无损检测在航空发动机质量监督的应用与发展

任志强 侯 波 何卫峰

在航空发动机质量监督与控制过程中，随着监督手段的不断完善，检测仪器的不断发展，在过程质量监督工作的科技含量也在不断加大。近年来先后引进和使用的无损检测技术，便是更好的说明。所谓无损检测技术，就是研发和应用各种技术方法，以不损害被检测对象未来用途和功能的方式，为探测、定位、测量和评价缺陷，评估完整性、性能和成分，测量几何特征，而对材料和零（部）件所进行的检验、检查和测试，如强度值、厚度值、内部缺陷点、成分含量等[1]。它有着更为诱人的特点：非破坏性、随机性、远距离探测、现场检测等等；且检测数据可连续性采集，并通过数理分析和逻辑判断，能够比较准确地推定出产品质量的状况，从而弥补了以往在质量监督中单纯以“查、看、审、量”的观感检查和外形质量控制偏差来推及产品质量优劣的做法，使监督检测的结果更具真实性、科学性和权威性。尤其对于航空发动机而言，准确鉴定和评估其质量的状况，关系到飞行员的生命，关系到作战任务的遂行，关系到国家的巨额财产。因此，充分运用无损检测技术，严把质量关，有着十分重要的意义。

1 无损检测技术在航空发动机质量监督中的作用

无损检测技术是应用物理、电子与材料学等各门学科相互渗透和结合的产物。随着无损检测技术应用的日益广泛和伴随着其他基础科学的综合应用，已发展了几十种无损检测方法。如按检测原理来分类，常用的方法见表1。

表1 无损检测常用方法

1.1 无损检测技术是质量事故检测和处理的法定方法之一

当对产品相关的性能和要求存在怀凝时，可采用非破损检验方法或从结构、构件中钻取芯样的方法，按有关标准规定，对相关的技术指标进行推定，作为是否应进行处理的依据。

1.2 无损检测技术是质量预控和监督的有效手段

随着无损检测可靠性的提高，其检测结果非但是普遍使用的一种质量处理的依据，而且越来越多的将其做为质量控制手段，使无损检测技术介入生产管理中。如原材料的水浸超声波探伤，可在几分钟的时间里，通过图像判定，对材料的内部质量作出评定，起到了预先监控的作用。

1.3 无损检测技术是质量评估的重要依据

在以标准试块测定值为代表来评判质量的基础上，运用无损检测结果比较既可验证试块的真实性，也可反映出产品的真实质量和差异。

2 无损检测技术在航空发动机质量监督中的应用

在航空发动机的全过程管理过程中，实施无损检测主要有以下3个方面的应用

2.1 质量管理

每一种产品均有其使用性能要求，这些要求通常在该产品的技术文件中规定，例如技术条件、技术规范、验收标准等，以技术质量指标反映。

无损检测的主要目的之一，就是对非连续加工（例如多工序生产）或连续加工（例如自动化生产流水线）的原材料、半成品、成品以及产品构件提供实时的工序质量控制，特别是控制产品材料的冶金质量与生产工艺质量，例如缺陷情况、组织状态、涂镀层厚度监控等等，同时，通过检测所了解到的质量信息又可反馈给设计与工艺部门，促使进一步改进设计与制造工艺以提高产品质量，收到减少废品和返修品，从而降低制造成本、提高生产效率的效果。

例如，某厂生产的模锻件，进行磁粉检测发现存在锻造折叠，使得锻件报废或需要返修而成为次品，折叠出现率达到30%～40%。通过改进模具设计和模锻前的毛料荒形设计，以及改进模锻时摆放毛料的方式，使折叠出现率下降到0，杜绝了因为折叠造成的废品和返修品出现，从而大大节约了原材料和能源消耗，节省了返修工时，明显提高了生产效率。

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

由此可见，在生产制造过程中采用无损检测技术，及时检出原始的和加工过程中出现的各种缺陷并据此加以控制，防止不符合质量要求的原材料、半成品流入下道工序，避免徒劳无功所导致的工时、人力、原材料以及能源的浪费，同时也促使设计和工艺方面的改进，亦即避免出现最终产品的“质量不足”。

另一方面，利用无损检测技术也可以根据验收标准将材料、产品的质量水平控制在适合使用性能要求的范围内，避免无限度地提高质量要求造成所谓的“质量过剩”。 利用无损检测技术还可以通过检测确定缺陷所处的位置，在不影响设计性能的前提下使用某些存在缺陷的材料或半成品，例如缺陷处于加工余量之内，或者允许局部修磨或修补，或者调整加工工艺使缺陷位于将要加工去除的部位等等，从而可以提高材料的利用率，获得良好的经济效益。

因此，无损检测技术在降低生产制造费用、提高材料利用率、提高生产效率，使产品同时满足使用性能要求（质量水平）和经济效益的需求两方面都起着重要的作用。

2.2 质量鉴定

已制成的产品（包括材料、零部件等）在投入使用或作进一步加工，或进行组装之前，需要进行最终检验，亦即质量鉴定，确定其是否达到设计性能要求，能否安全使用，亦即判别其是否合格，以免给以后的使用造成隐患。

例如，某钢轧棒，未经无损检验即投入锻造加工，结果出现大约56%的锻件开裂报废，经济损失很大，其原因是该批轧棒中存在严重的白点缺陷。类似的因为零部件质量低劣而在后续使用中早期破损甚至酿成灾难性事故的例子和教训同样也很多。

