飞机维修中的无损检测技术

飞机维修中的无损检测技术发表日期：2006年1月5日已经有340位读者读过此文一、前言无损检测技术是材料科学的一个分支，它在不改变，不损害材料和工件的状态及性能下对材料缺陷(不连续性)、工件结构缺陷(不连续性)、物理和力学性能、成分等作出评定。无损检测技术主要应用在制造阶段检验、成品检验和在役检验。对我们航空公司来讲，主要就是在役检验，用于检查航空器的零部件在运行中结构或状态的变化，保证航空器安全、可靠的工作。无损检测(NDT)作为检查飞机结构损伤的重要手段，在民航飞机维修中应用较晚。我公司直到1998年8月才完成无损检测项目的建设，并于1998年8月1日通过了华东适航处的审批检查，正式取得了开展此业务的资格。这几年以来随着各航空公司维修力量增强，无损检测也越来越得到重视，《中国民航无损检测标准》的制定与贯彻、无损检测新技术的引进、人员素质的不断提高都推动了无损检测的发展。无损检测以其检测有效性、高可靠性得到了各航空公司的认同。本文旨在阐述机务维修中无损检测技术的大致框架，及其在飞机维修中的应用、作用及发展，希望在实际应用中对飞机维修各部门有一定的借鉴价值。二、无损检测在机务维修中的应用1、无损检测的应用对象分析无损检测主要针对飞机结构损伤，损伤大致可分为以下五种：①飞机结构零部件生产制造过程中产生的缺陷；②飞机在起飞、飞行、着陆过程中，由于某种原因使飞机产生过大的负载造成的结构损伤。例如重着陆所造成的起落架、机轮组件的损伤；③日常维护过程中造成的刮伤、撞伤等；④由于使用环境所造成的腐蚀损伤，如沿海地区的潮湿空气、飞机货舱运载的海鲜等都是产生腐蚀损伤的根源；⑤交变载荷所造成的疲劳损伤(疲劳裂纹)。这些损伤如果没有得到有效的处理，极易产生裂纹，如疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、腐蚀疲劳裂纹等，例如机轮组件轮毂的轮座圆角过渡区、连接螺拴的螺纹处等一些飞机结构应力集中部位(接头、孔边、拐角)易产生疲劳裂纹。结构的裂纹萌生和短裂纹的扩展阶段是疲劳的起始和主要阶段，研究表明，该阶段在整个疲劳寿命中所占比例高达80%，因此，结构的裂纹形成寿命成了人们普遍关心的重要指标。尤其在航空领域，由于有些结构的复杂性，在使用过程中难以实施检测。另外，有些结构由于特殊功能的要求，不得不使用高强或超高强材料，而这些材料通常伴随裂纹扩展抵抗能力差的缺点。2、无损检测方法及应用有些结构损伤可以用目视检查或其它方法（如内窥镜）检查，在检查微小缺陷或目视检查不能胜任的情况下，需采用无损检测方法。无损检测方法分为无损探伤和声振检测、涡流涂层测厚、涡流电导率测试、超声波测厚。无损探伤又分为磁粉探伤(MT)、渗透探伤(PT)、涡流探伤(ET)、超声波探伤(UT)、射线探伤(RT)，无损检测的框架大致如图所示：目视（高倍放大镜）磁粉探伤渗透探伤无损检测无损探伤涡流探伤超声波探伤射线探伤声振检测、涡流涂层测厚、涡流电导率测试、超声波测厚在实际应用中，它们有明显的区别也有紧密的联系，这里有必要作一简单介绍：①涡流探伤用于检查导电材料零部件的表面和近表面缺陷，例如检查轮毂裂纹、紧固件周边裂纹、铝蒙皮腐蚀损伤等。这也是目前应用最多的检测方法。②磁粉探伤用于检查铁磁性材料零部件的表面和近表面缺陷，例如检查起落架零部件、轮毂连接螺栓、发动机吊点螺栓、焊接件等。③渗透探伤用于检查非松孔性材料零部件表面开口缺陷。渗透探伤由于设备简单、灵敏度高等优点应用很广泛。尤其在结构修理中，例如前几年客梯车不慎与飞机客舱门撞击，我们利用渗透探伤精确检测出了撞击引发裂纹的长度、方向，这既可以指明修理的方向，而且保证了修理的质量。④超声波探伤可以用于检查几乎所有飞机结构零部件的内部缺陷。例如检查机翼与机身连接螺栓、结构腐蚀等。⑤射线探伤可以用于检查飞机金属材料的内部缺陷。例如检查机身门框、机翼加强肋等处的疲劳裂纹。由于射线探伤受场地、防护、设备投资等因素制约，国内小航空公司大多未开展此项业务，但射线探伤在飞机专业维修公司飞机大修时是必不可少的检测手段。其中五种探伤方法的优缺点对比如下:探伤方法优点缺点说明射线1.可直观显示缺陷形状和尺寸,检测结果便于长期保存2.对内部体积性缺陷有很高灵敏度3.适用于结构件原位检测，不需大的拆卸1.