無(wú)損檢測技術(shù)（NDT）是一門(mén)新興的綜合性應用科學(xué)，它以不改變被測對象的狀態(tài)和使用性能為前提，應用物理和化學(xué)的性質(zhì)，應用物理和化學(xué)理論，對各種工程材料，零部件和產(chǎn)品進(jìn)行有效的檢測和測試，借以評價(jià)它們的完整性、連續性、安全可靠性和力學(xué)、物理性能等。因此，無(wú)損檢測不會(huì )對構件造成任何損傷，并且能夠對產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)施監控，防止因產(chǎn)品失效引起的災難性后果。就目前來(lái)講，無(wú)損檢測技術(shù)在航空航天、機械制造、核能電力等行業(yè)獲得廣泛的應用。

  20世紀70年代和90年代是國際無(wú)損檢測技術(shù)發(fā)展的興旺時(shí)期，其特點(diǎn)是計算機技術(shù)不斷向無(wú)損檢測領(lǐng)域滲透，無(wú)損檢測本身的新方法和新技術(shù)不斷出現，使得無(wú)損檢測儀器的改進(jìn)得到了很大的提高。隨著(zhù)新型材料的出現，如復合材料、膠接結構、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(wú)損檢測儀器和方法，以滿(mǎn)足對這些材料進(jìn)行高精度和高靈敏度無(wú)損檢測的需要。無(wú)損檢測的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即NDI(Nondestructive Inspection,無(wú)損探傷),NDT(Nondestructive Testing,無(wú)損檢測)和NDE(Nondestructive Evaluation,無(wú)損評價(jià)),一般統稱(chēng)為無(wú)損檢測。因為無(wú)損評價(jià)已經(jīng)包含了無(wú)損探傷和無(wú)損檢測的內容, 而且其含義更加深刻,更具有綜合性,因此,目前,國外工業(yè)發(fā)達國家已逐步從NDI和NDT向NDE過(guò)渡。無(wú)損檢測已成為控制飛機和發(fā)動(dòng)機零件的質(zhì)量,保證飛機安全飛行的重要技術(shù)手段。它已從單純的檢測發(fā)展到飛機和發(fā)動(dòng)機零件的安全使用壽命進(jìn)行評估。從一定角度上說(shuō), 無(wú)損檢測的發(fā)展水平反映了航空維修的發(fā)展水平。

1.常規無(wú)損檢測在航空維修中的應用

1.1 渦流檢測

  渦流檢測是以電磁感應為基礎的無(wú)損檢測技術(shù),只適用于導電材料的檢測,主要應用于金屬材料和少數非金屬材料如石墨、碳纖維復合材料等的無(wú)損檢測。它具有不需要耦合劑,可進(jìn)行非接觸測量,于實(shí)現自動(dòng)化檢測；能在高溫、高速下進(jìn)行檢測；能進(jìn)行多種測量且能對疲勞裂紋進(jìn)行監控；工藝簡(jiǎn)單、操作容易和檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)具有只適合于導電材料表面和近表面的檢測；難以判斷缺陷的種類(lèi)、形狀和大小; 干擾因素多和需要特殊的信號處理技術(shù)等缺點(diǎn)。

  在飛機和航空發(fā)動(dòng)機上的各種金屬零件,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、積碳和保護層,多數可進(jìn)行原位檢測,因此,渦流探傷法在航空維修中應用也是比較廣泛的。主要對飛機中的發(fā)動(dòng)機二級渦輪葉片葉背榫槽內裂紋、飛機輪轂大固定輪緣裂紋和非磁性材料的緊固螺栓孔內壁裂紋等進(jìn)行檢測。

