老龄飞机结构腐蚀的无损检测技术分析研究

2012-10-26田云飞曹宗杰赵利杰空军航空大学航空机械工程系飞机教研室长春30093846部队昌吉8300

中国科技信息 2012年7期

关键词：结构件老龄部队

田云飞曹宗杰赵利杰，空军航空大学航空机械工程系飞机教研室，长春 300；，93846部队昌吉 8300

老龄飞机结构腐蚀的无损检测技术分析研究

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1，空军航空大学航空机械工程系飞机教研室，长春 130022；2，93846部队昌吉 831100

本文针对老龄飞机结构特点，从无损检测技术使用分析入手，阐明了现阶段无损检测技术在老龄飞机维护方面存在的问题，同时对无损检测技术的未来发展提出了一些看法和建议。

老龄飞机；无损检测技术；飞机维护

引言

军用飞机，尤其是处于沿海地区、重工业地区的腐蚀性环境下，在使用中发现由于腐蚀造成的破坏越来越多，如螺钉锈蚀，蒙皮脱漆、变薄，翼梁缘条发生剥蚀，紧固件及飞机结构上一些重要承力构件出现腐蚀疲劳裂纹等，如图1。大量飞机的使用情况表明，随着服役年限增加，其抗腐蚀性能越来越差。由于飞机结构件的裂纹、腐蚀而导致的结构故障是飞机使用过程中所暴露的主要故障形式，严重的结构故障会影响飞机的正常使用。

相比新机，老龄飞机由于腐蚀造成的危害要严重的多，其原因有以下几点[1]：

（1）老龄飞机在型号设计上，其防腐的适航标准不如新型飞机考虑的全面周到；

（2）老龄飞机上的防腐涂层、腐蚀抑制剂、密封胶和密封胶带等其防腐性能都不如现代新型飞机上进过进一步改进的这些材料的性能优越；

（3）老龄飞机一般都经过多次定检、大修，由于维修水平、设备设施、人员素质等条件的限制，其结构的防腐处理、防腐安装、防腐加工达不到飞机出厂时的水平，从而造成老龄飞机的腐蚀问题日积月累，部分结构部件得不到复原；

（4）老龄飞机在长期的使用中，材料的机械力学性能会发生衰变，容易发生应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳损伤；

（5）老龄飞机服役期长，材料长期处在连续或间断的腐蚀环境中，其腐蚀破坏程度要比年轻飞机严重得多，因为腐蚀的严重程度一般都与时间成正比。

图1 飞机结构的腐蚀损伤

因此，在结构件裂纹、腐蚀发生的初期，比较准确快速的检测出发生的部位、损伤程度，可以有效的降低对老龄飞机结构的损害，从而降低维护费用，保障飞机的完好率。

1 无损检测技术在航空维护领域的应用

无损检测技术[2]（Nondestructive Inspection，NDI），就是利用声、光、电、磁等与物质的相互作用，在不改变或不影响被检对象物理、化学及使用性能的前提下，检测材料、机件和设备(被检对象）的各种内部和表面缺陷，并判断其位置、大小、形状和类型的技术。因此，又称非破坏性试验或非破坏性检测技术。目前用于无损检测的方法很多。除了5种常规(射线、超声、磁粉、渗透和涡流）方法外，还有红外、激光、声发射、微波，工业CT等检测方法。

无损检测技术对保证老龄飞机的飞行安全和结构寿命具有非常重要的意义。通过对结构件的无损监测，能使我们掌握结构件腐蚀损伤发展的规律，可以预防腐蚀损伤的进一步扩展，实现对老龄飞机的腐蚀防护与控制。对于并未参照损伤容限思想设计的老龄飞机来说，广泛应用无损检测技术可以有效提高飞机结构完好性，为完成作战训练任务提供保障。

