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航空装备无损检测技术现状及发展趋势

来源:专题范文 时间:2024-01-09 18:00:03

朱泊霖

摘要:无损检测技术在航空装备的生产、制造、使用、维修、无损检验等领域中发挥着重要的作用。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、数据整合、数字化、影像化、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。

关键词:航空装备;
无损检测;
现状

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

本文對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視,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。

参考文献:

[1]路甬祥.走向绿色和智能制造——中国制造发展之路[J].国内外机电一体化技术,2010,13,(3):31-32.

[2]耿荣生.第17届世界无损检测大会概况及其所揭示的无损检测技术发展方向[J].无损检测,2008(B12):10-14.

(作者单位:空军工程大学)

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