无损检测技术与视情维修

文 王金亮

随着航空工业技术日臻完善，军用飞机的设计和制造水平已经足以保证各种型号的军机具有安全性、可靠性和可维修性。同时，航空维修的技术也在突飞猛进的发展。在这样的大背景下，始建于五、六十年代的国内军机维修厂亦要与时俱进，开启视情维修的修理模式。而视情维修与飞机原位检测密不可分，这样就促使无损检测新技术的广泛应用。或者说，飞机原位检测的无损检测技术研发和应用，决定了飞机原位检测的深度和广度。

一、视情维修的定义及特征

视情维修的概念始于美国，是一种预测、预防性维修方式。主要特征有：技术先进、针对性强、原位检测或实时监测，其关键技术有四个阶段：状态监测、故障诊断、故障预测及健康评估与决策的生成。又以状态监测为核心，通过加强和完善监测监控手段，掌握设备的工作状态，解决定期维修中的“该修不能修，不该修的却要修”的问题。

状态监测涉及诸多学科和技术领域，先进、适用的传感技术、信号采集和处理是其关键。状态监测的方法按照采用的手段不同分成：振动监测法、噪声监测法、温度监测法、压力监测法、声发射监测法等。

二、无损检测定义及重要性

无损检测就是研发和应用各种技术方法，以不损害被检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，所进行的检验、检查和测试。

一般来说，缺陷检测是其重要的方面。由于物理量的变化与材料组织结构的异常不一定是一一对应的，所以不能盲目的使用无损检测技术，否则不但不能提高产品的可靠性，还要增加修理成本。同理，科学的使用无损检测技术，不仅有益于飞机的设计、制造，更会在修理过程中起到超过想象的收益。

“没有无损检测我们就不可能享有目前在这些领域和其他领域的领先地位。”35年前美国里根总统对美国无损检测的评价，足以表明了无损检测工作的重要性。

三、国内军机大修厂的维修方式及其缺陷

国内军机大修厂目前的维修方式属定期维修。定期维修存在着明显的缺点：往往会造成过度维修，增加人为因素而产生的维修差错的概率，威胁飞机安全；费用较高，提高了飞机的使用成本。

在飞机大修活动中，维修活动包括对飞机上几乎每一个零部件进行定期检修，这样就需要对每个系统、部位或构件，分解到不能再分解的程度，即使历史上的二代机及其各系统相当简单，以这种方式维修，也需要各种复杂的管理，流程多、费用高。

另外，根据对外场质量问题情况反馈的数据统计表明：外场质量问题多为人为因素，如：多余物、装配不到位等问题。

四、定期维修中无损检测的特点

飞机在设计、制造阶段，会存在各类缺陷和问题。这些缺陷和问题，在该阶段的无损检测工作中，会被发现并进行反馈和修正。所以，服役后的军机修理，主要是围绕发现“腐蚀、疲劳、磨损”三大问题，并针对发现的问题采取相应的修理措施以保证性能和可靠性。由此来看，“检测、测量、试验”是飞机修理工作中的三大关键核心技术。而无损检测技术均能在不同程度上实现对三大问题的发现，因此得到了广泛应用。

在定期维修中，被誉为“工业医生”的无损检测工作主要目的是检查飞机产品、结构的缺陷并进行评定，以便维修人员制定相应的维修方案，从而保证飞机维修的可行性和有效性。

（一）表面疲劳检测技术所占比例大

定期维修中的无损检测工作，主要是确定正在应用的产品是否能够继续使用，属于在役检测。而常见的服役缺陷有腐蚀、疲劳和磨损。因此，所用的无损检测技术就主要针对产品的疲劳裂纹检测。二代机的修理事实足以说明所确定的无损检测项目至少有90%是表面检测项目。

（二）常规检测技术比例大

由于目前的修理模式，决定了检测时必须要进行分解、除漆等预处理。首先，必须要将产品尽最大可能地分解到最小单元，并对产品进行前期的各种预处理（如吹砂、溶剂清洗、除漆、表面处理），然后，进行无损检测，再进行后期处理（如吹砂、溶剂清洗），最后，进行产品的表面处理（涂镀）工作。由此，常规无损检测技术的互相配合使用实现了“诊断”的目的，因此常规技术的使用比例大；修理内容为了“检测、测量”进行的工作，需要分解及预处理等大量工作及相应的系统进行支撑。

