隱身涂層無損檢測方法探究

張建新，王一寧，郭強

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089）

隨著航空航天等科學技術的不斷發展，隱身技術在新一代飛行器中的應用日益廣泛。隱身涂層作為一種操作簡單、成本低廉、適應性強的隱身模式已經在航空航天、軍事裝備等方面得到了廣泛應用。顯而易見，隱身材料的發展不僅標志著一個國家科學領域的進步，而且關系到國防力量的鞏固，現階段存在巨大的生存和發展空間。

科學、專用的維護技術，將極大提高隱身涂層維修的質量和效率。無損檢測技術是一門新興的綜合性應用科學，可以在不破壞隱身涂層的前提下就可以對其進行百分之百的檢測等優點，借以評價隱身涂層的完好性、可靠性及力學、物理性能等，成為外場實施隱身涂層維護保障的重要監測手段，以彌補現階段基于目視檢查隱身涂層缺陷的不足。

根據涂層檢測通用要求，以及低可探測改裝平臺的特點，確定以下幾種檢測方向，以判斷隱身涂層狀態，如表1所示。

表1 檢測手段選取要考量的因素

常規無損檢測方法及針對隱身涂層實用性分析如下。

1 磁粉檢測

由鐵磁性材料制造的被檢件被磁化后，當被檢件存在缺陷時，由于缺陷內部介質相比被檢件基體材料，其磁導率、磁阻方面存在差異，因此，磁感應線通過缺陷時往往發生彎曲，逸出零件表面形成可檢測的漏磁場。此時，將磁粉或磁懸液施加到被檢件表面，在缺陷處的磁粉就會被漏磁場磁化，形成N極、S極，并沿著漏磁場的磁感應線方向排列堆積起來，吸附在缺陷處形成磁痕，從而顯示出缺陷的位置、形狀和大小等特征。

磁粉檢測只適用于檢測鐵磁性材料表面及近表面缺陷，不適用于非鐵磁性材料。隱身涂層為非鐵磁性材料，無法直接使用磁粉檢測。

2 渦流檢測

渦流檢測的原理是渦流效應。當載有交變電流的檢測線圈靠近被檢件時，由于線圈磁場的作用，被檢件會感生出渦流。渦流特性受到被試件導電性能的影響，又使檢測線圈的阻抗發生變化。因此，通過測定檢測線圈阻抗的變化，就可以判斷被檢件有無缺陷，這就是利用渦流方法檢測金屬或合金材質的基本原理。

隱身涂層是噴涂在鋁合金基體上的電損耗型吸波材料，對感應產生的渦流有較大程度的吸收作用，同時飛機蒙皮表面形狀復雜，曲率大。在實際使用中檢查效率低，易誤判，也難以判斷缺陷的形狀與大小。

3 超聲檢測

用探頭向被檢件發射超聲波，超聲波在被試件內部傳播時遇到不同界面有不同的回波，從而檢測到被檢件內部缺陷，根據回波信號的特征判斷被試件缺陷特征。

超聲檢測適用于隱身涂層的檢測。目前的應用要結合目視檢查中對懷疑部位的重點檢查和確認。超聲檢測在隱身涂層外場維護應用時有以下問題需要解決：

飛機蒙皮表面形狀復雜、曲率大，需要進一步研究超聲檢測在形狀復雜區域的特點。

尋找一種合適的耦合劑，隱身涂層表面的疏水特性導致水作為耦合劑無法完成飛機蒙皮多方向檢測的需求。

4 紅外檢測

是利用紅外輻射特性的分析技術和方法應用于被檢件的無損檢測的一個綜合性工程應用。通過對被檢件紅外輻射特性的確定和分析，是確定和判斷其熱狀態的良好途徑。

紅外檢測與其他常規檢測技術相比，有如下優點：操作安全；靈敏度高；檢測效率高。同時，在外場應用中存在問題：由于外場環境復雜，外界輻射的變化會影響紅外檢測的靈敏度；同時紅外檢測設備體積大，不便于外場開展。目前，紅外檢測應用于對隱身涂層樣板的檢測。未來隨著紅外檢測技術的發展，對低可探測改裝平臺的整機紅外檢測將是發展的必然趨勢。

5 微波檢測

微波檢測技術的工作頻率與隱身涂層的工作頻率相重合，大部分微波信號和攜帶的信息會被涂層吸收。為了提高分辨率需要加大微波的強度，可能會造成輻射傷人的危險。對此方法需要做深入的適應性研究，目前不適用于本隱身涂層應用。

6 聲發射技術

通過對聲發射信號的處理和分析來評價缺陷的發生和發展規律，并確定缺陷位置被檢件受外力或內力作用產生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應變能的現象稱為聲發射。利用聲發射技術可以對缺陷進行判斷和預報，并對材料和構件進行評價。

聲發射的實質是物體受到外力或內力作用時，由于內部結構的不均勻及各種缺陷的存在造成應力集中，從而使局部應力分布不穩定。當這種不穩定應力分布狀態所積蓄的應變能達到一定程度時，就會發生應力的重新分布，再達到新的穩定狀態。在這一過程中往往伴隨有范性流變、微觀龜裂、位錯發生與堆積，以及裂紋的產生與發展，這實際上就是應變能的釋放過程。這種被釋放的應變能，一部分是以應力波的形式發射出去，由于最先注意到應力波發射現象的是人耳聽覺領域內的聲波，所以就稱它為聲發射。

聲發射檢測發展而來的敲擊法在低可探測改裝平臺外場檢測中得到了實戰應用，檢測結果良好。

7 針對隱身涂層采用的無損檢測方法

敲擊探測器通過配置電子控制敲擊錘、敲擊力傳感器、數據處理模塊以及數字顯示和存儲系統（如圖1），可以實現量化檢測信號以及缺陷報警、圖示、分析和存儲功能。它有效解決了傳統人工敲擊法受環境噪音、長時間聽力和手工操作的生理疲勞和誤判，進而提高了檢測效率，避免人工漏檢，定量檢測結果。通過它的分析和存儲功能實現檢測的信息化、自動化和標準化，為使用單位的管理和標準建立提供依據。

圖1 敲擊探測設備

敲擊探測器檢測法具有體積小巧緊湊、重量輕、操作簡單；可定量顯示缺陷大小；可對檢測數據進行存儲和傳輸；可在任何噪聲環境中使用等優點。

8 結語

與普通軍機或民航飛機相比，隱身飛機吸波涂層的維護技術有其特殊性，同時，隱身飛機在國內是一個剛剛起步的全新機種，如何最低限度影響飛機隱身能力的前提下實現隱身飛機的日常維護，在國內都是一個全新的領域。

無損檢測技術是應用物理、電子與材料學等各門學科相互滲透和結合的產物。隨著無損檢測技術日益廣泛的綜合應用，為緊跟國內外隱身材料技術發展，進一步科學檢測涂層，本文對比聲學、光學、射線等新的無損檢測技術的幾種應用，綜合考慮選擇超聲檢查法和敲擊法作為隱身涂層外場維護檢測方法。