航空装备无损检测技术现状及发展趋势

■ 朱泊霖

0 引言

无损检测 (NDT)技术是一种具有低投入、高产出的典型工程应用技术。它能够提高飞机、太空、发电站、船舶、汽车和建筑物的可靠性。无损检测技术是一项应用非常广泛的技术，它与国家的重点项目建设密切相关，是我国目前急需解决的重大安全问题。

1 航空装备无损检测工作的主要特点

航空设备的无损试验存在着以下问题：①结构复杂，多数情况下，自动化装置并不能起到很好的效果。②材料广泛。包括铝合金、钛合金、高强度钢、复合材料等。以复合材料为例，其失效现象较为独特，主要存在着分层、基体开裂、纤维断裂等缺陷，同时由于声学各向异性以及声波衰减系数较高，使得传统的超声波探测难以进行。钛合金是非磁性材料，但为粗晶态，在超声波、涡流探测等方面均遇到了新问题。③目标的复杂性。无论是老式飞机，还是新机型，在许多场合下，其探测能力都较差，尤其是叶片、压气机盘、涡轮盘等部件，更是使检验工作十分困难。④在某些特定部位、特殊区域和可能的故障探测方面，必须事先进行相关的研究。由于缺乏有关数据，这一工作常常基于已有的试验经验进行大量的前期研究，因此其危险性很高。

2 我国航空装备无损检测工作现状

在国内，航空航天领域的研究已成为最普遍、最活跃的一个领域。在进行航空设备无损检验时，必须坚持找到最合适、最有效的途径，不要盲目地走高、精、尖的路线，选择“对”的，不要盲目地去追求“贵”的！比如，在民航的无损检查中，视觉（包括通过仪器的目视）可以占据70%以上的无损伤检查，而可视化和常规检查则有超过90%。当然，由于飞机的特殊和安全需要，目前最先进的探测技术（结构健康监测、脉冲涡流、激光、红外图像）已被广泛应用。

我国航空无损检验技术在国际上居于领先地位，科技工作者可自行解决、攻克各类技术难题。由于焊缝缺陷的近、小，焊接部位的金属构造与母材类似，传统的X 射线、超声波等检测手段难以处理。刘松平等对焊接区、入射波的反射、散射、绕射等进行了全面的分析，得到了较好的结果。此基于TOFD 技术，采用了L-TOFD、P-sweep 技术对搅拌摩擦焊接进行了全面的检测。这种方法可以取代X 射线法，并能有效地解决焊接缺陷，从而提高了搅拌摩擦焊焊接的焊接质量[1]。

刘松平等在复合材料缺陷检测方面也做了一些有创新性的工作。研制的CUS-6000 型复合高效超声波自动扫描成像检测装置，具有工业应用水平，可以直接为复合材料生产提供技术支持。本团队开发的超声波显微图像技术能够准确地判定各个铺层的缺陷，在今后的发展中将起到关键的作用。

3 航空装备无损检测技术发展方向及需要重视的领域

本文对中国无损试验技术的发展动向进行了讨论。提出中国无损检测技术在新的发展阶段，大力发展智能化、自动化成像检测设备，并在AE 预报中对重大裂缝、重要结构的小裂缝进行预报。就与航空器材有关的若干问题进行了探讨。

3.1 大力发展结构健康监测（SHM）技术

结构健康监控是对建筑物进行一系列的监测与评估。在结构发生了早期的破坏和疲劳破坏时，可以采取修补措施来预防。因此，在未来，提高装备可靠性、延长使用寿命、提高装备使用寿命、提高装备可靠性，是目前最好的防治措施。除了以上所述的声发射监测技术作为一种结构健康监控技术之外，已经出现了许多行之有效的检测手段，如：智能传感器、智能材料、光纤、变形监测等传统的检测技术都有其自身的缺陷，所以，采用多种方法进行健康监测是最有效的。

3.2 提倡绿色NDT――无损检测技术的发展必须与我国工业发展的总体思路相适应

今后NDR 装置还应向环保的方向发展。传统的检测方法可能会逐渐被淘汰，或被新的检测手段取代。比如磁粉探伤，由于漏磁探测技术的不断发展，检测灵敏度的不断提高，并且由于其易于实现智能化、可视化等特点，磁粉探伤将会被漏磁探测所取代。另外正在进行中的数码射线探测技术将取代传统的胶卷探测。超声技术的发展，如TOFD 技术在焊缝检测中的应用，使得采用超声TOFD代替或部分取代的方法成为可能。在航空航天设备的无损测试中，推动新技术的推广是一项十分困难的工作。

