無損檢測技術與視情維修

文 王金亮

隨著航空工業技術日臻完善，軍用飛機的設計和制造水平已經足以保證各種型號的軍機具有安全性、可靠性和可維修性。同時，航空維修的技術也在突飛猛進的發展。在這樣的大背景下，始建于五、六十年代的國內軍機維修廠亦要與時俱進，開啟視情維修的修理模式。而視情維修與飛機原位檢測密不可分，這樣就促使無損檢測新技術的廣泛應用。或者說，飛機原位檢測的無損檢測技術研發和應用，決定了飛機原位檢測的深度和廣度。

一、視情維修的定義及特征

視情維修的概念始于美國，是一種預測、預防性維修方式。主要特征有：技術先進、針對性強、原位檢測或實時監測，其關鍵技術有四個階段：狀態監測、故障診斷、故障預測及健康評估與決策的生成。又以狀態監測為核心，通過加強和完善監測監控手段，掌握設備的工作狀態，解決定期維修中的“該修不能修，不該修的卻要修”的問題。

狀態監測涉及諸多學科和技術領域，先進、適用的傳感技術、信號采集和處理是其關鍵。狀態監測的方法按照采用的手段不同分成：振動監測法、噪聲監測法、溫度監測法、壓力監測法、聲發射監測法等。

二、無損檢測定義及重要性

無損檢測就是研發和應用各種技術方法，以不損害被檢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，所進行的檢驗、檢查和測試。

一般來說，缺陷檢測是其重要的方面。由于物理量的變化與材料組織結構的異常不一定是一一對應的，所以不能盲目的使用無損檢測技術，否則不但不能提高產品的可靠性，還要增加修理成本。同理，科學的使用無損檢測技術，不僅有益于飛機的設計、制造，更會在修理過程中起到超過想象的收益。

“沒有無損檢測我們就不可能享有目前在這些領域和其他領域的領先地位。”35年前美國里根總統對美國無損檢測的評價，足以表明了無損檢測工作的重要性。

三、國內軍機大修廠的維修方式及其缺陷

國內軍機大修廠目前的維修方式屬定期維修。定期維修存在著明顯的缺點：往往會造成過度維修，增加人為因素而產生的維修差錯的概率，威脅飛機安全；費用較高，提高了飛機的使用成本。

在飛機大修活動中，維修活動包括對飛機上幾乎每一個零部件進行定期檢修，這樣就需要對每個系統、部位或構件，分解到不能再分解的程度，即使歷史上的二代機及其各系統相當簡單，以這種方式維修，也需要各種復雜的管理，流程多、費用高。

另外，根據對外場質量問題情況反饋的數據統計表明：外場質量問題多為人為因素，如：多余物、裝配不到位等問題。

四、定期維修中無損檢測的特點

飛機在設計、制造階段，會存在各類缺陷和問題。這些缺陷和問題，在該階段的無損檢測工作中，會被發現并進行反饋和修正。所以，服役后的軍機修理，主要是圍繞發現“腐蝕、疲勞、磨損”三大問題，并針對發現的問題采取相應的修理措施以保證性能和可靠性。由此來看，“檢測、測量、試驗”是飛機修理工作中的三大關鍵核心技術。而無損檢測技術均能在不同程度上實現對三大問題的發現，因此得到了廣泛應用。

在定期維修中，被譽為“工業醫生”的無損檢測工作主要目的是檢查飛機產品、結構的缺陷并進行評定，以便維修人員制定相應的維修方案，從而保證飛機維修的可行性和有效性。

（一）表面疲勞檢測技術所占比例大

定期維修中的無損檢測工作，主要是確定正在應用的產品是否能夠繼續使用，屬于在役檢測。而常見的服役缺陷有腐蝕、疲勞和磨損。因此，所用的無損檢測技術就主要針對產品的疲勞裂紋檢測。二代機的修理事實足以說明所確定的無損檢測項目至少有90%是表面檢測項目。

（二）常規檢測技術比例大

由于目前的修理模式，決定了檢測時必須要進行分解、除漆等預處理。首先，必須要將產品盡最大可能地分解到最小單元，并對產品進行前期的各種預處理（如吹砂、溶劑清洗、除漆、表面處理），然后，進行無損檢測，再進行后期處理（如吹砂、溶劑清洗），最后，進行產品的表面處理（涂鍍）工作。由此，常規無損檢測技術的互相配合使用實現了“診斷”的目的，因此常規技術的使用比例大；修理內容為了“檢測、測量”進行的工作，需要分解及預處理等大量工作及相應的系統進行支撐。