在航空维修领域，无损检测技术的作用，主要表现在：提高了对腐蚀损伤、裂纹的检测能力。应用无损检测技术，可以降低检测到的损伤、裂纹初始尺寸，并能随时跟踪检测损伤的发展，减少了损伤带来的危害，这等于是增加了使用寿命；无损检测技术在原位和不破坏被检对象的基础上，可以直接在现场进行检测，降低了工作量，提高了工作效率；同时，还促进了维修思想的发展，由定时维修转变为视情维修，提高了飞机的腐蚀防护与控制能力。

2 无损检测技术应用分析

选择无损检测方法首先要明确对飞机结构件使用无损检测的原因。针对老龄飞机结构腐蚀特点，以及其执行飞行训练、执行任务的特点，应该从以下几个方面考虑：

确定受检结构件满足当前飞行训练或执行任务所需的技术条件；

确定受检结构件在未来使用中腐蚀损害程度不会影响任务的执行；

估算已产生腐蚀的结构件的修复费用应低于更换新结构件的费用。

应用无损检测的原因确定后，选择无损检测方法要考虑的主要因素是腐蚀类型、位置以及结构件的尺寸、形状和材质等。同时，如果要在外场维护中使用，要考虑到无损检测设备的便携程度以及现场环境对无损检测设备的影响等因素。

下面以飞机蒙皮结构为例，来进行无损检测方法的选择。老龄飞机通常使用铝合金板作为制造蒙皮的主要材料，铝合金具有塑性好的特点，但是其对腐蚀非常敏感，容易发生孔蚀、晶间腐蚀、剥蚀和应力腐蚀。特别是在蒙皮搭接件，由于老龄飞机制造工艺落后，防腐蚀性能差，密封不严，间隙大，极易产生缝隙腐蚀和孔蚀。在对部队飞机进行普查时发现，大部分飞机都存在此类问题，其危险性高，发生部位隐蔽，通常的目视无法检测，传统的无损检测技术检测效果不理想。通过几种无损检测技术的比较优选，可选用红外无损检测技术[3、4]对飞机蒙皮内部的腐蚀进行检测。

红外检测（Infrared T esting，IR）是基于辐射原理，通过扫描纪录或观察被检测工件表面上由于缺陷所引起的温度变化来检测表面和近表面缺陷的无损检测方法。该方法主要适用于检查飞机蒙皮内表面、蒙皮下梁等处隐藏腐蚀和大面积腐蚀的检测。美国在十多年前就已经开始了对红外成像技术应用于飞机结构无损检测方面的研究，对飞机结构件进行检测，取得了非常理想的效果。图2为美军利用红外成像技术对飞机结构中发生的腐蚀进行检测，图2（a）是发现到的剥蚀现象，图2（b）是检测到的积水。我国在这方面研究的比较少，只是在近几年开始了对红外检测技术的研究，虽然取得了一定的成果，但是在航空维修领域的广泛应用还需要一段时间。

3 当前应用无损检测技术存在的问题

在无损检测技术的应用上，美军处在世界的前列位置。美国[5]于1993年2月成立了世界上第一个老龄飞机无损检测认证中心，专门从事针对老龄飞机的无损检测技术可靠性和腐蚀损伤概率等方面的研究。美国空军已将无损检测技术列为一项长期发展的课题，对无损检测技术在航空维修领域的发展制订了长期明确的目标。相比较，我国在军用飞机领域，还存在很多不足，人员能力水平偏低、检测技术手段单一等问题制约着无损检测技术在航空维修领域的发展。

作为老龄飞机腐蚀防护与控制工作中的重要环节，无损检测技术可以发挥巨大的作用，但在航空兵部队一线维护工作中的发展和应用水平仍存在不足。出于历史原因，老龄飞机在设计上存在缺陷，对无损检测技术存在更高的技术要求；在装备的使用方面，对无损检测技术的推广与国际还存在比较大的差距。现阶段无损检测技术的发展主要有以下几个方面的问题：

