yīng)用科學(xué)，它以不改變被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)和使用性能為前提，應(yīng)用物理和化學(xué)的性質(zhì)，應(yīng)用物理和化學(xué)理論，對(duì)各種工程材料，零部件和產(chǎn)品進(jìn)行有效的檢測(cè)和測(cè)試，借以評(píng)價(jià)它們的完整性、連續(xù)性、安全可靠性和力學(xué)、物理性能等。因此，無損檢測(cè)不會(huì)對(duì)構(gòu)件造成任何損傷，并且能夠?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量實(shí)施監(jiān)控，防止因產(chǎn)品失效引起的災(zāi)難性后果。就目前來講，無損檢測(cè)技術(shù)在航空航天、機(jī)械制造、核能電力等行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。
20世紀(jì)70年代和90年代是國(guó)際無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的興旺時(shí)期，其特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷向無損檢測(cè)領(lǐng)域滲透，無損檢測(cè)本身的新方法和新技術(shù)不斷出現(xiàn)，使得無損檢測(cè)儀器的改進(jìn)得到了很大的提高。隨著新型材料的出現(xiàn)，如復(fù)合材料、膠接結(jié)構(gòu)、陶瓷材料、非晶態(tài)合金、各種功能材料和記憶合金等，還必須不斷研究新的無損檢測(cè)儀器和方法，以滿足對(duì)這些材料進(jìn)行高精度和高靈敏度無損檢測(cè)的需要。無損檢測(cè)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即NDI(Nondestructive Inspection,無損探傷),NDT(Nondestructive Testing,無損檢測(cè))和NDE(Nondestructive Evaluation,無損評(píng)價(jià)),一般統(tǒng)稱為無損檢測(cè)。因?yàn)闊o損評(píng)價(jià)已經(jīng)包含了無損探傷和無損檢測(cè)的內(nèi)容, 而且其含義更加深刻,更具有綜合性,因此,目前,國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已逐步從NDI和NDT向NDE過渡。無損檢測(cè)已成為控制飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)零件的質(zhì)量,保證飛機(jī)安全飛行的重要技術(shù)手段。它已從單純的檢測(cè)發(fā)展到飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)零件的安全使用壽命進(jìn)行評(píng)估。從一定角度上說, 無損檢測(cè)的發(fā)展水平反映了航空維修的發(fā)展水平。
1.常規(guī)無損檢測(cè)在航空維修中的應(yīng)用
1.1 渦流檢測(cè)
渦流檢測(cè)是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)的無損檢測(cè)技術(shù),只適用于導(dǎo)電材料的檢測(cè),主要應(yīng)用于金屬材料和少數(shù)非金屬材料如石墨、碳纖維復(fù)合材料等的無損檢測(cè)。它具有不需要耦合劑,可進(jìn)行非接觸測(cè)量,于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)；能在高溫、高速下進(jìn)行檢測(cè)；能進(jìn)行多種測(cè)量且能對(duì)疲勞裂紋進(jìn)行監(jiān)控；工藝簡(jiǎn)單、操作容易和檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)具有只適合于導(dǎo)電材料表面和近表面的檢測(cè)；難以判斷缺陷的種類、形狀和大小; 干擾因素多和需要特殊的信號(hào)處理技術(shù)等缺點(diǎn)。
在飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種金屬零件,使用中產(chǎn)生的裂紋90%以上是在零件的表面。用渦流探傷法探測(cè)這些裂紋,不僅可靠性高,而且不需要清除零件表面的油脂、積碳和保護(hù)層,多數(shù)可進(jìn)行原位檢測(cè),因此,渦流探傷法在航空維修中應(yīng)用也是比較廣泛的。主要對(duì)飛機(jī)中的發(fā)動(dòng)機(jī)二級(jí)渦輪葉片葉背榫槽內(nèi)裂紋、飛機(jī)輪轂大固定輪緣裂紋和非磁性材料的緊固螺栓孔內(nèi)壁裂紋等進(jìn)行檢測(cè)。
1.2 超聲檢測(cè)
超聲檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是僅需從一側(cè)接近試件,可對(duì)金屬、非金屬和復(fù)合材料進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)確定內(nèi)部缺陷的大小、位置、取向、埋深和性質(zhì)等參量較之其它方法有綜合優(yōu)勢(shì)；所用參數(shù)設(shè)置及有關(guān)波形均可存儲(chǔ)供以后調(diào)用；對(duì)裂紋、夾層、折疊和未焊透等類型的缺陷具有很高的檢測(cè)能力；適應(yīng)性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度高、對(duì)人體無害；使用靈活、設(shè)備輕巧,適合在野外和水下等各種環(huán)境下工作,并能對(duì)正在運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行在役檢測(cè)。但是對(duì)于球狀缺陷,如氣孔,如果氣孔不是很大或不是較密集,超聲檢測(cè)就難以獲得足夠回波,這一點(diǎn)與X射線檢測(cè)方法剛好相反。另外它難以識(shí)別缺陷的種類,但可檢測(cè)表面裂紋的深度。超聲檢測(cè)可以對(duì)飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼的主結(jié)合螺栓和前結(jié)合螺栓的疲勞裂紋,主起落架輪轂裂紋,飛機(jī)平頭、平鍵頭和鉚釘桿上的裂紋,前起落架旋轉(zhuǎn)臂焊縫裂紋,主起落架活塞桿焊縫裂紋,機(jī)翼-肋中與主梁連接螺栓上支壁,飛機(jī)主起落架輪轂軸套根部疲勞裂紋,發(fā)動(dòng)機(jī)一級(jí)壓縮器葉片裂紋,發(fā)動(dòng)機(jī)放氣帶上的裂紋以及主液壓油泵出口導(dǎo)管的裂紋等進(jìn)行檢測(cè),采用的檢測(cè)方法有縱波法、橫波法、表面波法和板波法等。
1.3 磁粉檢測(cè)
磁粉檢測(cè)是利用磁現(xiàn)象來檢測(cè)鐵磁材料工件表面及其近表面缺陷的一種無損檢測(cè)方法。磁粉檢測(cè)的檢測(cè)靈敏度高，可檢測(cè)的最小缺陷寬度可達(dá)0.1mm,并且實(shí)用性好、效率高、成本低等。
1.4 射線檢測(cè)
射線檢測(cè)原理是當(dāng)其穿過物質(zhì)時(shí)，因被物質(zhì)吸收或者是散射，江都會(huì)發(fā)生衰減。衰減程度與物質(zhì)的性質(zhì)和厚度有關(guān)，密度和厚度越大，衰減就越大。若被被檢測(cè)件有孔洞等缺陷，透過缺陷處的射線強(qiáng)度就越大，進(jìn)而使射線膠片處的曝光量就增多，暗室處理后呈現(xiàn)較黑的缺陷影像，從而達(dá)到檢驗(yàn)零件內(nèi)部質(zhì)量的目的。該方法能準(zhǔn)確可靠地顯示出材料的內(nèi)部缺陷，但是該檢測(cè)方法的過程較復(fù)雜，周期長(zhǎng)且需要嚴(yán)格的防護(hù)措施。
1.5 滲透檢測(cè)
習(xí)慣上又稱其為滲透探傷，就是把被測(cè)件的構(gòu)件表面處理干凈后，使?jié)B透液與受檢測(cè)件表面接觸，由于毛細(xì)作用，滲透液將滲透到表面開口的細(xì)小缺陷中去。然后去除零件表面殘存的滲透液，再用顯像劑吸出已滲透到缺陷中去滲透液，從而在零件表面顯出損傷或缺陷的圖像。凡是用鋁合金、鎂合金、耐熱合金制成的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，在大修或者是檢修時(shí)，一般都采用熒光法來檢測(cè)其表面的損傷。
2.無損檢測(cè)新技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用
2.1 無損檢測(cè)新技術(shù)簡(jiǎn)介
2.1.1 激光全息檢測(cè)
