航空裝備無損檢測技術現狀及發展趨勢

■ 朱泊霖

0 引言

無損檢測 (NDT)技術是一種具有低投入、高產出的典型工程應用技術。它能夠提高飛機、太空、發電站、船舶、汽車和建筑物的可靠性。無損檢測技術是一項應用非常廣泛的技術，它與國家的重點項目建設密切相關，是我國目前急需解決的重大安全問題。

1 航空裝備無損檢測工作的主要特點

航空設備的無損試驗存在著以下問題：①結構復雜，多數情況下，自動化裝置并不能起到很好的效果。②材料廣泛。包括鋁合金、鈦合金、高強度鋼、復合材料等。以復合材料為例，其失效現象較為獨特，主要存在著分層、基體開裂、纖維斷裂等缺陷，同時由于聲學各向異性以及聲波衰減系數較高，使得傳統的超聲波探測難以進行。鈦合金是非磁性材料，但為粗晶態，在超聲波、渦流探測等方面均遇到了新問題。③目標的復雜性。無論是老式飛機，還是新機型，在許多場合下，其探測能力都較差，尤其是葉片、壓氣機盤、渦輪盤等部件，更是使檢驗工作十分困難。④在某些特定部位、特殊區域和可能的故障探測方面，必須事先進行相關的研究。由于缺乏有關數據，這一工作常常基于已有的試驗經驗進行大量的前期研究，因此其危險性很高。

2 我國航空裝備無損檢測工作現狀

在國內，航空航天領域的研究已成為最普遍、最活躍的一個領域。在進行航空設備無損檢驗時，必須堅持找到最合適、最有效的途徑，不要盲目地走高、精、尖的路線，選擇“對”的，不要盲目地去追求“貴”的！比如，在民航的無損檢查中，視覺（包括通過儀器的目視）可以占據70%以上的無損傷檢查，而可視化和常規檢查則有超過90%。當然，由于飛機的特殊和安全需要，目前最先進的探測技術（結構健康監測、脈沖渦流、激光、紅外圖像）已被廣泛應用。

我國航空無損檢驗技術在國際上居于領先地位，科技工作者可自行解決、攻克各類技術難題。由于焊縫缺陷的近、小，焊接部位的金屬構造與母材類似，傳統的X 射線、超聲波等檢測手段難以處理。劉松平等對焊接區、入射波的反射、散射、繞射等進行了全面的分析，得到了較好的結果。此基于TOFD 技術，采用了L-TOFD、P-sweep 技術對攪拌摩擦焊接進行了全面的檢測。這種方法可以取代X 射線法，并能有效地解決焊接缺陷，從而提高了攪拌摩擦焊焊接的焊接質量[1]。

劉松平等在復合材料缺陷檢測方面也做了一些有創新性的工作。研制的CUS-6000 型復合高效超聲波自動掃描成像檢測裝置，具有工業應用水平，可以直接為復合材料生產提供技術支持。本團隊開發的超聲波顯微圖像技術能夠準確地判定各個鋪層的缺陷，在今后的發展中將起到關鍵的作用。

3 航空裝備無損檢測技術發展方向及需要重視的領域

本文對中國無損試驗技術的發展動向進行了討論。提出中國無損檢測技術在新的發展階段，大力發展智能化、自動化成像檢測設備，并在AE 預報中對重大裂縫、重要結構的小裂縫進行預報。就與航空器材有關的若干問題進行了探討。

3.1 大力發展結構健康監測（SHM）技術

結構健康監控是對建筑物進行一系列的監測與評估。在結構發生了早期的破壞和疲勞破壞時，可以采取修補措施來預防。因此，在未來，提高裝備可靠性、延長使用壽命、提高裝備使用壽命、提高裝備可靠性，是目前最好的防治措施。除了以上所述的聲發射監測技術作為一種結構健康監控技術之外，已經出現了許多行之有效的檢測手段，如：智能傳感器、智能材料、光纖、變形監測等傳統的檢測技術都有其自身的缺陷，所以，采用多種方法進行健康監測是最有效的。

3.2 提倡綠色NDT――無損檢測技術的發展必須與我國工業發展的總體思路相適應

今后NDR 裝置還應向環保的方向發展。傳統的檢測方法可能會逐漸被淘汰，或被新的檢測手段取代。比如磁粉探傷，由于漏磁探測技術的不斷發展，檢測靈敏度的不斷提高，并且由于其易于實現智能化、可視化等特點，磁粉探傷將會被漏磁探測所取代。另外正在進行中的數碼射線探測技術將取代傳統的膠卷探測。超聲技術的發展，如TOFD 技術在焊縫檢測中的應用，使得采用超聲TOFD代替或部分取代的方法成為可能。在航空航天設備的無損測試中，推動新技術的推廣是一項十分困難的工作。

