飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕損傷檢測及可靠性研究

何衛(wèi)平 劉成臣

（中國特種飛行器研究所， 湖北 荊門 448035）

經(jīng)常對飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕檢測是使用維護(hù)中對飛機(jī)進(jìn)行全方位腐蝕控制非常重要的因素。盡早地檢查、發(fā)現(xiàn)及處理腐蝕損傷，可以最大限度地降低腐蝕損壞所引起的代價(jià)。沒有常規(guī)系統(tǒng)性的腐蝕檢測，飛機(jī)結(jié)構(gòu)將遭受嚴(yán)重的腐蝕損壞。

近年來，國外對腐蝕檢測非常重視，腐蝕檢測技術(shù)飛速發(fā)展，所采用的設(shè)備也越來越先進(jìn)。對于飛機(jī)表面可視的腐蝕，目前的研究已經(jīng)相對成熟，而隨著飛機(jī)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，多層合金復(fù)合結(jié)構(gòu)被越來越廣泛的應(yīng)用到飛機(jī)的設(shè)計(jì)中，飛機(jī)隱藏腐蝕檢測及可靠性已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)，飛機(jī)隱藏腐蝕檢測作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，經(jīng)歷了從無損探傷，到無損檢測，再到無損評價(jià)，并且向自動無損評價(jià)和定量無損評價(jià)方向發(fā)展。

本文闡述了國內(nèi)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕損傷檢測技術(shù)及方法，并介紹了腐蝕損傷檢測技術(shù)的可靠性評價(jià)要求及各種檢測技術(shù)的可靠性對比分析。

1 腐蝕損傷檢測方法

當(dāng)前國外飛機(jī)腐蝕維護(hù)手冊中規(guī)定的腐蝕檢測方法主要包括目視法及無損檢測法，手冊中給出了對應(yīng)的檢測設(shè)備及要求，表1為各種腐蝕檢測工具及檢測的腐蝕類型。

1.1 目視檢查

目視檢查方法是腐蝕檢測和評估使用最廣泛的方法。對于檢查大多數(shù)類型的腐蝕非常有效。目視檢查工具如下：手電筒；放大倍數(shù)為10的玻璃放大鏡；塑料刮刀；深度計(jì)和測微具；管道鏡；光學(xué)測微具。

1.2 無損檢測

1.2.1 熒光滲透檢測

熒光滲透檢測法可用于檢測應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞、疲勞裂紋、晶間腐蝕和磨砂去除腐蝕后的殘留物。

1.2.2 渦流檢測

渦流法用于檢測或評估可達(dá)或不可達(dá)表面的腐蝕，可用于檢測和評估點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、絲狀腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂和腐蝕疲勞。渦流檢測技術(shù)用于發(fā)生腐蝕的、不可達(dá)的內(nèi)部表面，如經(jīng)常滯留濕氣的接合面。

1.2.3 超聲波檢測

超聲波法可用于檢測絲狀腐蝕、晶間腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞。

1.2.4 X射線檢測

盡管X射線檢測法可用于檢測和評估腐蝕，但通常只用于其他方法無法實(shí)現(xiàn)時(shí)。X射線法工作時(shí)間過長，檢測期間對維修人員要求高。與超聲檢測結(jié)合可確定蜂窩鋁的狀態(tài)。

2 腐蝕損傷檢測可靠性

無損傷檢測作為飛機(jī)使用維護(hù)中安全性評估的一個(gè)重要組成部分，檢測的可靠性顯得非常關(guān)鍵。無損檢測可靠性的研究及發(fā)展，起源于疲勞裂紋的檢測，但逐漸的運(yùn)用至腐蝕損傷等其他損傷。當(dāng)前的無損檢測可靠性技術(shù)主要用單一參數(shù)來量化損傷，例如裂紋長度，圖1給出了檢測可靠度與裂紋長度的關(guān)系。假如腐蝕損傷可用單一的參數(shù)來表征，那么無損檢測的可靠性方法應(yīng)用于腐蝕損傷檢測可靠性研究是可行的。

2.1 腐蝕損傷檢測可靠性評價(jià)要求

腐蝕損傷檢測技術(shù)可靠性的評價(jià)過程需要大量的數(shù)據(jù)支持，應(yīng)滿足以下要求：

圖1 超聲波法檢測裂紋長度的可靠性

采用整套的檢測體系，包括典型的設(shè)備、檢測過程及檢測人員和樣件；

采用帶典型損傷的樣件，如蒙皮裂紋、緊固件周圍裂紋及腐蝕損傷等；

由于檢測的步驟及檢測環(huán)境對檢測結(jié)果影響較大，如人為因素、光、溫度、經(jīng)驗(yàn)等，因此對無損檢測的可靠性進(jìn)行評價(jià)時(shí)，應(yīng)模擬實(shí)際的服役環(huán)境及檢測步驟。

2.2 腐蝕檢測可靠性與表征量的關(guān)系

飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷表征形式較多，包括腐蝕損傷面積、體積、深度、損傷結(jié)構(gòu)的厚度損失等等。為評價(jià)腐蝕損傷表征量與檢測可靠性的關(guān)系，按2.1節(jié)的腐蝕損傷檢測可靠性評價(jià)要求，對飛機(jī)蒙皮結(jié)構(gòu)搭接面內(nèi)表面的腐蝕損傷進(jìn)行了檢測，研究表明，此類結(jié)構(gòu)腐蝕損傷檢測的可靠性主要與材料的厚度損失以及腐蝕損傷的面積相關(guān)，如圖2所示，腐蝕損傷檢測的可靠性隨厚度損失及損傷面積的增大而增大。

圖2 蒙皮搭接面腐蝕損傷檢測可靠性與厚度損失及腐蝕面積的關(guān)系

對以厚度損失來檢測腐蝕損傷的誤差進(jìn)行計(jì)算，以評估基于厚度損失進(jìn)行檢測時(shí)的安全性。對腐蝕損傷引起的不同厚度損失時(shí)，無損檢測的標(biāo)準(zhǔn)方差進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖3所示。可以看到厚度損傷越大時(shí)，其檢測的可靠性增大。

2.3 無損檢測技術(shù)的可靠性

為考查各種無損檢測技術(shù)方法的準(zhǔn)確性，對單頻渦流、脈沖超聲波、熱成像及多頻渦流技術(shù)進(jìn)行了比較，表2為上述4種檢測技術(shù)分別對蒙皮搭接面外表面點(diǎn)蝕，以厚度損失進(jìn)行表征的檢測結(jié)果對比。可以看出，多頻渦流技術(shù)的檢測精度更高，對厚度損失的檢測更靈敏。

3 結(jié)語

為確保老齡飛機(jī)的飛行安全性，延長使用壽命，采用高效的、高可靠性的腐蝕損傷檢測方法極為重要，目前多種無損檢測技術(shù)在飛機(jī)實(shí)體結(jié)構(gòu)或模擬結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷檢測中得到應(yīng)用。表3總結(jié)了各種檢測技術(shù)使用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)及檢測的精度和靈敏度，可為腐蝕損傷檢測技術(shù)的選擇提供參考。值得注意的是，每種腐蝕損傷檢測技術(shù)都有其固有的優(yōu)點(diǎn)及局限性，在實(shí)際使用過程中，通常需要根據(jù)腐蝕的類型、結(jié)構(gòu)形式及重要性等因素采用組合的無損檢測方法。

圖3 不同腐蝕損傷級別的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)偏差

表2 4種無損檢測技術(shù)的評價(jià)

表3 飛機(jī)結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)特點(diǎn)

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