老齡飛機結構腐蝕的無損檢測技術分析研究

田云飛 曹宗杰 趙利杰，空軍航空大學航空機械工程系飛機教研室，長春 300；，93846部隊 昌吉 8300

老齡飛機結構腐蝕的無損檢測技術分析研究

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1，空軍航空大學航空機械工程系飛機教研室，長春 130022；2，93846部隊 昌吉 831100

本文針對老齡飛機結構特點，從無損檢測技術使用分析入手，闡明了現階段無損檢測技術在老齡飛機維護方面存在的問題，同時對無損檢測技術的未來發展提出了一些看法和建議。

老齡飛機；無損檢測技術；飛機維護

引言

軍用飛機，尤其是處于沿海地區、重工業地區的腐蝕性環境下，在使用中發現由于腐蝕造成的破壞越來越多，如螺釘銹蝕，蒙皮脫漆、變薄，翼梁緣條發生剝蝕，緊固件及飛機結構上一些重要承力構件出現腐蝕疲勞裂紋等，如圖1。大量飛機的使用情況表明，隨著服役年限增加，其抗腐蝕性能越來越差。由于飛機結構件的裂紋、腐蝕而導致的結構故障是飛機使用過程中所暴露的主要故障形式，嚴重的結構故障會影響飛機的正常使用。

相比新機，老齡飛機由于腐蝕造成的危害要嚴重的多，其原因有以下幾點[1]：

（1）老齡飛機在型號設計上，其防腐的適航標準不如新型飛機考慮的全面周到；

（2）老齡飛機上的防腐涂層、腐蝕抑制劑、密封膠和密封膠帶等其防腐性能都不如現代新型飛機上進過進一步改進的這些材料的性能優越；

（3）老齡飛機一般都經過多次定檢、大修，由于維修水平、設備設施、人員素質等條件的限制，其結構的防腐處理、防腐安裝、防腐加工達不到飛機出廠時的水平，從而造成老齡飛機的腐蝕問題日積月累，部分結構部件得不到復原；

（4）老齡飛機在長期的使用中，材料的機械力學性能會發生衰變，容易發生應力腐蝕開裂和腐蝕疲勞損傷；

（5）老齡飛機服役期長，材料長期處在連續或間斷的腐蝕環境中，其腐蝕破壞程度要比年輕飛機嚴重得多，因為腐蝕的嚴重程度一般都與時間成正比。

圖1 飛機結構的腐蝕損傷

因此，在結構件裂紋、腐蝕發生的初期，比較準確快速的檢測出發生的部位、損傷程度，可以有效的降低對老齡飛機結構的損害，從而降低維護費用，保障飛機的完好率。

1 無損檢測技術在航空維護領域的應用

無損檢測技術[2]（Nondestructive Inspection，NDI），就是利用聲、光、電、磁等與物質的相互作用，在不改變或不影響被檢對象物理、化學及使用性能的前提下，檢測材料、機件和設備(被檢對象）的各種內部和表面缺陷，并判斷其位置、大小、形狀和類型的技術。因此，又稱非破壞性試驗或非破壞性檢測技術。目前用于無損檢測的方法很多。除了5種常規(射線、超聲、磁粉、滲透和渦流）方法外，還有紅外、激光、聲發射、微波，工業CT等檢測方法。

無損檢測技術對保證老齡飛機的飛行安全和結構壽命具有非常重要的意義。通過對結構件的無損監測，能使我們掌握結構件腐蝕損傷發展的規律，可以預防腐蝕損傷的進一步擴展，實現對老齡飛機的腐蝕防護與控制。對于并未參照損傷容限思想設計的老齡飛機來說，廣泛應用無損檢測技術可以有效提高飛機結構完好性，為完成作戰訓練任務提供保障。

在航空維修領域，無損檢測技術的作用，主要表現在：提高了對腐蝕損傷、裂紋的檢測能力。應用無損檢測技術，可以降低檢測到的損傷、裂紋初始尺寸，并能隨時跟蹤檢測損傷的發展，減少了損傷帶來的危害，這等于是增加了使用壽命；無損檢測技術在原位和不破壞被檢對象的基礎上，可以直接在現場進行檢測，降低了工作量，提高了工作效率；同時，還促進了維修思想的發展，由定時維修轉變為視情維修，提高了飛機的腐蝕防護與控制能力。