3.3 智能NDT 和信息化NDH――信息化和智能化的无损检测设备

当前制造业中的一个热门话题是“智能制造”，它是指生产智能行为的机械设备，包括分析、推理、判断、构思、决策等。目前的晶片探测技术与微电子及高性能电脑相结合，可以建立一个整合的资讯系统及智能侦测装置。无损测试的智能化和无损测试直接后果是无损测试“更容易”[2]。从20 世纪90 年代起，美国空军对此进行了有益的研究。将现场试验技术中的关键技术保存在数字超声波及涡流试验装置中，使现场工作人员的工作程序大为简化，并使现场试验的可靠性得到了极大地提高。

3.4 集成和数据融合技术

任何一种无损试验都有其应用领域，因而难以全面地评价被检物体。为了提高测试的可靠性和效率、减少测试费用、保证测试的完整性，可以将各种测试手段结合在一起，但是，通过各种方法得到的结果不能相互独立，而是要相互结合，从而对被测目标进行评估，即将数据（结果）进行融合。所以，对于综合测试设备来说，最根本的需求就是能够提供一个高效的数据融合平台。林俊明在2011 世界华人无损测试峰会上，提出了云探测的概念，并尝试在无损测试技术中引入云计算。虽然现在还处于摸索阶段，但是“云技术”的发展将会对无损测试的发展产生重大的影响。

与综合设备类似的是专门针对具体目标的测试设备，即量体裁衣、按需订制的解决方案，同时也是航天设备测试领域的一个重要发展方向。美国空军在这一领域有着丰富的经验，在对某柴油机低压压气机进行一阶轮毂左槽测试时，将TOFD 的一次发射双探针换成了一次两个单片，开发了5MHz190 左TOFD探针，能很好地解决了一号轮毂左叶槽裂缝的探测问题。此外，为解决某型发动机二级涡轮叶片尾部裂纹问题，空军有关部门专门研制了一种特殊的涡扇探测器，为军队装备使用提供了可靠的保障。

4 无损检测学会（ChSNDT）及国内无损检测概况

NDS 是中国机械工程协会的一个重要分支机构，由CMES 牵头，但在对外交流方面，NDS 是一个独立的协会，对外的名字叫做ChineseS0cietyforNonDe stmctiveTesting(ChSNDT，中国NDT)。ChSNDT 是全球最活跃、会员最多的无损测试组织。33 年来，NDS 为国内无损检验工作者提供咨询、交流、提升技术水平、提升产品质量、确保设备安全可靠运行的良好条件。无损检验工作者积极参加国内外的合作和交流，为促进我国无损检验技术的发展，促进了国内外的合作。

2008 年10 月，ChSNDT 在上海举办了第十七届世界无损测试大会，规模之大、参会人员之多，可谓史无前例。此次活动的举办，标志着中国内地无损检验技术的发展与进步得到了全世界的认可，同时也表明了中国无损检验行业在国际上的地位和声誉。

通过主办第十七届WCNDT 大会，中国的无损检验技术水平得到国际认可和高度重视，中国正加紧进行NDT 与欧洲NDT 的互认。在学会坚持不懈地工作之后，这个目的终于达到了。欧洲联盟于2009 年4 月派出了两位法官，对无损公诉人资格进行审查。欧洲联盟第一次工作委员会于2009 年9 月1 日在布鲁塞尔召开，一致通过了中国NDS 人员资格认证制度，并于9 月15 日正式通过了该制度。与欧洲联盟的相互认可对于欧盟成员国来说是一项重大的进展，也有可能成为这方面的一个里程碑。

中国的无损检验技术整体水平与中国经济发展水平相当，其国际地位与中国经济、工业，尤其是装备制造业有较大的差距。根据统计，中国从2008 年起已经是机械、电力、交通等第二大出口大国，并跻身于全球最大的机械生产国。中国是全球最有生命力、最有吸引力的无损测试国家，目前有近250000名直接或间接从事无损检测技术的人员，其中应用检测技术、科研、教育培训、流通、技术咨询、工程服务等服务机构5000 余家。中国拥有超过2000 家的NDT 测试公司，其中有超过20000 个无损测试小组，无损测试设备的生产商超过500 家。目前，超声波、涡流、磁粉、常规射线检测设备已形成了规模庞大的检测仪器，如相位控制、超声波TOFD专用仪器、阵列涡流技术等。

5 结语

无损检测技术在航空装备的安全、稳定运行中具有重要的技术支持，在生产、使用、维护等过程中都发挥着不可替代的作用。为了使无损检验技术得到可持续发展，必须倡导新的检测观念和方法。以健康监测、综合检测、数据集成、数字化、图像化、信息化等为代表的绿色无损检测技术将成为今后有意义的检测技术。本文以作者的科研小组为例，采用基于声发射技术的联合裂缝监测技术，对两种三代机群的寿命进行了测试，使两种型号的寿命都提高了50%，并取得了显著的效果。我们要抓住目前有利的发展势头，整合已有的资源，争取早日实现我国航天领域无损测试技术的应用。