射线对人员有损伤作用,必须采取防护措施2.检测周期较长,不能实时得到结果主要适用于部件内部缺陷检测超声1.对工件内部面状缺陷有很高的灵敏度2.便于现场检测3.可及时获得检测结果1.缺陷显示不直观对缺陷定性和定量较困难2.对操作人员的技能有较高的要求3.需要耦合剂主要适用于部件内部缺陷检测磁粉1.有很高的检验灵敏度,可检缺陷最小宽度为0.1微米2.能直观显示缺陷的位置,形状和大小3.检验几乎不受工件的大小和形状的限制1.只能检验铁磁性材料表面和近表面的缺陷，通常可检深度仅为1-2毫米2.磁悬液可能导致环境污染3.不利于现场检测适用于表面和近表面缺陷检测涡流1.使用最广泛,便于现场检测2.对工件表面要求不高1.受工件形状影响大2.检测效率低3.对缺陷显示不直观,难于定性和定量4.只能检测表面和近表面缺陷适用于表面和近表面缺陷检测渗透1.不需复杂设备，操作简单，特别适合现场检测2.检验灵敏度较高,缺陷显示直观3.可一次性检出复杂工件各个方向的表面开口缺陷1.只能用于致密材料的表面开口缺陷检验，对被检表面光洁度有较高要求2.对操作人员的操作技能要求较高3.会产生环境污染适用于表面开口缺陷检测与上述五种常规探伤技术相比，值得一提的还有声振检测。随着复合材料技术的发展,复合材料和蜂窝结构的比强度大,比刚度高,在飞机上的应用越来越多.复合材料和蜂窝结构主要产生分层,脱粘和开裂等缺陷,而声振检测就主要用于检测胶接结构的脱粘,缺胶和分层等缺陷，检测复合材料和蜂窝结构等粘接结构的完整性.例如加拿大生产的冲八飞机隔两年需进行一次全机身胶接检查。检查是否存在脱胶等缺陷。因为现在飞机大量采用复合材料，所以声振检测前景广阔。当然在实际工作中。无损检测方法的选取必须依据检测对象的材质、形状、易产生的缺陷类型、是否可以即位检查来决定应用何种无损检测方法。三、无损检测在机务维修中的作用1、由于无损检测在人员、设备、技术成熟等方面日趋完善，利用无损检测完全可以有效检查出飞机结构缺陷，如疲劳裂纹。以便采取必要措施,排除飞行隐患。对有损伤部件进行维修时，需要根据损伤的严重程度来作出不同的决定。这就需要由NDT人员首先对损伤区域进行探测和评定，维修人员根据评定结果制定维修方案，以保证修理的可行性和有效性。修理后，也需由NDT人员对修理区域进行无损探伤,以确保修理件的质量。从而保证飞机维修的可靠性。2、由于飞机结构的合理设计及无损检测技术的不断改进加强，使得无损检测的即位检查变得可能，也就是无损检测的大部分工作可以在飞机结构件未拆下状态进行检查，这样一方面节省了维修时间和成本，另一方面为整个维修工艺方案的革新改进提出了某些依据。3、无损检测为某些飞机结构零部件的监控使用提供了可能。在实际检查中发现某些零部件存在微小缺陷，虽然达不到判废标准，但考虑到此部件承受较大交变载荷或较大应力，采用监控使用如缩短检查周期是切实可行的，一方面保证了维修可靠性，另一方面延长了部件使用寿命。4、随着先进无损检测技术的应用，如声发射实时监控等，维修工作将发生根本性转变，由定时维修向视情和可靠性维修方向发展，通过监测、监控飞机结构及零部件的工作状态，根据具体情况作必要的预防性维修，这就需要有适当、有效的检测手段。NDT手段的加强、工艺的不断改进,从目前的损伤定位向损伤定性和定量及可靠性评定方向发展，这是完全有可能实现的。可以说NDT是革新航空维修方式的技术关键四、总结这几年，民航总局适航司、各航空公司给予无损检测很大的重视，成立了民航无损检测鉴委会，制定了民航无损检测标准，对民航无损检测人员进行了统一的资格鉴定，编订了民航无损检测审查规范，使民航无损检测的管理逐渐与国际接轨，步入了良性循环。在实际工作及经验交流中，我也发现无损检测的发展有许多不足之处，如无损检测与整个维修管理存在一些脱节，这主要体现在无损检测与其它维修部门衔接不够上，例如工作单的无损检测部分的编写有效性、工件单的下发到达等，这往往会造成无损检测工作的被动，从而使可靠性降低，甚至无法实施检查。总之，我公司无损检测的发展是卓有成效的。只要无损检测人员保持高度的责任心，不断学习专业业务知识，拓宽视野，无损检测的工作肯定会更上一层楼；如果公司注重提高无损检测人员业务素质，适时补充先进的无损检测设备，建立完善的无损检测管理体系，无损检测专业必将为飞机维修提供更坚实的可靠性。