物體在受到外界載荷作用下會(huì)產(chǎn)生變形,這種變形與物體表面和內(nèi)部缺陷直接相關(guān),在不同的外界載荷條件下,物體表面變形的程度是不同的。激光全息照相是將物體表面和內(nèi)部缺陷,通過外界加載的方法,使其在相應(yīng)的物體表面造成局部的變形,用全息照相來觀察和比較這種變形,并記錄在不同外界載荷作用下的物體表面的變形情況,進(jìn)行觀察和分析,然后判斷物體表面和內(nèi)部是否存在缺陷。
2.1.2微波檢測(cè)
通過測(cè)量微波基本參數(shù)如微波幅度、頻率和相位的變化,來表征被檢測(cè)材料或物體內(nèi)部的微波反射、透射、衍射、干涉和腔體微繞等物理特性的改變,以及微波作用于被檢測(cè)材料時(shí)的介電常數(shù)的損耗正切角的相對(duì)變化,從而判斷其是否存在缺陷。
2.1.3 紅外檢測(cè)
,材料、裝備及工程結(jié)構(gòu)等運(yùn)行中的熱狀態(tài)是反映其運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要方面,熱狀態(tài)的變化和異常,往往是確定被檢對(duì)象的實(shí)際工作狀態(tài)和判斷其可靠性的重要依據(jù)。因此紅外檢測(cè)被廣泛應(yīng)用。
2.1.4 聲發(fā)射檢測(cè)
聲發(fā)射檢測(cè)是一種動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)方法,由于聲發(fā)射信號(hào)來自缺陷本身,因此根據(jù)它的強(qiáng)弱可以判斷缺陷的嚴(yán)重性。一個(gè)同樣大小、同樣性質(zhì)的缺陷,當(dāng)它所處的位置和所受的應(yīng)力狀態(tài)不同時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷程度也不同,所以它的聲發(fā)射特征也有差別。明確了來自缺陷的聲發(fā)射信號(hào),就可以長(zhǎng)期連續(xù)地監(jiān)視帶缺陷的設(shè)備運(yùn)行的安全性,這是其它無損檢測(cè)方法難以實(shí)現(xiàn)的。除極少數(shù)材料外,金屬和非金屬材料在一定的條件下都有聲發(fā)射現(xiàn)象,所以,聲發(fā)射檢測(cè)幾乎不受材料限制。結(jié)構(gòu)或部件的缺陷在萌生之初就有聲發(fā)射現(xiàn)象,因此,只要及時(shí)檢測(cè)聲發(fā)射信號(hào),根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱就可以判斷缺陷的嚴(yán)重程度,聲發(fā)射檢測(cè)的靈敏度較高,可以顯示十分之一毫米數(shù)量級(jí)的裂紋增量,并能進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和報(bào)警。利用多通道聲發(fā)射裝置,可以對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行定位。聲發(fā)射檢測(cè)主要應(yīng)用在監(jiān)控領(lǐng)域中。在現(xiàn)代的波音747飛機(jī)和KC-135飛機(jī)機(jī)翼上都采用了聲發(fā)射監(jiān)控技術(shù)。美國(guó)麥克萊蘭基地曾用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)了F-111,通過對(duì)機(jī)翼、前起落架和尾鉤等部位進(jìn)行拉伸產(chǎn)生應(yīng)力,以及讓機(jī)頭和機(jī)尾在7.5g條件下向下產(chǎn)生應(yīng)力,進(jìn)行檢測(cè)獲得了很好的效果。美國(guó)準(zhǔn)備將其列為對(duì)老齡飛機(jī)的檢測(cè)方法之一。我國(guó)空軍研究所對(duì)國(guó)產(chǎn)殲擊機(jī)機(jī)翼主梁下凹緣航前及航后1~13個(gè)螺栓孔,以及16框的D螺栓和角撐這些關(guān)鍵部位的疲勞裂紋形成和擴(kuò)展進(jìn)行了聲發(fā)射監(jiān)測(cè)。在疲勞試驗(yàn)進(jìn)行到近5000飛行小時(shí)時(shí),較好地預(yù)報(bào)出了長(zhǎng)度約為0.5mm裂紋的萌生。美國(guó)C-5A運(yùn)輸機(jī)及澳大利亞的MB-326型噴氣教練機(jī),在應(yīng)用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)之后,也取得了滿意的效果。
聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)也是地面有效的無損檢測(cè)方法,用以檢測(cè)結(jié)構(gòu)缺陷位置和損傷程度,如檢測(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)的腐蝕、復(fù)合材料的缺陷和質(zhì)量等。
2.1.5 光纖檢測(cè)
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷與普通材料結(jié)構(gòu)不同,在結(jié)構(gòu)表面可能看不出損傷跡象,甚至用X射線和超聲分層掃描也探測(cè)不到。利用埋入復(fù)合材料內(nèi)部的光纖敏感網(wǎng)絡(luò),配合適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)方法能夠較好地對(duì)復(fù)合材料內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并確定材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的位置和程度,監(jiān)視損傷區(qū)域的擴(kuò)展,從而為材料結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)、維修及自我修復(fù)提供準(zhǔn)確信息。而空心光纖傳感技術(shù)不僅能對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行自診斷,還能對(duì)其損傷進(jìn)行自修復(fù)?？招墓饫w具有通用光纖的特性和應(yīng)用性能,它也是由纖芯、包層和涂敷層組成,只不過其纖芯內(nèi)部是空心的,因而使其具有一些特殊的性能,當(dāng)空心處注滿膠液后,光在光纖中的傳播就會(huì)因膠液而產(chǎn)生相互作用,這對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)尤為重要；另一方面,膠液對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的損傷、斷裂可以進(jìn)行適時(shí)修復(fù)。空心光纖傳感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是,由于光纖本身被埋入或編織在基體結(jié)構(gòu)中,隨基體結(jié)構(gòu)一起感受應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng),因此使得實(shí)時(shí)、在線、主動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制容易實(shí)現(xiàn)。此外,該技術(shù)還有一個(gè)突出
優(yōu)點(diǎn)是具有一定程度的自修復(fù)能力。
2.1.6 高頻機(jī)械阻抗技術(shù)
是近年來發(fā)展的無損檢測(cè)新技術(shù),它將智能材料特性與波動(dòng)理論相結(jié)合,運(yùn)用阻抗信息對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè),其基本思想是,如果結(jié)構(gòu)中存在一些缺陷,如裂紋、孔和腐蝕等,則結(jié)構(gòu)的機(jī)械阻抗將會(huì)發(fā)生變化,通過在動(dòng)力作用頻率范圍內(nèi)測(cè)試該變化可判斷缺陷和損傷程度。通常,機(jī)械阻抗的直接測(cè)試比較困難的,但在該技術(shù)中,將低功率的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(PZT)片作為驅(qū)動(dòng)器和傳感器固結(jié)在結(jié)構(gòu)上,利用PZT的機(jī)電耦合特性以及PZT與結(jié)構(gòu)的相互作用,可將結(jié)構(gòu)的機(jī)械阻抗通過與結(jié)構(gòu)結(jié)合體的電阻抗反映出來。該技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是對(duì)結(jié)構(gòu)的微小缺陷和表面缺陷敏感，且可使較小的壓電傳感器地固定在待測(cè)結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。
2.2 新技術(shù)在航空維修中的典型應(yīng)用