2 無損檢測技術應用分析

選擇無損檢測方法首先要明確對飛機結構件使用無損檢測的原因。針對老齡飛機結構腐蝕特點，以及其執行飛行訓練、執行任務的特點，應該從以下幾個方面考慮：

確定受檢結構件滿足當前飛行訓練或執行任務所需的技術條件；

確定受檢結構件在未來使用中腐蝕損害程度不會影響任務的執行；

估算已產生腐蝕的結構件的修復費用應低于更換新結構件的費用。

應用無損檢測的原因確定后，選擇無損檢測方法要考慮的主要因素是腐蝕類型、位置以及結構件的尺寸、形狀和材質等。同時，如果要在外場維護中使用，要考慮到無損檢測設備的便攜程度以及現場環境對無損檢測設備的影響等因素。

下面以飛機蒙皮結構為例，來進行無損檢測方法的選擇。老齡飛機通常使用鋁合金板作為制造蒙皮的主要材料，鋁合金具有塑性好的特點，但是其對腐蝕非常敏感，容易發生孔蝕、晶間腐蝕、剝蝕和應力腐蝕。特別是在蒙皮搭接件，由于老齡飛機制造工藝落后，防腐蝕性能差，密封不嚴，間隙大，極易產生縫隙腐蝕和孔蝕。在對部隊飛機進行普查時發現，大部分飛機都存在此類問題，其危險性高，發生部位隱蔽，通常的目視無法檢測，傳統的無損檢測技術檢測效果不理想。通過幾種無損檢測技術的比較優選，可選用紅外無損檢測技術[3、4]對飛機蒙皮內部的腐蝕進行檢測。

紅外檢測（Infrared T esting，IR）是基于輻射原理，通過掃描紀錄或觀察被檢測工件表面上由于缺陷所引起的溫度變化來檢測表面和近表面缺陷的無損檢測方法。該方法主要適用于檢查飛機蒙皮內表面、蒙皮下梁等處隱藏腐蝕和大面積腐蝕的檢測。美國在十多年前就已經開始了對紅外成像技術應用于飛機結構無損檢測方面的研究，對飛機結構件進行檢測，取得了非常理想的效果。圖2為美軍利用紅外成像技術對飛機結構中發生的腐蝕進行檢測，圖2（a）是發現到的剝蝕現象，圖2（b）是檢測到的積水。我國在這方面研究的比較少，只是在近幾年開始了對紅外檢測技術的研究，雖然取得了一定的成果，但是在航空維修領域的廣泛應用還需要一段時間。

3 當前應用無損檢測技術存在的問題

在無損檢測技術的應用上，美軍處在世界的前列位置。美國[5]于1993年2月成立了世界上第一個老齡飛機無損檢測認證中心，專門從事針對老齡飛機的無損檢測技術可靠性和腐蝕損傷概率等方面的研究。美國空軍已將無損檢測技術列為一項長期發展的課題，對無損檢測技術在航空維修領域的發展制訂了長期明確的目標。相比較，我國在軍用飛機領域，還存在很多不足，人員能力水平偏低、檢測技術手段單一等問題制約著無損檢測技術在航空維修領域的發展。

作為老齡飛機腐蝕防護與控制工作中的重要環節，無損檢測技術可以發揮巨大的作用，但在航空兵部隊一線維護工作中的發展和應用水平仍存在不足。出于歷史原因，老齡飛機在設計上存在缺陷，對無損檢測技術存在更高的技術要求；在裝備的使用方面，對無損檢測技術的推廣與國際還存在比較大的差距。現階段無損檢測技術的發展主要有以下幾個方面的問題：

一是對無損檢測人員業務技術的培訓體制不夠完善。無損檢測技術是一項對操作人員技術能力要求較高的技術，為了能夠正確實施以保證被檢對象質量，國際上和我國都規定了從事無損檢測技術工作的人員必須具備一定的學歷和無損檢測工作實踐經歷以及一定的身體條件。我國頒布實施的《GB/ T 9445-2008無損檢測 人員資格鑒定與認證》，就對無損檢測人員能力有了明確的規范。要求無損檢測人員必須經過系統培訓，取得無損檢測資格等級證書后，方可進行無損檢測工作。但是，通過部隊調研可以發現，還有部分人員沒有取得資格證書，或是經過系統的培訓，仍然是以老帶新的傳授模式。雖然成立了短訓班，但是不能滿足部隊現實的需要。這樣就難以保證對飛機結構進行無損檢測的質量，甚至可能引起錯判、誤判的問題發生。

