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摘要:介绍了无损检测技术的发展和现状,给出了目前常用的无损检测方法,着重分析无损检测在航空维修中的应用,重点介绍了涡流检测技术和超声波检测技术,并对当前无损检测新技术作了详细的分析,最后,对航空维修中无损检测的发展趋势作了展望。
关键词:无损检测;航空维修;声发射
中图分类号:TG115.28文献标识码:A
20世纪70年代和90年代是国际无损检测技术发展的兴旺时期,其特点是计算机技术不断向无损检测领域渗透,无损检测本身的新方法和新技术不断出现,使得无损检测仪器的改进得到很大提高。随着新型材料的出现,如复合材料、胶接结构、陶瓷材料、非晶态合金、各种功能材料和记忆合金等,还必须不断研究新的无损检测仪器和方法,以满足对这些材料进行高精度和高灵敏度无损检测的需要。无损检测的发展经历了三个阶段,即NDI(Nondestructive Inspection,无损探伤), NDT (Nondestructive Testing,无损检测)和NDE (Nondestructive Evaluation,无损评价),一般统称为无损检测。因为无损评价已经包含了无损探伤和无损检测的内容,而且其含义更加深刻,更具有综合性, 因此,目前,国外工业发达国家已逐步从NDI和NDT向NDE过渡。
无损检测已成为控制飞机和发动机零件的质量,保证飞机安全飞行的重要技术手段。它已从单纯的檢测发展到对飞机和发动机零件的安全使用寿命进行评估。从一定角度上说,无损检测的发展水平反映了航空维修的发展水平。
1常规无损检测在航空维修中的应用[1,2]
涡流检测
涡流检测是以电磁感应为基础的无损检测技术,只适用于导电材料的检测,主要应用于金属材料和少数非金属材料如石墨、碳纤维复合材料等的无损检测。它具有不需要耦合剂,可进行非接触测量,易于实现自动化检测;能在高温、高速下进行检测;能进行多种测量且能对疲劳裂纹进行监控;工艺简单、操作容易和检测速度快等优点。同时具有只适合于导电材料表面和近表面的检测;难以判断缺陷的种类、形状和大小;干扰因素多和需要特殊的信号处理技术等缺点。在飞机和航空发动机上的各种金属零件,使用中产生的裂纹90%以上是在零件的表面。用涡流探伤法探测这些裂纹,不仅可靠性高,而且不需要清除零件表面的油脂、积碳和保护层,多数可进行原位检测,因此,涡流探伤法在航空维修中应用也是比较广泛的。主要对飞机中的发动机二级涡轮叶片叶背第一榫槽内裂纹、飞机轮毂大固定轮缘裂纹和非磁性材料的紧固螺栓孔内壁裂纹等进行检测。
1.2超声检测
超声检测可以对飞机机身和机翼的主结合螺栓和前结合螺栓的疲劳裂纹,主起落架轮毂裂纹,飞机平头、平键头和铆钉杆上的裂纹,前起落架旋转臂焊缝裂纹,主起落架活塞杆焊缝裂纹,机翼-肋中与主梁连接螺栓上支壁,飞机主起落架轮毂轴套根部疲劳裂纹,发动机一级压缩器叶片裂纹,发动机放气带上的裂纹以及主液压油泵出口导管的裂纹等进行检测,采用的检测方法有纵波法、横波法、表面波法和板波法等。
无损检测新技术在航空维修中的应用
2.1激光全息检测
物体在受到外界载荷作用下会产生变形,这种变形与物体表面和内部缺陷直接相关,在不同的外界载荷条件下,物体表面变形的程度是不同的。激光全息照相是将物体表面和内部缺陷,通过外界加载的方法,使其在相应的物体表面造成局部的变形,用全息照相来观察和比较这种变形,并记录在不同外界载荷作用下的物体表面的变形情况,进行观察和分析,然后判断物体表面和内部是否存在缺陷。
2.2微波检测
通过测量微波基本参数如微波幅度、频率和相位的变化,来表征被检测材料或物体内部的微波反射、透射、衍射、干涉和腔体微绕等物理特性的改变,以及微波作用于被检测材料时的介电常数的损耗正切角的相对变化,从而判断其是否存在缺陷。
2.3红外检测
众所周知,材料、装备及工程结构等运行中的热状态是反映其运行状态的一个重要方面,热状态的变化和异常,往往是确定被检对象的实际工作状态和判断其可靠性的重要依据。
2.4声发射检测[3,4]