因此，产品使用前的质量验收鉴定是非常必要的，特别是那些将在高应力、高温、高循环载荷等复杂恶劣条件下以及恶劣环境中工作的零部件或构件等，仅仅靠一般的外观检查、尺寸检查、破坏性抽检等是远远不够的，在这方面，无损检测技术表现出能够百分之百地全面检查材料内外部的无比优越性。

2.3 在役检测

使用无损检测技术对运行期间或正在运行中的设备构件进行经常性的或者定期的检查，或者实时监控（称为在役检测），能及时发现影响设备继续安全运行或使用的隐患，防止事故的发生[2]。例如疲劳损伤，或者产品中原有的微小缺陷在使用过程中扩展成为危险性缺陷等等，对于航空发动机而言，防患于未然，更有着不可忽视的重要意义。

定期或不定期在役无损检测的目的并不仅仅是尽早发现和确认危害设备安全运行及使用的隐患并予以及时清除，从经济意义上来说，当今对无损检测技术还要求在发现早期缺陷（例如初始疲劳裂纹）后，通过无损检测技术定期或实时（连续）监视其发展，对所探测到的缺陷能够确定其类型、尺寸、位置、形状与取向等，根据断裂力学理论和损伤容限设计、耐久性等对设备构件的状态、能否继续使用、安全使用的极限寿命或者剩余寿命做出评估和判断。

3 无损检测技术在航空发动机质量监督中的问题探讨与思考

作为航空发动机质量控制、结构验收及监督的重要手段，无损检测技术肩负的责任很重，但其发展和应用水平仍有一定的差距，既有技术上的不足也有应用中的问题。

3.1 其测试和推定的准确度有待进步提高

例如运用超声回弹综合法测定材料时，超声波速受外界湿度、温度的影响较大，在不同的地方比较性试验时，往往对试块测定值离异较大；随机提供的标准参数曲线，在各地区不尽相同，故而也相对产生误差。用电涡流测定叶片裂纹时，一是精确度与验评标准本身就有差异，二是受操作者的专业熟练程度影响，有人为误差。

3.2 综合质量鉴定有待于完善

随着新材料、新技术、新工艺的不断应用，在质量鉴定时，不但要检查出产品的质量状况，同样也要对于出现的异常情况作出评定，如长度深度大小等，只有这样才能对全面、综合地对整个产品质量进行核定。

3.3 无损检测技术在质量评定上有一定局限性

对无损检测结果没有以法定程序进行规定，势必造成施工检验与监督检测脱离矛盾。因此有待于进一步立法，确立无损检测的合法地位，让其在质量监督与控制过程中发挥出更大的作用。

4 无损检测技术在质量监督中的发展与展望

4.1 明确无损检测在质量监督中的应用地位

4.1.1 国家出台相应的无损检测试用标准，让检测得以规范化执行。

4.1.2 确立无损检测在工程质量监督中地位，它是质量监督的重要组成部分，监督工作以检测数据为依据，依赖检测数据的真实性达到监督的公正性。

4.1.3 强化无损检测应用程序，对结构工程必须抽取10%的构件进行整体性无损现场检测，对一般工程可在质监同时进行两次以上的随机性单项抽测，并以此作为工程核验和评定的必备依据。

4.2 健全相应的无损检测机构和组织

配备技术人员，为开展无损检测工作打下基础。检测是为工程质量监督服务的，为了提高监督的科学性和公正性、权威性，就必须依靠检测这一科学手段。因此筹建独立的无损检测室，一方面配合质监工作，另一方面也可对质监工作的工作质量进行内部监督，同时必须保证其人员组成相对稳定，且经过无损检测专业培训。

4.3 加强无损检测理论与方法的研究

鉴于无损检测技术的现状和科学检测技术的不断发展，搞好无损检测工作必须以大量事实检测案例来加以总结和论证。因此这一过程要求我们一要不断积累工作经验，二要与各科研和检测机构加强密切联系和协作，做到“资源共享、信息互通”，只有这样才能在不断总结的基础上，提高检测的准确度和实用性。

4.4 开发无损检测技术航空产品其它方面应用价值

如机场洞库的抗打击强度测试，防护、伪装的厚度测试，旧军事工程的质量状况和安全使用情况评估等。

5 结束语

无损检测技术不仅是航空发动机制造过程和最终成品静态质量控制的重要手段，也是保障飞机安全飞行的动态质量控制的唯一手段。所以，为了最安全、最经济地生产和使用航空发动机，无损检测技术必须贯穿于制造和使用全过程中的各个环节。但也要充分认清，人们对航空发动机所期待的使用性能和质量只能在产品制造中达到而不可能通过无损检测在产品检测中达到，它只是能保证产品的质量或使用性能符合预期的目标。目前来看，无损检测技术是一种高效益、高质量、高科技的检测技术，但再完美的技术也存在着一些差距和不足，随着技术水平的不断发展，随着重视程度的不断提高，随着应用范围的不断拓展，无损检测技术的发展必将会迎来一个发展机遇期，使其在各种领域中发挥出巨大作用。

[1] 王如根，高坤华. 航空发动机新技术[M]. 北京：航空工业出版社，2003.

[2] 王自明. 无损检测综合知识[M]. 北京：机械工业出版社，2004.