1.2 超聲檢測

  超聲檢測的優(yōu)點(diǎn)是僅需從一側接近試件,可對金屬、非金屬和復合材料進(jìn)行檢測；對確定內部缺陷的大小、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；所用參數設置及有關(guān)波形均可存儲供以后調用；對裂紋、夾層、折疊和未焊透等類(lèi)型的缺陷具有很高的檢測能力；適應性強、檢測靈敏度高、對人體無(wú)害；使用靈活、設備輕巧,適合在野外和水下等各種環(huán)境下工作,并能對正在運行的設備進(jìn)行在役檢測。但是對于球狀缺陷,如氣孔,如果氣孔不是很大或不是較密集,超聲檢測就難以獲得足夠回波,這一點(diǎn)與X射線(xiàn)檢測方法剛好相反。另外它難以識別缺陷的種類(lèi),但可檢測表面裂紋的深度。超聲檢測可以對飛機機身和機翼的主結合螺栓和前結合螺栓的疲勞裂紋,主起落架輪轂裂紋,飛機平頭、平鍵頭和鉚釘桿上的裂紋,前起落架旋轉臂焊縫裂紋,主起落架活塞桿焊縫裂紋,機翼-肋中與主梁連接螺栓上支壁,飛機主起落架輪轂軸套根部疲勞裂紋,發(fā)動(dòng)機一級壓縮器葉片裂紋,發(fā)動(dòng)機放氣帶上的裂紋以及主液壓油泵出口導管的裂紋等進(jìn)行檢測,采用的檢測方法有縱波法、橫波法、表面波法和板波法等。

1.3 磁粉檢測

  磁粉檢測是利用磁現象來(lái)檢測鐵磁材料工件表面及其近表面缺陷的一種無(wú)損檢測方法。磁粉檢測的檢測靈敏度高，可檢測的最小缺陷寬度可達0.1mm,并且實(shí)用性好、效率高、成本低等。

1.4 射線(xiàn)檢測

  射線(xiàn)檢測原理是當其穿過(guò)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。若被被檢測件有孔洞等缺陷，透過(guò)缺陷處的射線(xiàn)強度就越大，進(jìn)而使射線(xiàn)膠片處的曝光量就增多，暗室處理后呈現較黑的缺陷影像，從而達到檢驗零件內部質(zhì)量的目的。該方法能準確可靠地顯示出材料的內部缺陷，但是該檢測方法的過(guò)程較復雜，周期長(cháng)且需要嚴格的防護措施。

1.5 滲透檢測

  習慣上又稱(chēng)其為滲透探傷，就是把被測件的構件表面處理干凈后，使滲透液與受檢測件表面接觸，由于毛細作用，滲透液將滲透到表面開(kāi)口的細小缺陷中去。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)機零部件，在大修或者是檢修時(shí)，一般都采用熒光法來(lái)檢測其表面的損傷。

2.無(wú)損檢測新技術(shù)在航空維修中的應用

2.1 無(wú)損檢測新技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1.1 激光全息檢測

  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部缺陷,通過(guò)外界加載的方法,使其在相應的物體表面造成局部的變形,用全息照相來(lái)觀(guān)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(guān)察和分析,然后判斷物體表面和內部是否存在缺陷。

2.1.2微波檢測

  通過(guò)測量微波基本參數如微波幅度、頻率和相位的變化,來(lái)表征被檢測材料或物體內部的微波反射、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材料時(shí)的介電常數的損耗正切角的相對變化,從而判斷其是否存在缺陷。

2.1.3 紅外檢測

  ,材料、裝備及工程結構等運行中的熱狀態(tài)是反映其運行狀態(tài)的一個(gè)重要方面,熱狀態(tài)的變化和異常,往往是確定被檢對象的實(shí)際工作狀態(tài)和判斷其可靠性的重要依據。因此紅外檢測被廣泛應用。