声发射检测是一种动态无损检测方法,由于声发射信号来自缺陷本身,因此根据它的强弱可以判断缺陷的严重性。一个同样大小、同样性质的缺陷,当它所处的位置和所受的应力状态不同时,对结构的损伤程度也不同,所以它的声发射特征也有差别明确了来自缺陷的声发射信号,就可以长期连续地监视带缺陷的设备运行的安全性,这是其它无损检测方法难以实现的。除极少数材料外,金属和非金属材料在一定的条件下都有声发射现象,所以,声发射检测几乎不受材料限制。结构或部件的缺陷在萌生之初就有声发射现象,因此,只要及时检测声发射信号,根据信号的强弱就可以判断缺陷的严重程度,声发射检测的灵敏度较高,可以显示10-1mm数量级的裂纹增量,并能进行实时预测和报警。利用多通道声发射装置,可以对声发射源进行定位。
无损检测技术在航空维修中的发展趋势[5]
我国当今的航空维修检测技术与世界先进国相比还有一定的差距,虽然近年来有了较迅猛的展,然而在检测领域内的高、精、尖技术上还是需要进一步加强,尤其在机内自检测方面应确保在飞上得到实际应用,还要不断提高数据收集与处理统的精度,逐步实现收集及分析过程的自动化,以证检测技术的高速发展。直升机机体结构零部件和新材料、新结构的原位检测有效性和可靠性离不开先进的智能化探测设备,特别是在外场,更适合采用便携式和移动式设备,现在超声成像、涡流成像和射线CT等计算机智能控制设备为缺陷的探测和评定提供了有效手段。直升机损伤检测正由常规NDT技术向新技术(如声发射、红外和激光全息照相等)发展,从工艺上,由离位静态检测向原位静态检测和原位动态监测方向发展;从设备上,将计算机控制和信号处理相结合,由仪表指示向数字式和视频图像等方向发展;从检测理论上,由损伤定位向损伤定量和定性及可靠性评定方向发展;从人员上,向专业化、高学历、高层次及复合型方向发展。这些正极大地推动着航空维修质量的提高。
参考文献：
[1]孙金立.无损检测及在航空维修中的应用[M].北京:国防工业出版社,2004.
[2]王仲生.无损检测诊断现场实用技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[3]张凤林,韩维.声发射技术在航空领域的应用研究[J].无损检测,2000,22(4):157-161.
[4]耿荣生.声发射技术发展现状-学会成立20周年回顾[J].无损检测,1998,20(6):151-154.
[5]王慧文.光纤传感技术与应用[M].北京:国防工业出版社,2001.
关键词:无损检测;航空维修;声发射
中图分类号:TG115.28文献标识码:A
20世纪70年代和90年代是国际无损检测技术发展的兴旺时期,其特点是计算机技术不断向无损检测领域渗透,无损检测本身的新方法和新技术不断出现,使得无损检测仪器的改进得到很大提高。随着新型材料的出现,如复合材料、胶接结构、陶瓷材料、非晶态合金、各种功能材料和记忆合金等,还必须不断研究新的无损检测仪器和方法,以满足对这些材料进行高精度和高灵敏度无损检测的需要。无损检测的发展经历了三个阶段,即NDI(Nondestructive Inspection,无损探伤), NDT (Nondestructive Testing,无损检测)和NDE (Nondestructive Evaluation,无损评价),一般统称为无损检测。因为无损评价已经包含了无损探伤和无损检测的内容,而且其含义更加深刻,更具有综合性, 因此,目前,国外工业发达国家已逐步从NDI和NDT向NDE过渡。
无损检测已成为控制飞机和发动机零件的质量,保证飞机安全飞行的重要技术手段。它已从单纯的檢测发展到对飞机和发动机零件的安全使用寿命进行评估。从一定角度上说,无损检测的发展水平反映了航空维修的发展水平。
1常规无损检测在航空维修中的应用[1,2]
涡流检测
涡流检测是以电磁感应为基础的无损检测技术,只适用于导电材料的检测,主要应用于金属材料和少数非金属材料如石墨、碳纤维复合材料等的无损检测。它具有不需要耦合剂,可进行非接触测量,易于实现自动化检测;能在高温、高速下进行检测;能进行多种测量且能对疲劳裂纹进行监控;工艺简单、操作容易和检测速度快等优点。同时具有只适合于导电材料表面和近表面的检测;难以判断缺陷的种类、形状和大小;干扰因素多和需要特殊的信号处理技术等缺点。在飞机和航空发动机上的各种金属零件,使用中产生的裂纹90%以上是在零件的表面。用涡流探伤法探测这些裂纹,不仅可靠性高,而且不需要清除零件表面的油脂、积碳和保护层,多数可进行原位检测,因此,涡流探伤法在航空维修中应用也是比较广泛的。主要对飞机中的发动机二级涡轮叶片叶背第一榫槽内裂纹、飞机轮毂大固定轮缘裂纹和非磁性材料的紧固螺栓孔内壁裂纹等进行检测。
