田云飛 曹宗杰 趙利杰，空軍航空大學(xué)航空機(jī)械工程系飛機(jī)教研室，長(zhǎng)春 300；，93846部隊(duì) 昌吉 8300

老齡飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕的無損檢測(cè)技術(shù)分析研究

田云飛1曹宗杰1趙利杰2
1，空軍航空大學(xué)航空機(jī)械工程系飛機(jī)教研室，長(zhǎng)春 130022；2，93846部隊(duì) 昌吉 831100

本文針對(duì)老齡飛機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從無損檢測(cè)技術(shù)使用分析入手，闡明了現(xiàn)階段無損檢測(cè)技術(shù)在老齡飛機(jī)維護(hù)方面存在的問題，同時(shí)對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)的未來發(fā)展提出了一些看法和建議。

老齡飛機(jī)；無損檢測(cè)技術(shù)；飛機(jī)維護(hù)

引言

軍用飛機(jī)，尤其是處于沿海地區(qū)、重工業(yè)地區(qū)的腐蝕性環(huán)境下，在使用中發(fā)現(xiàn)由于腐蝕造成的破壞越來越多，如螺釘銹蝕，蒙皮脫漆、變薄，翼梁緣條發(fā)生剝蝕，緊固件及飛機(jī)結(jié)構(gòu)上一些重要承力構(gòu)件出現(xiàn)腐蝕疲勞裂紋等，如圖1。大量飛機(jī)的使用情況表明，隨著服役年限增加，其抗腐蝕性能越來越差。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的裂紋、腐蝕而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)故障是飛機(jī)使用過程中所暴露的主要故障形式，嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)故障會(huì)影響飛機(jī)的正常使用。

相比新機(jī)，老齡飛機(jī)由于腐蝕造成的危害要嚴(yán)重的多，其原因有以下幾點(diǎn)[1]：

（1）老齡飛機(jī)在型號(hào)設(shè)計(jì)上，其防腐的適航標(biāo)準(zhǔn)不如新型飛機(jī)考慮的全面周到；

（2）老齡飛機(jī)上的防腐涂層、腐蝕抑制劑、密封膠和密封膠帶等其防腐性能都不如現(xiàn)代新型飛機(jī)上進(jìn)過進(jìn)一步改進(jìn)的這些材料的性能優(yōu)越；

（3）老齡飛機(jī)一般都經(jīng)過多次定檢、大修，由于維修水平、設(shè)備設(shè)施、人員素質(zhì)等條件的限制，其結(jié)構(gòu)的防腐處理、防腐安裝、防腐加工達(dá)不到飛機(jī)出廠時(shí)的水平，從而造成老齡飛機(jī)的腐蝕問題日積月累，部分結(jié)構(gòu)部件得不到復(fù)原；

（4）老齡飛機(jī)在長(zhǎng)期的使用中，材料的機(jī)械力學(xué)性能會(huì)發(fā)生衰變，容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂和腐蝕疲勞損傷；

（5）老齡飛機(jī)服役期長(zhǎng)，材料長(zhǎng)期處在連續(xù)或間斷的腐蝕環(huán)境中，其腐蝕破壞程度要比年輕飛機(jī)嚴(yán)重得多，因?yàn)楦g的嚴(yán)重程度一般都與時(shí)間成正比。

圖1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷

因此，在結(jié)構(gòu)件裂紋、腐蝕發(fā)生的初期，比較準(zhǔn)確快速的檢測(cè)出發(fā)生的部位、損傷程度，可以有效的降低對(duì)老齡飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損害，從而降低維護(hù)費(fèi)用，保障飛機(jī)的完好率。

1 無損檢測(cè)技術(shù)在航空維護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

無損檢測(cè)技術(shù)[2]（Nondestructive Inspection，NDI），就是利用聲、光、電、磁等與物質(zhì)的相互作用，在不改變或不影響被檢對(duì)象物理、化學(xué)及使用性能的前提下，檢測(cè)材料、機(jī)件和設(shè)備(被檢對(duì)象）的各種內(nèi)部和表面缺陷，并判斷其位置、大小、形狀和類型的技術(shù)。因此，又稱非破壞性試驗(yàn)或非破壞性檢測(cè)技術(shù)。目前用于無損檢測(cè)的方法很多。除了5種常規(guī)(射線、超聲、磁粉、滲透和渦流）方法外，還有紅外、激光、聲發(fā)射、微波，工業(yè)CT等檢測(cè)方法。