3.3 智能NDT 和信息化NDH――信息化和智能化的無損檢測設備

當前制造業中的一個熱門話題是“智能制造”，它是指生產智能行為的機械設備，包括分析、推理、判斷、構思、決策等。目前的晶片探測技術與微電子及高性能電腦相結合，可以建立一個整合的資訊系統及智能偵測裝置。無損測試的智能化和無損測試直接后果是無損測試“更容易”[2]。從20 世紀90 年代起，美國空軍對此進行了有益的研究。將現場試驗技術中的關鍵技術保存在數字超聲波及渦流試驗裝置中，使現場工作人員的工作程序大為簡化，并使現場試驗的可靠性得到了極大地提高。

3.4 集成和數據融合技術

任何一種無損試驗都有其應用領域，因而難以全面地評價被檢物體。為了提高測試的可靠性和效率、減少測試費用、保證測試的完整性，可以將各種測試手段結合在一起，但是，通過各種方法得到的結果不能相互獨立，而是要相互結合，從而對被測目標進行評估，即將數據（結果）進行融合。所以，對于綜合測試設備來說，最根本的需求就是能夠提供一個高效的數據融合平臺。林俊明在2011 世界華人無損測試峰會上，提出了云探測的概念，并嘗試在無損測試技術中引入云計算。雖然現在還處于摸索階段，但是“云技術”的發展將會對無損測試的發展產生重大的影響。

與綜合設備類似的是專門針對具體目標的測試設備，即量體裁衣、按需訂制的解決方案，同時也是航天設備測試領域的一個重要發展方向。美國空軍在這一領域有著豐富的經驗，在對某柴油機低壓壓氣機進行一階輪轂左槽測試時，將TOFD 的一次發射雙探針換成了一次兩個單片，開發了5MHz190 左TOFD探針，能很好地解決了一號輪轂左葉槽裂縫的探測問題。此外，為解決某型發動機二級渦輪葉片尾部裂紋問題，空軍有關部門專門研制了一種特殊的渦扇探測器，為軍隊裝備使用提供了可靠的保障。

4 無損檢測學會（ChSNDT）及國內無損檢測概況

NDS 是中國機械工程協會的一個重要分支機構，由CMES 牽頭，但在對外交流方面，NDS 是一個獨立的協會，對外的名字叫做ChineseS0cietyforNonDe stmctiveTesting(ChSNDT，中國NDT)。ChSNDT 是全球最活躍、會員最多的無損測試組織。33 年來，NDS 為國內無損檢驗工作者提供咨詢、交流、提升技術水平、提升產品質量、確保設備安全可靠運行的良好條件。無損檢驗工作者積極參加國內外的合作和交流，為促進我國無損檢驗技術的發展，促進了國內外的合作。

2008 年10 月，ChSNDT 在上海舉辦了第十七屆世界無損測試大會，規模之大、參會人員之多，可謂史無前例。此次活動的舉辦，標志著中國內地無損檢驗技術的發展與進步得到了全世界的認可，同時也表明了中國無損檢驗行業在國際上的地位和聲譽。

通過主辦第十七屆WCNDT 大會，中國的無損檢驗技術水平得到國際認可和高度重視，中國正加緊進行NDT 與歐洲NDT 的互認。在學會堅持不懈地工作之后，這個目的終于達到了。歐洲聯盟于2009 年4 月派出了兩位法官，對無損公訴人資格進行審查。歐洲聯盟第一次工作委員會于2009 年9 月1 日在布魯塞爾召開，一致通過了中國NDS 人員資格認證制度，并于9 月15 日正式通過了該制度。與歐洲聯盟的相互認可對于歐盟成員國來說是一項重大的進展，也有可能成為這方面的一個里程碑。

中國的無損檢驗技術整體水平與中國經濟發展水平相當，其國際地位與中國經濟、工業，尤其是裝備制造業有較大的差距。根據統計，中國從2008 年起已經是機械、電力、交通等第二大出口大國，并躋身于全球最大的機械生產國。中國是全球最有生命力、最有吸引力的無損測試國家，目前有近250000名直接或間接從事無損檢測技術的人員，其中應用檢測技術、科研、教育培訓、流通、技術咨詢、工程服務等服務機構5000 余家。中國擁有超過2000 家的NDT 測試公司，其中有超過20000 個無損測試小組，無損測試設備的生產商超過500 家。目前，超聲波、渦流、磁粉、常規射線檢測設備已形成了規模龐大的檢測儀器，如相位控制、超聲波TOFD專用儀器、陣列渦流技術等。

5 結語

無損檢測技術在航空裝備的安全、穩定運行中具有重要的技術支持，在生產、使用、維護等過程中都發揮著不可替代的作用。為了使無損檢驗技術得到可持續發展，必須倡導新的檢測觀念和方法。以健康監測、綜合檢測、數據集成、數字化、圖像化、信息化等為代表的綠色無損檢測技術將成為今后有意義的檢測技術。本文以作者的科研小組為例，采用基于聲發射技術的聯合裂縫監測技術，對兩種三代機群的壽命進行了測試，使兩種型號的壽命都提高了50%，并取得了顯著的效果。我們要抓住目前有利的發展勢頭，整合已有的資源，爭取早日實現我國航天領域無損測試技術的應用。