一是对无损检测人员业务技术的培训体制不够完善。无损检测技术是一项对操作人员技术能力要求较高的技术，为了能够正确实施以保证被检对象质量，国际上和我国都规定了从事无损检测技术工作的人员必须具备一定的学历和无损检测工作实践经历以及一定的身体条件。我国颁布实施的《GB/ T 9445-2008无损检测人员资格鉴定与认证》，就对无损检测人员能力有了明确的规范。要求无损检测人员必须经过系统培训，取得无损检测资格等级证书后，方可进行无损检测工作。但是，通过部队调研可以发现，还有部分人员没有取得资格证书，或是经过系统的培训，仍然是以老带新的传授模式。虽然成立了短训班，但是不能满足部队现实的需要。这样就难以保证对飞机结构进行无损检测的质量，甚至可能引起错判、误判的问题发生。

二是无损检测设备的列装使用略显滞后。老龄飞机设计时对可维护性考虑较少，结构件构造复杂，不便于维护工作的开展。通过对部队的调研可以发现，相比新机，老龄飞机受到的腐蚀损伤更为严重，其隐蔽性更强。因此对老龄飞机进行检测更应引起重视。但是从现阶段的情况来看，普遍存在检测手段单一，检测设备落后的情况，对飞机结构的检测，停留在比较初级的阶段。对发生在内部的腐蚀，维护人员仍然仅仅依靠目视检测结合内视镜的方式，检测效果不理想，延误了腐蚀损伤处置的最佳时期，可能引发严重的后果。

三是信息的沟通与交流不足。上级机关对于无损检测设备器材的采购综合考虑部队的实际需要不够，缺乏同部队的交流；院校及科研单位存在着与部队信息沟通与交流不足的弊病，导致的后果是刚刚毕业的学员无法直接进行工作，需要重新带教，直接影响了部队战斗力；部队从事无损检测技术的人员只会按照一本手册从事固定部位的检测，在具体的特殊被检对象、适宜采用的无损检测技术方法和工艺方案的选择上缺乏同兄弟部队的交流，不了解国外无损检测技术的新发展、新动态。

4 无损检测技术在航空维修领域的发展

近年来，空军装备迅速发展，大量新机投入现役，但是，应该清醒的认识到：飞机的老化是个不能回避的问题。同时，我军仍然有大量老龄飞机执行一线训练作战任务，保证老龄飞机的完好率对提升部队战斗力具有决定性的作用，而无损检测技术又是保证老龄飞机完好率的重要途径。为了与空军装备现状和未来发展相适应，全面提高无损检测水平和维修保障能力，必须重点关注以下发展方向。

4.1 积极开展无损检测技术研究。掌握先进的无损检测技术，需要大量人力、物力的投人和技术经验的积累。首先应该重点发展数字化、智能化的无损检测设备，考虑便携性，减少外界环境的影响，以适应外场维护部队的需要；其次要加强同计算机图像技术的融合，检测对象通过计算机成像，使检测效果更直观、更可靠、更快捷。

4.2 建立无损检测指标保障体系。我国空军虽然在航空无损检测方面投入了不少经费，但迄今为止还没有明确的无损检测保障体系。当一线维护部队遇到无损检测难题和需求时，没有明确的技术指导，只能凭借经验，进行粗犷式的检测、维修，这样被动的工作状态很难达到使用无损检测的目的和意义。因此，需要明确的设计一套无损检测技术的保障体系，包括人员的培训、仪器设备的购置、消耗器材的补充、探伤方法和探伤设备的研究、探伤规范和标准的制定等。

4.4 进一步规范无损检测人员的培训体制。无损检测人员的培养是无损检测技术的核心问题。虽然研制并推广使用无损检测技术的一个主要目的就是尽量减少人为因素的影响，但无论如何操作人员本身的技术水平和检测经验的积累仍对检测结果的可靠性起到决定作用。因此，在现有无损检测人员资格标准的基础上，必须加强对人员培训体制的正规化建设，坚持实行持证上岗制度。在对人员的培养上，院校应加强同部队的沟通交流，明确部队的需求，尽可能地减少二次培训。