如果能够解决原位检测及带漆层检测，就可以节省大量的管理程序及人力、物力、财力。

（三）检测工作量大

常规无损检测技术中，检测人员需要耗费时间和精力在大量的分解零件中寻找发生改变的区域，进行“大海捞针”的“诊断”工作，抛开为检测服务的工序，仅仅检测工作的本身工作量就很大。

五、先进无损检测技术在视情维修中的应用

（一）声发射检测法

声发射检测是借助受应力材料中局部瞬态位移所产生的应力波——声发射进行检测的动态无损检测方法。声发射的主要目标：分析和确定声发射源的性质和部位，确定声发射发生的时间和载荷，评定声发射源的严重性等。在航修系统中声发射的主要应用：监视疲劳裂纹扩展，可监视某些复合材料构件的结构完整性，评价、监视飞机构件和整机的结构完整性等。

1.在航空器中的应用。六十年代初，美国首先在火箭等高压容器中使用该技术，最著名的例子是监测了北极星导弹火箭发动机玻璃钢壳体加压试验时裂纹的发生、发展和部位。

七十年代初，声发射检测技术首次应用到了飞机（C-5C运输机）监测，证明了监测飞行中的疲劳裂纹是可行的。随后，美国人在KC-135上，利用该技术监测主机翼下部的翼片取得了成功，并据此，美国空军对KC-135运输机进行了日常的飞行监测。

进入八十年代，美国人又利用声发射技术研究飞行条件变化，疲劳裂纹扩展产生的声发射取得了成功，表明了利用声发射技术在机体内部框架上检测声发射信号是可能的。

2.先进材料中的应用。美国通用动力和空军合作，使用该技术用于蜂窝结构板的检查，认为声发射方法比较理想，节省时间，节省费用，灵敏度更高，省略校准仪器时间，除此外声发射技术也可用于起落架支柱、翼梁等特殊部位的完整性监测。同时，美国波音公司还将声发射技术用于旋转部件检测和液压系统试验中。

尤其值得一提的是，声发射技术在飞机延寿对策中得到很好的应用，美国PAC公司对其做了如下评价：对机体进行一次全面的检查是可能的；具有很高的精度；在动态环境下可以检测扩展的缺陷；如建成数据库，容易进行自动评定的特征。在美国，已经用声发射法对F15战斗机的初期疲劳损伤进行了研究调查，并以此为基础建立了维护程序。

（二）计算机层析成像检测——CT

CT成像技术是与一般辐射成像完全不同的成像方法。一般辐射成像是将三维物体投影到二维平面成像，各层面影像重叠，造成互相干扰，不仅图像模糊，且损失了深度信息，不能满足分析评价要求。CT技术是把被检测物体所检测断层孤立出来单独成像，避免了其余部分的干扰和影响。所以，CT技术的主要优点是可对缺陷定位、定性、定量，结果直观，检测灵敏度高，检测对象基本不受材料尺寸、形状的限制。

但是由于该技术检测成本高，检测效率低，同时，维修工厂在定期维修模式的情况下，工业CT技术在国内飞机维修工厂应用很少，甚至没有。

CT技术实现了无接触的无损检测，图像质量高，能准确的展示所检测部位内部的结构关系、物质组成及缺陷的状况。

目前，工业CT作为一种实用化的无损检测手段，已可以检测大到直径2～4m，长度8.6m，质量55000kg的结构，小到直径数毫米的制件。

随着科技的进步，无损检测技术尚有其他的研发和应用，同时，无损检测已经不再局限于对受损零件进行检测，而是将其内涵扩大化，将对飞机与零件的使用寿命预测也纳入到了无损检测范畴中。观察一个国家航空技术维修水平先进与否，很大程度上决定于该国家无损检测技术发展及应用情况。

视情维修技术的成熟并应用，离不开无损检测技术的研发和应用。由其特征可知，使用大量先进的设备、技术、开展有针对性的机上原位检测或实时监测，进行状态监控，是视情维修的首要条件。视情维修已经由传统的修理模式转换成先检测、监控，再诊断，然后进行针对性修理的模式，因此，开展视情维修，必须大幅度提升无损检测能力。无损检测的能力如何，将决定航修企业的维修水平。