二是無損檢測設備的列裝使用略顯滯后。老齡飛機設計時對可維護性考慮較少，結構件構造復雜，不便于維護工作的開展。通過對部隊的調研可以發現，相比新機，老齡飛機受到的腐蝕損傷更為嚴重，其隱蔽性更強。因此對老齡飛機進行檢測更應引起重視。但是從現階段的情況來看，普遍存在檢測手段單一，檢測設備落后的情況，對飛機結構的檢測，停留在比較初級的階段。對發生在內部的腐蝕，維護人員仍然僅僅依靠目視檢測結合內視鏡的方式，檢測效果不理想，延誤了腐蝕損傷處置的最佳時期，可能引發嚴重的后果。

三是信息的溝通與交流不足。上級機關對于無損檢測設備器材的采購綜合考慮部隊的實際需要不夠，缺乏同部隊的交流；院校及科研單位存在著與部隊信息溝通與交流不足的弊病，導致的后果是剛剛畢業的學員無法直接進行工作，需要重新帶教，直接影響了部隊戰斗力；部隊從事無損檢測技術的人員只會按照一本手冊從事固定部位的檢測，在具體的特殊被檢對象、適宜采用的無損檢測技術方法和工藝方案的選擇上缺乏同兄弟部隊的交流，不了解國外無損檢測技術的新發展、新動態。

4 無損檢測技術在航空維修領域的發展

近年來，空軍裝備迅速發展，大量新機投入現役，但是，應該清醒的認識到：飛機的老化是個不能回避的問題。同時，我軍仍然有大量老齡飛機執行一線訓練作戰任務，保證老齡飛機的完好率對提升部隊戰斗力具有決定性的作用，而無損檢測技術又是保證老齡飛機完好率的重要途徑。為了與空軍裝備現狀和未來發展相適應，全面提高無損檢測水平和維修保障能力，必須重點關注以下發展方向。

4.1 積極開展無損檢測技術研究。掌握先進的無損檢測技術，需要大量人力、物力的投人和技術經驗的積累。首先應該重點發展數字化、智能化的無損檢測設備，考慮便攜性，減少外界環境的影響，以適應外場維護部隊的需要；其次要加強同計算機圖像技術的融合，檢測對象通過計算機成像，使檢測效果更直觀、更可靠、更快捷。

4.2 建立無損檢測指標保障體系。我國空軍雖然在航空無損檢測方面投入了不少經費，但迄今為止還沒有明確的無損檢測保障體系。當一線維護部隊遇到無損檢測難題和需求時，沒有明確的技術指導，只能憑借經驗，進行粗獷式的檢測、維修，這樣被動的工作狀態很難達到使用無損檢測的目的和意義。因此，需要明確的設計一套無損檢測技術的保障體系，包括人員的培訓、儀器設備的購置、消耗器材的補充、探傷方法和探傷設備的研究、探傷規范和標準的制定等。

4.4 進一步規范無損檢測人員的培訓體制。無損檢測人員的培養是無損檢測技術的核心問題。雖然研制并推廣使用無損檢測技術的一個主要目的就是盡量減少人為因素的影響，但無論如何操作人員本身的技術水平和檢測經驗的積累仍對檢測結果的可靠性起到決定作用。因此，在現有無損檢測人員資格標準的基礎上，必須加強對人員培訓體制的正規化建設，堅持實行持證上崗制度。在對人員的培養上，院校應加強同部隊的溝通交流，明確部隊的需求，盡可能地減少二次培訓。

5 結語

同新型飛機相比，老齡飛機由于設計的缺陷，以及制作工藝、材料的限制，必然更容易受到腐蝕的侵蝕。毫不夸張地說，老齡飛機的安危系于無損檢測技術。無損檢測技術的持續發展對提高老齡飛機完好率可以起到關鍵作用，為完成我軍作戰訓練任務打下了良好的基礎。

[1]肖坤周.老齡飛機的腐蝕與控制[J].全面腐蝕控制,2004,18（5）：12～14

[2]林典雄.無損檢測技術的發展及其在航空維修領域應用探討[J].海軍航空工程技術，2007(3）:25～27

[3]N.P.Avdelidis. Transient thermography in the assessment of aircraft composites[J]. NDT of E International, 2003, 36(9）

[4]Gaetano. Low-Cost Non-Destructive Inspection by Simplified Digital Speckle Interferometry[J]. J Nondestruct Eval, 2008, 27:135～142

[5]National Research Council. Final Report: Aging of U.S. Air Force Aircraft. Washinton D.C.: National Academy Press,1997

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.085

田云飛，碩士研究生，研究方向：航空裝備失效分析。