無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與視情維修

文 王金亮

隨著航空工業(yè)技術(shù)日臻完善，軍用飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平已經(jīng)足以保證各種型號(hào)的軍機(jī)具有安全性、可靠性和可維修性。同時(shí)，航空維修的技術(shù)也在突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在這樣的大背景下，始建于五、六十年代的國(guó)內(nèi)軍機(jī)維修廠亦要與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)啟視情維修的修理模式。而視情維修與飛機(jī)原位檢測(cè)密不可分，這樣就促使無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)的廣泛應(yīng)用。或者說(shuō)，飛機(jī)原位檢測(cè)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，決定了飛機(jī)原位檢測(cè)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(guó)，是一種預(yù)測(cè)、預(yù)防性維修方式。主要特征有：技術(shù)先進(jìn)、針對(duì)性強(qiáng)、原位檢測(cè)或?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，其關(guān)鍵技術(shù)有四個(gè)階段：狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、故障預(yù)測(cè)及健康評(píng)估與決策的生成。又以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為核心，通過(guò)加強(qiáng)和完善監(jiān)測(cè)監(jiān)控手段，掌握設(shè)備的工作狀態(tài)，解決定期維修中的“該修不能修，不該修的卻要修”的問(wèn)題。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)涉及諸多學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，先進(jìn)、適用的傳感技術(shù)、信號(hào)采集和處理是其關(guān)鍵。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法按照采用的手段不同分成：振動(dòng)監(jiān)測(cè)法、噪聲監(jiān)測(cè)法、溫度監(jiān)測(cè)法、壓力監(jiān)測(cè)法、聲發(fā)射監(jiān)測(cè)法等。

二、無(wú)損檢測(cè)定義及重要性

無(wú)損檢測(cè)就是研發(fā)和應(yīng)用各種技術(shù)方法，以不損害被檢對(duì)象未來(lái)用途和功能的方式為探測(cè)、定位、測(cè)量和評(píng)價(jià)缺陷，評(píng)估完整性、性能和成分，測(cè)量幾何特征，所進(jìn)行的檢驗(yàn)、檢查和測(cè)試。

一般來(lái)說(shuō)，缺陷檢測(cè)是其重要的方面。由于物理量的變化與材料組織結(jié)構(gòu)的異常不一定是一一對(duì)應(yīng)的，所以不能盲目的使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，否則不但不能提高產(chǎn)品的可靠性，還要增加修理成本。同理，科學(xué)的使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，不僅有益于飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造，更會(huì)在修理過(guò)程中起到超過(guò)想象的收益。

“沒(méi)有無(wú)損檢測(cè)我們就不可能享有目前在這些領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。”35年前美國(guó)里根總統(tǒng)對(duì)美國(guó)無(wú)損檢測(cè)的評(píng)價(jià)，足以表明了無(wú)損檢測(cè)工作的重要性。

三、國(guó)內(nèi)軍機(jī)大修廠的維修方式及其缺陷

國(guó)內(nèi)軍機(jī)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(diǎn)：往往會(huì)造成過(guò)度維修，增加人為因素而產(chǎn)生的維修差錯(cuò)的概率，威脅飛機(jī)安全；費(fèi)用較高，提高了飛機(jī)的使用成本。

在飛機(jī)大修活動(dòng)中，維修活動(dòng)包括對(duì)飛機(jī)上幾乎每一個(gè)零部件進(jìn)行定期檢修，這樣就需要對(duì)每個(gè)系統(tǒng)、部位或構(gòu)件，分解到不能再分解的程度，即使歷史上的二代機(jī)及其各系統(tǒng)相當(dāng)簡(jiǎn)單，以這種方式維修，也需要各種復(fù)雜的管理，流程多、費(fèi)用高。

另外，根據(jù)對(duì)外場(chǎng)質(zhì)量問(wèn)題情況反饋的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：外場(chǎng)質(zhì)量問(wèn)題多為人為因素，如：多余物、裝配不到位等問(wèn)題。

四、定期維修中無(wú)損檢測(cè)的特點(diǎn)