聲發(fā)射-直升機(jī)健康狀態(tài)和使用監(jiān)控系統(tǒng)AEHUMS是一種用于直升機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中檢測(cè)損傷的裝置。該系統(tǒng)由SH-60動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)研制而來。數(shù)據(jù)表明AE-HUMS系統(tǒng)有能力檢測(cè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中不同部件的多種損傷過程,能估算相對(duì)損傷危害度及識(shí)別損傷進(jìn)展,如裂紋擴(kuò)展等。現(xiàn)在的無損檢測(cè)技術(shù),象超聲波、渦流和射線檢測(cè)技術(shù)要求由經(jīng)過培訓(xùn)的技術(shù)人員花費(fèi)很多時(shí)間尋找有變化的區(qū)域,且經(jīng)常分解機(jī)架結(jié)構(gòu)以確定裂紋位置和長(zhǎng)度。目前,檢測(cè)位置和間隔必須依據(jù)以前的缺陷統(tǒng)計(jì)特征。然后必須在所有位置進(jìn)行掃描來確定是否有真正的缺陷存在。使用聲發(fā)射允許通過裂紋擴(kuò)展聲音識(shí)別點(diǎn)來檢測(cè)。全尺寸疲勞試驗(yàn)(FSFT)是依據(jù)在實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)預(yù)先加載與服役中一樣的循環(huán)載荷原理。試驗(yàn)的自動(dòng)加載系統(tǒng)在比實(shí)際運(yùn)行服役短很多的時(shí)間段內(nèi)提供很多次載荷循環(huán)。因?yàn)閺?qiáng)迫缺陷擴(kuò)展,在維修時(shí)要和實(shí)際操作規(guī)程一樣。這個(gè)試驗(yàn)全部目的是確定疲勞臨界位置和在這些位置上疲勞壽命和裂紋擴(kuò)展特征。FSFT的方面是載荷模式,即疲勞載荷譜依據(jù)于實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。在早期產(chǎn)品階段完成全尺寸試驗(yàn)通常使用很低危害的疲勞載荷譜,期望的飛行使用壽命也比現(xiàn)在要求機(jī)架壽命短。這導(dǎo)致要保持舊的飛機(jī)正常飛行就要求越來越多的FSFT。
3.無損檢測(cè)技術(shù)在航空維修中的發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)當(dāng)今的航空維修檢測(cè)技術(shù)與國(guó)家相比還有一定的差距,雖然近年來有了較迅猛的發(fā)展,然而在檢測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的高、精、尖技術(shù)上還是需要進(jìn)一步加強(qiáng),尤其在機(jī)內(nèi)自檢測(cè)方面應(yīng)確保在飛機(jī)上得到實(shí)際應(yīng)用,還要不斷提高數(shù)據(jù)收集與處理系統(tǒng)的精度,逐步實(shí)現(xiàn)收集及分析過程的自動(dòng)化,以保證檢測(cè)技術(shù)的高速發(fā)展。直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)零部件和新材料、新結(jié)構(gòu)的原位檢測(cè)有效性和可靠性離不開的智能化探測(cè)設(shè)備,特別是在外場(chǎng),更適合采用便攜式和移動(dòng)式設(shè)備,現(xiàn)在超聲成像、渦流成像和射線CT等計(jì)算機(jī)智能控制設(shè)備為缺陷的探測(cè)和評(píng)定提供了有效手段。直升機(jī)損傷檢測(cè)正由常規(guī)NDT技術(shù)向新技術(shù)(如聲發(fā)射、紅外和激光全息照相等)發(fā)展,從工藝上,由離位靜態(tài)檢測(cè)向原位靜態(tài)檢測(cè)和原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方向發(fā)展；從設(shè)備上,將計(jì)算機(jī)控制和信號(hào)處理相結(jié)合,由儀表指示向數(shù)字式和視頻圖像等方向發(fā)展；從檢測(cè)理論上,由損傷定位向損傷定量和定性及可靠性評(píng)定方向發(fā)展；從人員上,向?qū)I(yè)化、高學(xué)歷、高層次及復(fù)合型方向發(fā)展。這些都正在極大地推動(dòng)著航空維修質(zhì)量的提高。
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