1.2超声检测
超声检测可以对飞机机身和机翼的主结合螺栓和前结合螺栓的疲劳裂纹,主起落架轮毂裂纹,飞机平头、平键头和铆钉杆上的裂纹,前起落架旋转臂焊缝裂纹,主起落架活塞杆焊缝裂纹,机翼-肋中与主梁连接螺栓上支壁,飞机主起落架轮毂轴套根部疲劳裂纹,发动机一级压缩器叶片裂纹,发动机放气带上的裂纹以及主液压油泵出口导管的裂纹等进行检测,采用的检测方法有纵波法、横波法、表面波法和板波法等。
无损检测新技术在航空维修中的应用
2.1激光全息检测
物体在受到外界载荷作用下会产生变形,这种变形与物体表面和内部缺陷直接相关,在不同的外界载荷条件下,物体表面变形的程度是不同的。激光全息照相是将物体表面和内部缺陷,通过外界加载的方法,使其在相应的物体表面造成局部的变形,用全息照相来观察和比较这种变形,并记录在不同外界载荷作用下的物体表面的变形情况,进行观察和分析,然后判断物体表面和内部是否存在缺陷。
2.2微波检测
通过测量微波基本参数如微波幅度、频率和相位的变化,来表征被检测材料或物体内部的微波反射、透射、衍射、干涉和腔体微绕等物理特性的改变,以及微波作用于被检测材料时的介电常数的损耗正切角的相对变化,从而判断其是否存在缺陷。
2.3红外检测
众所周知,材料、装备及工程结构等运行中的热状态是反映其运行状态的一个重要方面,热状态的变化和异常,往往是确定被检对象的实际工作状态和判断其可靠性的重要依据。
2.4声发射检测[3,4]
声发射检测是一种动态无损检测方法,由于声发射信号来自缺陷本身,因此根据它的强弱可以判断缺陷的严重性。一个同样大小、同样性质的缺陷,当它所处的位置和所受的应力状态不同时,对结构的损伤程度也不同,所以它的声发射特征也有差别明确了来自缺陷的声发射信号,就可以长期连续地监视带缺陷的设备运行的安全性,这是其它无损检测方法难以实现的。除极少数材料外,金属和非金属材料在一定的条件下都有声发射现象,所以,声发射检测几乎不受材料限制。结构或部件的缺陷在萌生之初就有声发射现象,因此,只要及时检测声发射信号,根据信号的强弱就可以判断缺陷的严重程度,声发射检测的灵敏度较高,可以显示10-1mm数量级的裂纹增量,并能进行实时预测和报警。利用多通道声发射装置,可以对声发射源进行定位。
无损检测技术在航空维修中的发展趋势[5]
我国当今的航空维修检测技术与世界先进国相比还有一定的差距,虽然近年来有了较迅猛的展,然而在检测领域内的高、精、尖技术上还是需要进一步加强,尤其在机内自检测方面应确保在飞上得到实际应用,还要不断提高数据收集与处理统的精度,逐步实现收集及分析过程的自动化,以证检测技术的高速发展。直升机机体结构零部件和新材料、新结构的原位检测有效性和可靠性离不开先进的智能化探测设备,特别是在外场,更适合采用便携式和移动式设备,现在超声成像、涡流成像和射线CT等计算机智能控制设备为缺陷的探测和评定提供了有效手段。直升机损伤检测正由常规NDT技术向新技术(如声发射、红外和激光全息照相等)发展,从工艺上,由离位静态检测向原位静态检测和原位动态监测方向发展;从设备上,将计算机控制和信号处理相结合,由仪表指示向数字式和视频图像等方向发展;从检测理论上,由损伤定位向损伤定量和定性及可靠性评定方向发展;从人员上,向专业化、高学历、高层次及复合型方向发展。这些正极大地推动着航空维修质量的提高。
参考文献：
[1]孙金立.无损检测及在航空维修中的应用[M].北京:国防工业出版社,2004.
[2]王仲生.无损检测诊断现场实用技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[3]张凤林,韩维.声发射技术在航空领域的应用研究[J].无损检测,2000,22(4):157-161.
[4]耿荣生.声发射技术发展现状-学会成立20周年回顾[J].无损检测,1998,20(6):151-154.
[5]王慧文.光纤传感技术与应用[M].北京:国防工业出版社,2001.