飛機(jī)在設(shè)計(jì)、制造階段，會(huì)存在各類缺陷和問(wèn)題。這些缺陷和問(wèn)題，在該階段的無(wú)損檢測(cè)工作中，會(huì)被發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行反饋和修正。所以，服役后的軍機(jī)修理，主要是圍繞發(fā)現(xiàn)“腐蝕、疲勞、磨損”三大問(wèn)題，并針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題采取相應(yīng)的修理措施以保證性能和可靠性。由此來(lái)看，“檢測(cè)、測(cè)量、試驗(yàn)”是飛機(jī)修理工作中的三大關(guān)鍵核心技術(shù)。而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)均能在不同程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)三大問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。

在定期維修中，被譽(yù)為“工業(yè)醫(yī)生”的無(wú)損檢測(cè)工作主要目的是檢查飛機(jī)產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)的缺陷并進(jìn)行評(píng)定，以便維修人員制定相應(yīng)的維修方案，從而保證飛機(jī)維修的可行性和有效性。

（一）表面疲勞檢測(cè)技術(shù)所占比例大

定期維修中的無(wú)損檢測(cè)工作，主要是確定正在應(yīng)用的產(chǎn)品是否能夠繼續(xù)使用，屬于在役檢測(cè)。而常見(jiàn)的服役缺陷有腐蝕、疲勞和磨損。因此，所用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)就主要針對(duì)產(chǎn)品的疲勞裂紋檢測(cè)。二代機(jī)的修理事實(shí)足以說(shuō)明所確定的無(wú)損檢測(cè)項(xiàng)目至少有90%是表面檢測(cè)項(xiàng)目。

（二）常規(guī)檢測(cè)技術(shù)比例大

由于目前的修理模式，決定了檢測(cè)時(shí)必須要進(jìn)行分解、除漆等預(yù)處理。首先，必須要將產(chǎn)品盡最大可能地分解到最小單元，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行前期的各種預(yù)處理（如吹砂、溶劑清洗、除漆、表面處理），然后，進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，再進(jìn)行后期處理（如吹砂、溶劑清洗），最后，進(jìn)行產(chǎn)品的表面處理（涂鍍）工作。由此，常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的互相配合使用實(shí)現(xiàn)了“診斷”的目的，因此常規(guī)技術(shù)的使用比例大；修理內(nèi)容為了“檢測(cè)、測(cè)量”進(jìn)行的工作，需要分解及預(yù)處理等大量工作及相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行支撐。

如果能夠解決原位檢測(cè)及帶漆層檢測(cè)，就可以節(jié)省大量的管理程序及人力、物力、財(cái)力。

（三）檢測(cè)工作量大

常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中，檢測(cè)人員需要耗費(fèi)時(shí)間和精力在大量的分解零件中尋找發(fā)生改變的區(qū)域，進(jìn)行“大海撈針”的“診斷”工作，拋開(kāi)為檢測(cè)服務(wù)的工序，僅僅檢測(cè)工作的本身工作量就很大。

五、先進(jìn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在視情維修中的應(yīng)用

（一）聲發(fā)射檢測(cè)法

聲發(fā)射檢測(cè)是借助受應(yīng)力材料中局部瞬態(tài)位移所產(chǎn)生的應(yīng)力波——聲發(fā)射進(jìn)行檢測(cè)的動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法。聲發(fā)射的主要目標(biāo)：分析和確定聲發(fā)射源的性質(zhì)和部位，確定聲發(fā)射發(fā)生的時(shí)間和載荷，評(píng)定聲發(fā)射源的嚴(yán)重性等。在航修系統(tǒng)中聲發(fā)射的主要應(yīng)用：監(jiān)視疲勞裂紋擴(kuò)展，可監(jiān)視某些復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性，評(píng)價(jià)、監(jiān)視飛機(jī)構(gòu)件和整機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性等。

1.在航空器中的應(yīng)用。六十年代初，美國(guó)首先在火箭等高壓容器中使用該技術(shù)，最著名的例子是監(jiān)測(cè)了北極星導(dǎo)彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)玻璃鋼殼體加壓試驗(yàn)時(shí)裂紋的發(fā)生、發(fā)展和部位。

七十年代初，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)首次應(yīng)用到了飛機(jī)（C-5C運(yùn)輸機(jī)）監(jiān)測(cè)，證明了監(jiān)測(cè)飛行中的疲勞裂紋是可行的。隨后，美國(guó)人在KC-135上，利用該技術(shù)監(jiān)測(cè)主機(jī)翼下部的翼片取得了成功，并據(jù)此，美國(guó)空軍對(duì)KC-135運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行了日常的飛行監(jiān)測(cè)。

