無損檢測在航空發動機質量監督的應用與發展

任志強 侯 波 何衛峰

在航空發動機質量監督與控制過程中，隨著監督手段的不斷完善，檢測儀器的不斷發展，在過程質量監督工作的科技含量也在不斷加大。近年來先后引進和使用的無損檢測技術，便是更好的說明。所謂無損檢測技術，就是研發和應用各種技術方法，以不損害被檢測對象未來用途和功能的方式，為探測、定位、測量和評價缺陷，評估完整性、性能和成分，測量幾何特征，而對材料和零（部）件所進行的檢驗、檢查和測試，如強度值、厚度值、內部缺陷點、成分含量等[1]。它有著更為誘人的特點：非破壞性、隨機性、遠距離探測、現場檢測等等；且檢測數據可連續性采集，并通過數理分析和邏輯判斷，能夠比較準確地推定出產品質量的狀況，從而彌補了以往在質量監督中單純以“查、看、審、量”的觀感檢查和外形質量控制偏差來推及產品質量優劣的做法，使監督檢測的結果更具真實性、科學性和權威性。尤其對于航空發動機而言，準確鑒定和評估其質量的狀況，關系到飛行員的生命，關系到作戰任務的遂行，關系到國家的巨額財產。因此，充分運用無損檢測技術，嚴把質量關，有著十分重要的意義。

1 無損檢測技術在航空發動機質量監督中的作用

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。隨著無損檢測技術應用的日益廣泛和伴隨著其他基礎科學的綜合應用，已發展了幾十種無損檢測方法。如按檢測原理來分類，常用的方法見表1。

表1 無損檢測常用方法

1.1 無損檢測技術是質量事故檢測和處理的法定方法之一

當對產品相關的性能和要求存在懷凝時，可采用非破損檢驗方法或從結構、構件中鉆取芯樣的方法，按有關標準規定，對相關的技術指標進行推定，作為是否應進行處理的依據。

1.2 無損檢測技術是質量預控和監督的有效手段

隨著無損檢測可靠性的提高，其檢測結果非但是普遍使用的一種質量處理的依據，而且越來越多的將其做為質量控制手段，使無損檢測技術介入生產管理中。如原材料的水浸超聲波探傷，可在幾分鐘的時間里，通過圖像判定，對材料的內部質量作出評定，起到了預先監控的作用。

1.3 無損檢測技術是質量評估的重要依據

在以標準試塊測定值為代表來評判質量的基礎上，運用無損檢測結果比較既可驗證試塊的真實性，也可反映出產品的真實質量和差異。

2 無損檢測技術在航空發動機質量監督中的應用

在航空發動機的全過程管理過程中，實施無損檢測主要有以下3個方面的應用

2.1 質量管理

每一種產品均有其使用性能要求，這些要求通常在該產品的技術文件中規定，例如技術條件、技術規范、驗收標準等，以技術質量指標反映。

無損檢測的主要目的之一，就是對非連續加工（例如多工序生產）或連續加工（例如自動化生產流水線）的原材料、半成品、成品以及產品構件提供實時的工序質量控制，特別是控制產品材料的冶金質量與生產工藝質量，例如缺陷情況、組織狀態、涂鍍層厚度監控等等，同時，通過檢測所了解到的質量信息又可反饋給設計與工藝部門，促使進一步改進設計與制造工藝以提高產品質量，收到減少廢品和返修品，從而降低制造成本、提高生產效率的效果。

例如，某廠生產的模鍛件，進行磁粉檢測發現存在鍛造折疊，使得鍛件報廢或需要返修而成為次品，折疊出現率達到30%～40%。通過改進模具設計和模鍛前的毛料荒形設計，以及改進模鍛時擺放毛料的方式，使折疊出現率下降到0，杜絕了因為折疊造成的廢品和返修品出現，從而大大節約了原材料和能源消耗，節省了返修工時，明顯提高了生產效率。

最大功率(PS/rpm) ...............................................75/8500

由此可見，在生產制造過程中采用無損檢測技術，及時檢出原始的和加工過程中出現的各種缺陷并據此加以控制，防止不符合質量要求的原材料、半成品流入下道工序，避免徒勞無功所導致的工時、人力、原材料以及能源的浪費，同時也促使設計和工藝方面的改進，亦即避免出現最終產品的“質量不足”。

另一方面，利用無損檢測技術也可以根據驗收標準將材料、產品的質量水平控制在適合使用性能要求的范圍內，避免無限度地提高質量要求造成所謂的“質量過剩”。 利用無損檢測技術還可以通過檢測確定缺陷所處的位置，在不影響設計性能的前提下使用某些存在缺陷的材料或半成品，例如缺陷處于加工余量之內，或者允許局部修磨或修補，或者調整加工工藝使缺陷位于將要加工去除的部位等等，從而可以提高材料的利用率，獲得良好的經濟效益。

因此，無損檢測技術在降低生產制造費用、提高材料利用率、提高生產效率，使產品同時滿足使用性能要求（質量水平）和經濟效益的需求兩方面都起著重要的作用。

2.2 質量鑒定

已制成的產品（包括材料、零部件等）在投入使用或作進一步加工，或進行組裝之前，需要進行最終檢驗，亦即質量鑒定，確定其是否達到設計性能要求，能否安全使用，亦即判別其是否合格，以免給以后的使用造成隱患。

例如，某鋼軋棒，未經無損檢驗即投入鍛造加工，結果出現大約56%的鍛件開裂報廢，經濟損失很大，其原因是該批軋棒中存在嚴重的白點缺陷。類似的因為零部件質量低劣而在后續使用中早期破損甚至釀成災難性事故的例子和教訓同樣也很多。

