航空裝備無損檢測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

■ 朱泊霖

0 引言

無損檢測 (NDT)技術(shù)是一種具有低投入、高產(chǎn)出的典型工程應(yīng)用技術(shù)。它能夠提高飛機、太空、發(fā)電站、船舶、汽車和建筑物的可靠性。無損檢測技術(shù)是一項應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，它與國家的重點項目建設(shè)密切相關(guān)，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(shè)備的無損試驗存在著以下問題：①結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多數(shù)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(fù)合材料等。以復(fù)合材料為例，其失效現(xiàn)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(xué)各向異性以及聲波衰減系數(shù)較高，使得傳統(tǒng)的超聲波探測難以進行。鈦合金是非磁性材料，但為粗晶態(tài)，在超聲波、渦流探測等方面均遇到了新問題。③目標(biāo)的復(fù)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(qū)域和可能的故障探測方面，必須事先進行相關(guān)的研究。由于缺乏有關(guān)數(shù)據(jù)，這一工作常?；谝延械脑囼灲?jīng)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(xiàn)狀

在國內(nèi)，航空航天領(lǐng)域的研究已成為最普遍、最活躍的一個領(lǐng)域。在進行航空設(shè)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(jù)70%以上的無損傷檢查，而可視化和常規(guī)檢查則有超過90%。當(dāng)然，由于飛機的特殊和安全需要，目前最先進的探測技術(shù)（結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、脈沖渦流、激光、紅外圖像）已被廣泛應(yīng)用。

我國航空無損檢驗技術(shù)在國際上居于領(lǐng)先地位，科技工作者可自行解決、攻克各類技術(shù)難題。由于焊縫缺陷的近、小，焊接部位的金屬構(gòu)造與母材類似，傳統(tǒng)的X 射線、超聲波等檢測手段難以處理。劉松平等對焊接區(qū)、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(jié)果。此基于TOFD 技術(shù)，采用了L-TOFD、P-sweep 技術(shù)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(zhì)量[1]。

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

3 航空裝備無損檢測技術(shù)發(fā)展方向及需要重視的領(lǐng)域

本文對中國無損試驗技術(shù)的發(fā)展動向進行了討論。提出中國無損檢測技術(shù)在新的發(fā)展階段，大力發(fā)展智能化、自動化成像檢測設(shè)備，并在AE 預(yù)報中對重大裂縫、重要結(jié)構(gòu)的小裂縫進行預(yù)報。就與航空器材有關(guān)的若干問題進行了探討。

3.1 大力發(fā)展結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）技術(shù)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控是對建筑物進行一系列的監(jiān)測與評估。在結(jié)構(gòu)發(fā)生了早期的破壞和疲勞破壞時，可以采取修補措施來預(yù)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(fā)射監(jiān)測技術(shù)作為一種結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控技術(shù)之外，已經(jīng)出現(xiàn)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(jiān)測等傳統(tǒng)的檢測技術(shù)都有其自身的缺陷，所以，采用多種方法進行健康監(jiān)測是最有效的。

3.2 提倡綠色NDT――無損檢測技術(shù)的發(fā)展必須與我國工業(yè)發(fā)展的總體思路相適應(yīng)

今后NDR 裝置還應(yīng)向環(huán)保的方向發(fā)展。傳統(tǒng)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(shù)的不斷發(fā)展，檢測靈敏度的不斷提高，并且由于其易于實現(xiàn)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(shù)碼射線探測技術(shù)將取代傳統(tǒng)的膠卷探測。超聲技術(shù)的發(fā)展，如TOFD 技術(shù)在焊縫檢測中的應(yīng)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(shè)備的無損測試中，推動新技術(shù)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(shè)備

當(dāng)前制造業(yè)中的一個熱門話題是“智能制造”，它是指生產(chǎn)智能行為的機械設(shè)備，包括分析、推理、判斷、構(gòu)思、決策等。目前的晶片探測技術(shù)與微電子及高性能電腦相結(jié)合，可以建立一個整合的資訊系統(tǒng)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(jì)90 年代起，美國空軍對此進行了有益的研究。將現(xiàn)場試驗技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)保存在數(shù)字超聲波及渦流試驗裝置中，使現(xiàn)場工作人員的工作程序大為簡化，并使現(xiàn)場試驗的可靠性得到了極大地提高。

