無損檢測技術在航空工業中的應用與發展

摘 要：近年來，隨著我國航空事業蓬勃發展，對航空器安全運行的需求逐漸提高，如何既能實現對航空器的有效檢測、維修，保證其運行安全可靠，又能保證檢測技術不會對航空器產生破壞或者影響其工業生產，成為航空檢測領域重點研究內容，因此航空器的無損檢測技術對航空器的安全使用至關重要。無損檢測技術具有檢測靈敏、無損傷、無破壞等優點，被廣泛應用到航空工業中。文章對當前成熟且應用較廣的幾種無損檢測技術進行了介紹，論述了它們在航空工業中的應用情況，并展望了未來航空工業無損檢測技術的發展趨勢。

關鍵詞：無損檢測；航空工業；應用；發展

1 概述

目前，隨著我國航空事業快速發展，飛機設計和制造中越來越多的運用新的設計理念，大量采用新型材料，以達到減輕重量、增加強度的目的等；而原有的飛機在逐步老化，逐步進入高等級維修階段。如何適應新型材料的檢查，如何確保老齡飛機在持續飛行中保證安全，發揮更大的作用，是目前擺在航空人員面前的一項難題。如何既能實現對航空器的有效檢測，保證其運行安全可靠，又能保證檢測技術不會對航空器產生破壞，成為航空檢測領域重點研究內容，因此無損檢測技術在航空工業中的應用及發展至關重要。

無損檢測技術（NDT）作為一門新興的綜合性學科，廣泛應用于工業生產中用以評價產品質量，預測產品壽命[1]。顧名思義，無損檢測是在不對檢測對象造成破壞的前提下，利用聲、光、電、磁等對缺陷或結構異常的反應變化，對缺陷的位置尺寸、分布及變化做出判斷和評價。無損檢測技術能有效地發現航空器結構的疲勞裂紋、腐蝕、分層和脫膠等，并在材料失效分析中能連續追蹤檢查損傷的發展，因此是航空器設計制造的重要環節，是航空器維修、改裝必須具備的手段，無損檢測工作質量的高低，直接影響到飛機的飛行安全，因此受到越來越多地重視。

2 無損檢測技術的分類及應用

目前比較成熟且應用較廣的無損檢測方法主要有超聲檢測、液體滲透檢測、渦流檢測、磁粉檢測、射線照相檢測、工業CT檢測等[2]。

2.1 超聲檢測技術

超聲檢測（UT）是常見的無損檢測方法之一，振動頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波檢測基本原理是：超聲波檢測中，最常用的方法是脈沖反射法，最常用的是0.5MHz-10MHz的聲波，這種聲波穿透能力強，當它在材料中以一定的角度和速度傳播的時候，遇到缺陷（或者不同材料界面）的時候就會產生反射、折射等波形變換，通過檢測這種變換就可以用來探測缺陷的位置、大小及分布等。這種檢測方法的特點是聲波穿透力強、檢測靈敏度高，并且檢測快速便捷、效率高，因此被廣泛用于檢測產品的內部缺陷。如發動機渦輪盤，因其組織致密，采用超聲檢測方法可快速、準確檢測其內部缺陷。

目前國內外研究最活躍的非接觸式超聲換能方法無疑是激光超聲檢測技術[3]，這是一種結合了激光技術與聲學技術的新型無損檢測技術，為快速和遠距離非接觸式超聲波檢測創造了條件。惡劣環境下對航空產品進行檢測時一般采用該項技術，如高溫、高壓、有毒等環境下的航空器檢測；表面結構形狀復雜的航空產品或采用新型薄膜材料制造的航空產品，也較多采用激光超聲檢測技術。

2.2 滲透檢測技術

滲透檢測（PT）主要用于表面開口缺陷的檢測，其原理是：將滲透劑施涂到工件的表面，一段時間由于毛細作用原理，在開口的缺陷中就會滲入滲透劑，干燥之后再施涂顯像劑，同樣由于毛細作用原理，滲透劑回滲到顯像劑中將缺陷顯示出來，從而檢測到缺陷的形狀、尺寸大小以及分布。滲透檢測成本較低，檢測結果可直觀顯示出來，并且能夠對不同方向的開口缺陷進行檢測，但檢測局限性大，只能對表面開口缺陷進行檢測。

飛機制造中大量采用的非鐵磁性零件，在飛機完成交付安裝前，一般需對零件表面進行質量檢測。中、小尺寸零件一般采用熒光滲透的自動流水線設備對其進行表面質量檢測；而大型零件多采用靜電噴涂的方式完成熒光滲透檢測。

2.3 渦流檢測技術

渦流檢測技術（ET）的原理是法拉第電磁感應定律，通過檢測渦流的強度和分布變化情況來揭示導電材料表面或近表面處的缺陷，廣泛應用于厚度檢測以及內部缺陷檢測。

渦流檢測不需要接觸式測量，易于實現高速自動化檢測。缺點是對表面以及近表面缺陷具有較高的靈敏度，檢測結果容易受到干擾。渦流檢測技術廣泛應用于飛機制造業，機身大型構件較多采用鋁合金材料，鋁合金經熱處理后其硬度與導電率之間存在良好對應關系，因此采用這項技術可以快速檢測到其表面和近表面處的缺陷。

2.4 磁粉檢測技術

磁粉檢測（MT）技術，又稱磁粉檢驗或磁粉探傷，是一種在航空航天、軍工、鋼結構等領域應用十分廣泛的無損檢測技術。磁粉檢測的原理是：利用缺陷處磁漏場與磁粉相互作用的結果，可以顯示出磁性材料工件表面與近表面的缺陷信息[4]。