因此，產品使用前的質量驗收鑒定是非常必要的，特別是那些將在高應力、高溫、高循環載荷等復雜惡劣條件下以及惡劣環境中工作的零部件或構件等，僅僅靠一般的外觀檢查、尺寸檢查、破壞性抽檢等是遠遠不夠的，在這方面，無損檢測技術表現出能夠百分之百地全面檢查材料內外部的無比優越性。

2.3 在役檢測

使用無損檢測技術對運行期間或正在運行中的設備構件進行經常性的或者定期的檢查，或者實時監控（稱為在役檢測），能及時發現影響設備繼續安全運行或使用的隱患，防止事故的發生[2]。例如疲勞損傷，或者產品中原有的微小缺陷在使用過程中擴展成為危險性缺陷等等，對于航空發動機而言，防患于未然，更有著不可忽視的重要意義。

定期或不定期在役無損檢測的目的并不僅僅是盡早發現和確認危害設備安全運行及使用的隱患并予以及時清除，從經濟意義上來說，當今對無損檢測技術還要求在發現早期缺陷（例如初始疲勞裂紋）后，通過無損檢測技術定期或實時（連續）監視其發展，對所探測到的缺陷能夠確定其類型、尺寸、位置、形狀與取向等，根據斷裂力學理論和損傷容限設計、耐久性等對設備構件的狀態、能否繼續使用、安全使用的極限壽命或者剩余壽命做出評估和判斷。

3 無損檢測技術在航空發動機質量監督中的問題探討與思考

作為航空發動機質量控制、結構驗收及監督的重要手段，無損檢測技術肩負的責任很重，但其發展和應用水平仍有一定的差距，既有技術上的不足也有應用中的問題。

3.1 其測試和推定的準確度有待進步提高

例如運用超聲回彈綜合法測定材料時，超聲波速受外界濕度、溫度的影響較大，在不同的地方比較性試驗時，往往對試塊測定值離異較大；隨機提供的標準參數曲線，在各地區不盡相同，故而也相對產生誤差。用電渦流測定葉片裂紋時，一是精確度與驗評標準本身就有差異，二是受操作者的專業熟練程度影響，有人為誤差。

3.2 綜合質量鑒定有待于完善

隨著新材料、新技術、新工藝的不斷應用，在質量鑒定時，不但要檢查出產品的質量狀況，同樣也要對于出現的異常情況作出評定，如長度深度大小等，只有這樣才能對全面、綜合地對整個產品質量進行核定。

3.3 無損檢測技術在質量評定上有一定局限性

對無損檢測結果沒有以法定程序進行規定，勢必造成施工檢驗與監督檢測脫離矛盾。因此有待于進一步立法，確立無損檢測的合法地位，讓其在質量監督與控制過程中發揮出更大的作用。

4 無損檢測技術在質量監督中的發展與展望

4.1 明確無損檢測在質量監督中的應用地位

4.1.1 國家出臺相應的無損檢測試用標準，讓檢測得以規范化執行。

4.1.2 確立無損檢測在工程質量監督中地位，它是質量監督的重要組成部分，監督工作以檢測數據為依據，依賴檢測數據的真實性達到監督的公正性。

4.1.3 強化無損檢測應用程序，對結構工程必須抽取10%的構件進行整體性無損現場檢測，對一般工程可在質監同時進行兩次以上的隨機性單項抽測，并以此作為工程核驗和評定的必備依據。

4.2 健全相應的無損檢測機構和組織

配備技術人員，為開展無損檢測工作打下基礎。檢測是為工程質量監督服務的，為了提高監督的科學性和公正性、權威性，就必須依靠檢測這一科學手段。因此籌建獨立的無損檢測室，一方面配合質監工作，另一方面也可對質監工作的工作質量進行內部監督，同時必須保證其人員組成相對穩定，且經過無損檢測專業培訓。

4.3 加強無損檢測理論與方法的研究

鑒于無損檢測技術的現狀和科學檢測技術的不斷發展，搞好無損檢測工作必須以大量事實檢測案例來加以總結和論證。因此這一過程要求我們一要不斷積累工作經驗，二要與各科研和檢測機構加強密切聯系和協作，做到“資源共享、信息互通”，只有這樣才能在不斷總結的基礎上，提高檢測的準確度和實用性。

4.4 開發無損檢測技術航空產品其它方面應用價值

如機場洞庫的抗打擊強度測試，防護、偽裝的厚度測試，舊軍事工程的質量狀況和安全使用情況評估等。

5 結束語

無損檢測技術不僅是航空發動機制造過程和最終成品靜態質量控制的重要手段，也是保障飛機安全飛行的動態質量控制的唯一手段。所以，為了最安全、最經濟地生產和使用航空發動機，無損檢測技術必須貫穿于制造和使用全過程中的各個環節。但也要充分認清，人們對航空發動機所期待的使用性能和質量只能在產品制造中達到而不可能通過無損檢測在產品檢測中達到，它只是能保證產品的質量或使用性能符合預期的目標。目前來看，無損檢測技術是一種高效益、高質量、高科技的檢測技術，但再完美的技術也存在著一些差距和不足，隨著技術水平的不斷發展，隨著重視程度的不斷提高，隨著應用范圍的不斷拓展，無損檢測技術的發展必將會迎來一個發展機遇期，使其在各種領域中發揮出巨大作用。

[1] 王如根，高坤華. 航空發動機新技術[M]. 北京：航空工業出版社，2003.

[2] 王自明. 無損檢測綜合知識[M]. 北京：機械工業出版社，2004.