3.4 集成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)

任何一種無損試驗都有其應(yīng)用領(lǐng)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(jié)合在一起，但是，通過各種方法得到的結(jié)果不能相互獨立，而是要相互結(jié)合，從而對被測目標(biāo)進行評估，即將數(shù)據(jù)（結(jié)果）進行融合。所以，對于綜合測試設(shè)備來說，最根本的需求就是能夠提供一個高效的數(shù)據(jù)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(shù)中引入云計算。雖然現(xiàn)在還處于摸索階段，但是“云技術(shù)”的發(fā)展將會對無損測試的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

與綜合設(shè)備類似的是專門針對具體目標(biāo)的測試設(shè)備，即量體裁衣、按需訂制的解決方案，同時也是航天設(shè)備測試領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。美國空軍在這一領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)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(fā)射雙探針換成了一次兩個單片，開發(fā)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(fā)動機二級渦輪葉片尾部裂紋問題，空軍有關(guān)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(xué)會（ChSNDT）及國內(nèi)無損檢測概況

NDS 是中國機械工程協(xié)會的一個重要分支機構(gòu)，由CMES 牽頭，但在對外交流方面，NDS 是一個獨立的協(xié)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(nèi)無損檢驗工作者提供咨詢、交流、提升技術(shù)水平、提升產(chǎn)品質(zhì)量、確保設(shè)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(nèi)外的合作和交流，為促進我國無損檢驗技術(shù)的發(fā)展，促進了國內(nèi)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(guī)模之大、參會人員之多，可謂史無前例。此次活動的舉辦，標(biāo)志著中國內(nèi)地?zé)o損檢驗技術(shù)的發(fā)展與進步得到了全世界的認(rèn)可，同時也表明了中國無損檢驗行業(yè)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(shù)水平得到國際認(rèn)可和高度重視，中國正加緊進行NDT 與歐洲NDT 的互認(rèn)。在學(xué)會堅持不懈地工作之后，這個目的終于達到了。歐洲聯(lián)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(lián)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(rèn)證制度，并于9 月15 日正式通過了該制度。與歐洲聯(lián)盟的相互認(rèn)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(shù)整體水平與中國經(jīng)濟發(fā)展水平相當(dāng)，其國際地位與中國經(jīng)濟、工業(yè)，尤其是裝備制造業(yè)有較大的差距。根據(jù)統(tǒng)計，中國從2008 年起已經(jīng)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(chǎn)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(shù)的人員，其中應(yīng)用檢測技術(shù)、科研、教育培訓(xùn)、流通、技術(shù)咨詢、工程服務(wù)等服務(wù)機構(gòu)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(shè)備的生產(chǎn)商超過500 家。目前，超聲波、渦流、磁粉、常規(guī)射線檢測設(shè)備已形成了規(guī)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(shù)等。

5 結(jié)語

無損檢測技術(shù)在航空裝備的安全、穩(wěn)定運行中具有重要的技術(shù)支持，在生產(chǎn)、使用、維護等過程中都發(fā)揮著不可替代的作用。為了使無損檢驗技術(shù)得到可持續(xù)發(fā)展，必須倡導(dǎo)新的檢測觀念和方法。以健康監(jiān)測、綜合檢測、數(shù)據(jù)集成、數(shù)字化、圖像化、信息化等為代表的綠色無損檢測技術(shù)將成為今后有意義的檢測技術(shù)。本文以作者的科研小組為例，采用基于聲發(fā)射技術(shù)的聯(lián)合裂縫監(jiān)測技術(shù)，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(fā)展勢頭，整合已有的資源，爭取早日實現(xiàn)我國航天領(lǐng)域無損測試技術(shù)的應(yīng)用。