2.1.4 聲發(fā)射檢測

  聲發(fā)射檢測是一種動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測方法,由于聲發(fā)射信號來(lái)自缺陷本身,因此根據它的強弱可以判斷缺陷的嚴重性。一個(gè)同樣大小、同樣性質(zhì)的缺陷,當它所處的位置和所受的應力狀態(tài)不同時(shí),對結構的損傷程度也不同,所以它的聲發(fā)射特征也有差別。明確了來(lái)自缺陷的聲發(fā)射信號,就可以長(cháng)期連續地監視帶缺陷的設備運行的安全性,這是其它無(wú)損檢測方法難以實(shí)現的。除極少數材料外,金屬和非金屬材料在一定的條件下都有聲發(fā)射現象,所以,聲發(fā)射檢測幾乎不受材料限制。結構或部件的缺陷在萌生之初就有聲發(fā)射現象,因此,只要及時(shí)檢測聲發(fā)射信號,根據信號的強弱就可以判斷缺陷的嚴重程度,聲發(fā)射檢測的靈敏度較高,可以顯示十分之一毫米數量級的裂紋增量,并能進(jìn)行實(shí)時(shí)預測和報警。利用多通道聲發(fā)射裝置,可以對聲發(fā)射源進(jìn)行定位。聲發(fā)射檢測主要應用在監控領(lǐng)域中。在現代的波音747飛機和KC-135飛機機翼上都采用了聲發(fā)射監控技術(shù)。美國麥克萊蘭基地曾用聲發(fā)射檢測技術(shù)檢測了F-111,通過(guò)對機翼、前起落架和尾鉤等部位進(jìn)行拉伸產(chǎn)生應力,以及讓機頭和機尾在7.5g條件下向下產(chǎn)生應力,進(jìn)行檢測獲得了很好的效果。美國準備將其列為對老齡飛機的檢測方法之一。我國空軍研究所對國產(chǎn)殲擊機機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展進(jìn)行了聲發(fā)射監測。在疲勞試驗進(jìn)行到近5000飛行小時(shí)時(shí),較好地預報出了長(cháng)度約為0.5mm裂紋的萌生。美國C-5A運輸機及澳大利亞的MB-326型噴氣教練機,在應用聲發(fā)射檢測技術(shù)之后,也取得了滿(mǎn)意的效果。

  聲發(fā)射檢測技術(shù)也是地面有效的無(wú)損檢測方法,用以檢測結構缺陷位置和損傷程度,如檢測蜂窩結構的腐蝕、復合材料的缺陷和質(zhì)量等。

2.1.5 光纖檢測

  復合材料結構內部的損傷與普通材料結構不同,在結構表面可能看不出損傷跡象,甚至用X射線(xiàn)和超聲分層掃描也探測不到。利用埋入復合材料內部的光纖敏感網(wǎng)絡(luò ),配合適當的解調方法能夠較好地對復合材料內部狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測,及時(shí)發(fā)現并確定材料結構內部損傷的位置和程度,監視損傷區域的擴展,從而為材料結構的損傷檢測、維修及自我修復提供準確信息。而空心光纖傳感技術(shù)不僅能對結構損傷進(jìn)行自診斷,還能對其損傷進(jìn)行自修復?？招墓饫w具有通用光纖的特性和應用性能,它也是由纖芯、包層和涂敷層組成,只不過(guò)其纖芯內部是空心的,因而使其具有一些特殊的性能,當空心處注滿(mǎn)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,這對于結構損傷檢測尤為重要；另一方面,膠液對復合材料結構中的損傷、斷裂可以進(jìn)行適時(shí)修復?？招墓饫w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構中,隨基體結構一起感受應力場(chǎng)和應變場(chǎng),因此使得實(shí)時(shí)、在線(xiàn)、主動(dòng)監測和控制容易實(shí)現。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能力。

2.1.6 高頻機械阻抗技術(shù)