磁粉檢測的優點是檢測速度快、工藝簡單、成本低廉、顯示直觀，缺點是對表面和近表面靈敏度較高、僅適用于鐵磁材料，應用范圍有限。對于采用高強度鐵磁性結構鋼材料制造而成的飛機起落架、主傳動部件等，選擇磁粉檢測技術可以有效發現零件表面的缺陷。

2.5 工業CT檢測技術

工業CT（ICT）技術是指應用于工業中的核成像技術，被稱為最佳無損檢測技術，在汽車電子、特種設備行業、軍工、核物理等領域應用十分廣泛。其基本原理是：依據放射性核素或其他輻射源發射出的射線在被檢測物體中的衰減規律及分布情況，獲取物體內部的詳細信息[5]。通過計算機信息處理和圖像重建技術，以圖像的形式直觀顯示被檢測物體的內部結構以及缺陷位置等。

工業CT的優點是：清晰直觀準確、可以顯示出缺陷的三維形狀及尺寸等。缺點是價格過于昂貴。

2.6 射線照相檢測技術

射線照相檢測（RT）技術是利用射線（X射線、γ射線等）穿透物體過程中的衰減規律來檢測工件內部缺陷的一種無損檢測方法。射線檢測幾乎適用于所有的材料[6]，在航空工業廣泛應用，目前數字射線檢測主要應用于對鑄件和焊件的檢測[6]。射線檢測的優點是缺陷檢出率高，直觀，易定性、定量，檢測結構可長期存檔備查，是應用最廣泛的一種無損檢測技術。

作為飛行動力的提供者，航空發動機的質量對航空器的飛行安全至關重要，因此必須對其關鍵部件及重要部件進行可靠的無損檢測。如航空發動機葉片，一般需對其缺陷與尺寸進行精確測量。缺陷檢測采用的技術主要有X射線照相、射線實時成像、滲透檢測，型面尺寸測量應用的技術主要有工業CT檢測、超聲檢測、渦流檢測等。

3 未來航空工業無損檢測技術的發展趨勢

隨著航空器不斷更新換代，對航空產品的檢測需求也越來越高，研究與發展新的無損檢測技術具有非常重要的價值，對促進我國航空工業的進一步發展有著現實意義和推動作用。未來我國航空工業無損檢測新技術的研究重點和發展方向主要有以下幾個方面：

（1）檢測更為快速、高效、自動化。無損檢測技術未來發展的研究重點在于更為快速、高效、自動化的檢測方向，為了提高檢測效率、降低檢測成本，使其更適合未來航空工業的需求，必須開展適合航空工業更為快速、高效、自動化無損檢測技術的探索研究，加強對無損檢測新技術、新方法的基礎研究與應用。

（2）缺陷可視化研究。開展缺陷可視化研究，可以更為清晰直觀地將航空器的缺陷顯示出來，能夠有效識別缺陷的特征信息并進行提取，并有助于進一步開展缺陷分析工作。

（3）研發專用于航空產品、采用無損檢測技術的先進檢測設備。將無損檢測技術應用于航空器檢測中需要通過專用設備硬件平臺來實現，而目前國內在這一領域的研究尚處于空白狀態，無損檢測設備多依賴于進口，自主研發綜合多學科技術支持與無損檢測研究于一體的航空專用檢測設備對航空工業的發展具有極大的促進作用。因此應在充分利用國外進口技術平臺的基礎上，自主研發適合航空工業需求并可實現無損檢測功能的專用設備。

（4）無損檢測可靠性評價技術研究。損傷容限理論應用于航空器的設計中極大地促進了無損檢測技術的發展，無損檢測結果的準確性、可靠性直接決定了航空器能否安全運行，因此必須加強對無損檢測技術的可靠性研究。

4 結束語

在航空器及航空產品的設計、制造、使用和維護過程中，無損檢測技術對保證其質量和安全飛行發揮著極其重要的作用。無損檢測技術使用過程中，需要根據不同的檢測對象、檢測需求以及缺陷情況，正確選擇不同的檢測方法來確保缺陷的檢出率，進而確保航空器的安全使用。可以預見的是，隨著新的無損檢測技術的發展，必將會有一些檢測速度更快、靈敏度更高、可靠性更好、缺陷顯示更直觀的新方法在航空工業的無損檢測中得到應用，促進航空工業更好的發展。

參考文獻

[1]Erhard A. Non-destructive evaluation [M]. Springer Berlin Heidelberg，2013.

[2]Shen Q， Gao J， Li C. Automatic classification of weld defects in radiographic images [J].Or Insight，2010，52（3）：134-139.

[3]梁宏寶，朱安慶，趙玲.超聲檢測技術的最新研究與應用[J].無損檢測，2008，3：174-177.

[4]郭健，張丹，馬國義，等.無損檢測（NDT）-磁粉檢測（MT）技術[J].工程與試驗，2011，51（3）：55-58.

[5]鄭世才，王曉勇.數字射線檢測技術[M].機械工業出版社，2015.

[6]侯曉琴.基于射線成像的缺陷自動識別方法研究及應用[D].重慶大學，2009.

作者簡介：賈麗姣（1990-），女，陜西韓城人，碩士研究生，主要研究領域為精密檢測。

王進（1980-），男，陜西西安人，碩士研究生，主要從事試驗機改裝設計工作。