進(jìn)入八十年代，美國(guó)人又利用聲發(fā)射技術(shù)研究飛行條件變化，疲勞裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的聲發(fā)射取得了成功，表明了利用聲發(fā)射技術(shù)在機(jī)體內(nèi)部框架上檢測(cè)聲發(fā)射信號(hào)是可能的。

2.先進(jìn)材料中的應(yīng)用。美國(guó)通用動(dòng)力和空軍合作，使用該技術(shù)用于蜂窩結(jié)構(gòu)板的檢查，認(rèn)為聲發(fā)射方法比較理想，節(jié)省時(shí)間，節(jié)省費(fèi)用，靈敏度更高，省略校準(zhǔn)儀器時(shí)間，除此外聲發(fā)射技術(shù)也可用于起落架支柱、翼梁等特殊部位的完整性監(jiān)測(cè)。同時(shí)，美國(guó)波音公司還將聲發(fā)射技術(shù)用于旋轉(zhuǎn)部件檢測(cè)和液壓系統(tǒng)試驗(yàn)中。

尤其值得一提的是，聲發(fā)射技術(shù)在飛機(jī)延壽對(duì)策中得到很好的應(yīng)用，美國(guó)PAC公司對(duì)其做了如下評(píng)價(jià)：對(duì)機(jī)體進(jìn)行一次全面的檢查是可能的；具有很高的精度；在動(dòng)態(tài)環(huán)境下可以檢測(cè)擴(kuò)展的缺陷；如建成數(shù)據(jù)庫(kù)，容易進(jìn)行自動(dòng)評(píng)定的特征。在美國(guó)，已經(jīng)用聲發(fā)射法對(duì)F15戰(zhàn)斗機(jī)的初期疲勞損傷進(jìn)行了研究調(diào)查，并以此為基礎(chǔ)建立了維護(hù)程序。

（二）計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)——CT

CT成像技術(shù)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(píng)價(jià)要求。CT技術(shù)是把被檢測(cè)物體所檢測(cè)斷層孤立出來(lái)單獨(dú)成像，避免了其余部分的干擾和影響。所以，CT技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)缺陷定位、定性、定量，結(jié)果直觀，檢測(cè)靈敏度高，檢測(cè)對(duì)象基本不受材料尺寸、形狀的限制。

但是由于該技術(shù)檢測(cè)成本高，檢測(cè)效率低，同時(shí)，維修工廠在定期維修模式的情況下，工業(yè)CT技術(shù)在國(guó)內(nèi)飛機(jī)維修工廠應(yīng)用很少，甚至沒(méi)有。

CT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸的無(wú)損檢測(cè)，圖像質(zhì)量高，能準(zhǔn)確的展示所檢測(cè)部位內(nèi)部的結(jié)構(gòu)關(guān)系、物質(zhì)組成及缺陷的狀況。

目前，工業(yè)CT作為一種實(shí)用化的無(wú)損檢測(cè)手段，已可以檢測(cè)大到直徑2～4m，長(zhǎng)度8.6m，質(zhì)量55000kg的結(jié)構(gòu)，小到直徑數(shù)毫米的制件。

隨著科技的進(jìn)步，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)尚有其他的研發(fā)和應(yīng)用，同時(shí)，無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)不再局限于對(duì)受損零件進(jìn)行檢測(cè)，而是將其內(nèi)涵擴(kuò)大化，將對(duì)飛機(jī)與零件的使用壽命預(yù)測(cè)也納入到了無(wú)損檢測(cè)范疇中。觀察一個(gè)國(guó)家航空技術(shù)維修水平先進(jìn)與否，很大程度上決定于該國(guó)家無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用情況。

視情維修技術(shù)的成熟并應(yīng)用，離不開(kāi)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。由其特征可知，使用大量先進(jìn)的設(shè)備、技術(shù)、開(kāi)展有針對(duì)性的機(jī)上原位檢測(cè)或?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，是視情維修的首要條件。視情維修已經(jīng)由傳統(tǒng)的修理模式轉(zhuǎn)換成先檢測(cè)、監(jiān)控，再診斷，然后進(jìn)行針對(duì)性修理的模式，因此，開(kāi)展視情維修，必須大幅度提升無(wú)損檢測(cè)能力。無(wú)損檢測(cè)的能力如何，將決定航修企業(yè)的維修水平。