  是近年來(lái)發(fā)展的無(wú)損檢測新技術(shù),它將智能材料特性與波動(dòng)理論相結合,運用阻抗信息對結構進(jìn)行損傷檢測,其基本思想是,如果結構中存在一些缺陷,如裂紋、孔和腐蝕等,則結構的機械阻抗將會(huì )發(fā)生變化,通過(guò)在動(dòng)力作用頻率范圍內測試該變化可判斷缺陷和損傷程度。通常,機械阻抗的直接測試比較困難的,但在該技術(shù)中,將低功率的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(PZT)片作為驅動(dòng)器和傳感器固結在結構上,利用PZT的機電耦合特性以及PZT與結構的相互作用,可將結構的機械阻抗通過(guò)與結構結合體的電阻抗反映出來(lái)。該技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是對結構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結構上，實(shí)現在線(xiàn)監測。

2.2 新技術(shù)在航空維修中的典型應用

   聲發(fā)射-直升機健康狀態(tài)和使用監控系統AEHUMS是一種用于直升機動(dòng)力傳動(dòng)系統中檢測損傷的裝置。該系統由SH-60動(dòng)力傳動(dòng)系統獲得的試驗數據研制而來(lái)。數據表明AE-HUMS系統有能力檢測動(dòng)力傳動(dòng)系統中不同部件的多種損傷過(guò)程,能估算相對損傷危害度及識別損傷進(jìn)展,如裂紋擴展等。現在的無(wú)損檢測技術(shù),象超聲波、渦流和射線(xiàn)檢測技術(shù)要求由經(jīng)過(guò)培訓的技術(shù)人員花費很多時(shí)間尋找有變化的區域,且經(jīng)常分解機架結構以確定裂紋位置和長(cháng)度。目前,檢測位置和間隔必須依據以前的缺陷統計特征。然后必須在所有位置進(jìn)行掃描來(lái)確定是否有真正的缺陷存在。使用聲發(fā)射允許通過(guò)裂紋擴展聲音識別點(diǎn)來(lái)檢測。全尺寸疲勞試驗(FSFT)是依據在實(shí)際產(chǎn)品結構預先加載與服役中一樣的循環(huán)載荷原理。試驗的自動(dòng)加載系統在比實(shí)際運行服役短很多的時(shí)間段內提供很多次載荷循環(huán)。因為強迫缺陷擴展,在維修時(shí)要和實(shí)際操作規程一樣。這個(gè)試驗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展特征。FSFT的方面是載荷模式,即疲勞載荷譜依據于實(shí)際運行數據。在早期產(chǎn)品階段完成全尺寸試驗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在要求機架壽命短。這導致要保持舊的飛機正常飛行就要求越來(lái)越多的FSFT。

3.無(wú)損檢測技術(shù)在航空維修中的發(fā)展趨勢

   我國當今的航空維修檢測技術(shù)與國家相比還有一定的差距,雖然近年來(lái)有了較迅猛的發(fā)展,然而在檢測領(lǐng)域內的高、精、尖技術(shù)上還是需要進(jìn)一步加強,尤其在機內自檢測方面應確保在飛機上得到實(shí)際應用,還要不斷提高數據收集與處理系統的精度,逐步實(shí)現收集及分析過(guò)程的自動(dòng)化,以保證檢測技術(shù)的高速發(fā)展。直升機機體結構零部件和新材料、新結構的原位檢測有效性和可靠性離不開(kāi)的智能化探測設備,特別是在外場(chǎng),更適合采用便攜式和移動(dòng)式設備,現在超聲成像、渦流成像和射線(xiàn)CT等計算機智能控制設備為缺陷的探測和評定提供了有效手段。直升機損傷檢測正由常規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)檢測向原位靜態(tài)檢測和原位動(dòng)態(tài)監測方向發(fā)展；從設備上,將計算機控制和信號處理相結合,由儀表指示向數字式和視頻圖像等方向發(fā)展；從檢測理論上,由損傷定位向損傷定量和定性及可靠性評定方向發(fā)展；從人員上,向專(zhuān)業(yè)化、高學(xué)歷、高層次及復合型方向發(fā)展。這些都正在極大地推動(dòng)著(zhù)航空維修質(zhì)量的提高。