如果能夠解決原位檢測及帶漆層檢測，就可以節省大量的管理程序及人力、物力、財力。

（三）檢測工作量大

常規無損檢測技術中，檢測人員需要耗費時間和精力在大量的分解零件中尋找發生改變的區域，進行“大海撈針”的“診斷”工作，拋開為檢測服務的工序，僅僅檢測工作的本身工作量就很大。

五、先進無損檢測技術在視情維修中的應用

（一）聲發射檢測法

聲發射檢測是借助受應力材料中局部瞬態位移所產生的應力波——聲發射進行檢測的動態無損檢測方法。聲發射的主要目標：分析和確定聲發射源的性質和部位，確定聲發射發生的時間和載荷，評定聲發射源的嚴重性等。在航修系統中聲發射的主要應用：監視疲勞裂紋擴展，可監視某些復合材料構件的結構完整性，評價、監視飛機構件和整機的結構完整性等。

1.在航空器中的應用。六十年代初，美國首先在火箭等高壓容器中使用該技術，最著名的例子是監測了北極星導彈火箭發動機玻璃鋼殼體加壓試驗時裂紋的發生、發展和部位。

七十年代初，聲發射檢測技術首次應用到了飛機（C-5C運輸機）監測，證明了監測飛行中的疲勞裂紋是可行的。隨后，美國人在KC-135上，利用該技術監測主機翼下部的翼片取得了成功，并據此，美國空軍對KC-135運輸機進行了日常的飛行監測。

進入八十年代，美國人又利用聲發射技術研究飛行條件變化，疲勞裂紋擴展產生的聲發射取得了成功，表明了利用聲發射技術在機體內部框架上檢測聲發射信號是可能的。

2.先進材料中的應用。美國通用動力和空軍合作，使用該技術用于蜂窩結構板的檢查，認為聲發射方法比較理想，節省時間，節省費用，靈敏度更高，省略校準儀器時間，除此外聲發射技術也可用于起落架支柱、翼梁等特殊部位的完整性監測。同時，美國波音公司還將聲發射技術用于旋轉部件檢測和液壓系統試驗中。

尤其值得一提的是，聲發射技術在飛機延壽對策中得到很好的應用，美國PAC公司對其做了如下評價：對機體進行一次全面的檢查是可能的；具有很高的精度；在動態環境下可以檢測擴展的缺陷；如建成數據庫，容易進行自動評定的特征。在美國，已經用聲發射法對F15戰斗機的初期疲勞損傷進行了研究調查，并以此為基礎建立了維護程序。

（二）計算機層析成像檢測——CT

CT成像技術是與一般輻射成像完全不同的成像方法。一般輻射成像是將三維物體投影到二維平面成像，各層面影像重疊，造成互相干擾，不僅圖像模糊，且損失了深度信息，不能滿足分析評價要求。CT技術是把被檢測物體所檢測斷層孤立出來單獨成像，避免了其余部分的干擾和影響。所以，CT技術的主要優點是可對缺陷定位、定性、定量，結果直觀，檢測靈敏度高，檢測對象基本不受材料尺寸、形狀的限制。

但是由于該技術檢測成本高，檢測效率低，同時，維修工廠在定期維修模式的情況下，工業CT技術在國內飛機維修工廠應用很少，甚至沒有。

CT技術實現了無接觸的無損檢測，圖像質量高，能準確的展示所檢測部位內部的結構關系、物質組成及缺陷的狀況。

目前，工業CT作為一種實用化的無損檢測手段，已可以檢測大到直徑2～4m，長度8.6m，質量55000kg的結構，小到直徑數毫米的制件。

隨著科技的進步，無損檢測技術尚有其他的研發和應用，同時，無損檢測已經不再局限于對受損零件進行檢測，而是將其內涵擴大化，將對飛機與零件的使用壽命預測也納入到了無損檢測范疇中。觀察一個國家航空技術維修水平先進與否，很大程度上決定于該國家無損檢測技術發展及應用情況。

視情維修技術的成熟并應用，離不開無損檢測技術的研發和應用。由其特征可知，使用大量先進的設備、技術、開展有針對性的機上原位檢測或實時監測，進行狀態監控，是視情維修的首要條件。視情維修已經由傳統的修理模式轉換成先檢測、監控，再診斷，然后進行針對性修理的模式，因此，開展視情維修，必須大幅度提升無損檢測能力。無損檢測的能力如何，將決定航修企業的維修水平。