無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)保證老齡飛機(jī)的飛行安全和結(jié)構(gòu)壽命具有非常重要的意義。通過對(duì)結(jié)構(gòu)件的無損監(jiān)測(cè)，能使我們掌握結(jié)構(gòu)件腐蝕損傷發(fā)展的規(guī)律，可以預(yù)防腐蝕損傷的進(jìn)一步擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)老齡飛機(jī)的腐蝕防護(hù)與控制。對(duì)于并未參照損傷容限思想設(shè)計(jì)的老齡飛機(jī)來說，廣泛應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)可以有效提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)完好性，為完成作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)提供保障。

在航空維修領(lǐng)域，無損檢測(cè)技術(shù)的作用，主要表現(xiàn)在：提高了對(duì)腐蝕損傷、裂紋的檢測(cè)能力。應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)，可以降低檢測(cè)到的損傷、裂紋初始尺寸，并能隨時(shí)跟蹤檢測(cè)損傷的發(fā)展，減少了損傷帶來的危害，這等于是增加了使用壽命；無損檢測(cè)技術(shù)在原位和不破壞被檢對(duì)象的基礎(chǔ)上，可以直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，降低了工作量，提高了工作效率；同時(shí)，還促進(jìn)了維修思想的發(fā)展，由定時(shí)維修轉(zhuǎn)變?yōu)橐暻榫S修，提高了飛機(jī)的腐蝕防護(hù)與控制能力。

2 無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析

選擇無損檢測(cè)方法首先要明確對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件使用無損檢測(cè)的原因。針對(duì)老齡飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕特點(diǎn)，以及其執(zhí)行飛行訓(xùn)練、執(zhí)行任務(wù)的特點(diǎn)，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面考慮：

確定受檢結(jié)構(gòu)件滿足當(dāng)前飛行訓(xùn)練或執(zhí)行任務(wù)所需的技術(shù)條件；

確定受檢結(jié)構(gòu)件在未來使用中腐蝕損害程度不會(huì)影響任務(wù)的執(zhí)行；

估算已產(chǎn)生腐蝕的結(jié)構(gòu)件的修復(fù)費(fèi)用應(yīng)低于更換新結(jié)構(gòu)件的費(fèi)用。

應(yīng)用無損檢測(cè)的原因確定后，選擇無損檢測(cè)方法要考慮的主要因素是腐蝕類型、位置以及結(jié)構(gòu)件的尺寸、形狀和材質(zhì)等。同時(shí)，如果要在外場(chǎng)維護(hù)中使用，要考慮到無損檢測(cè)設(shè)備的便攜程度以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)無損檢測(cè)設(shè)備的影響等因素。

下面以飛機(jī)蒙皮結(jié)構(gòu)為例，來進(jìn)行無損檢測(cè)方法的選擇。老齡飛機(jī)通常使用鋁合金板作為制造蒙皮的主要材料，鋁合金具有塑性好的特點(diǎn)，但是其對(duì)腐蝕非常敏感，容易發(fā)生孔蝕、晶間腐蝕、剝蝕和應(yīng)力腐蝕。特別是在蒙皮搭接件，由于老齡飛機(jī)制造工藝落后，防腐蝕性能差，密封不嚴(yán)，間隙大，極易產(chǎn)生縫隙腐蝕和孔蝕。在對(duì)部隊(duì)飛機(jī)進(jìn)行普查時(shí)發(fā)現(xiàn)，大部分飛機(jī)都存在此類問題，其危險(xiǎn)性高，發(fā)生部位隱蔽，通常的目視無法檢測(cè)，傳統(tǒng)的無損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)效果不理想。通過幾種無損檢測(cè)技術(shù)的比較優(yōu)選，可選用紅外無損檢測(cè)技術(shù)[3、4]對(duì)飛機(jī)蒙皮內(nèi)部的腐蝕進(jìn)行檢測(cè)。

紅外檢測(cè)（Infrared T esting，IR）是基于輻射原理，通過掃描紀(jì)錄或觀察被檢測(cè)工件表面上由于缺陷所引起的溫度變化來檢測(cè)表面和近表面缺陷的無損檢測(cè)方法。該方法主要適用于檢查飛機(jī)蒙皮內(nèi)表面、蒙皮下梁等處隱藏腐蝕和大面積腐蝕的檢測(cè)。美國(guó)在十多年前就已經(jīng)開始了對(duì)紅外成像技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)方面的研究，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，取得了非常理想的效果。圖2為美軍利用紅外成像技術(shù)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)中發(fā)生的腐蝕進(jìn)行檢測(cè)，圖2（a）是發(fā)現(xiàn)到的剝蝕現(xiàn)象，圖2（b）是檢測(cè)到的積水。我國(guó)在這方面研究的比較少，只是在近幾年開始了對(duì)紅外檢測(cè)技術(shù)的研究，雖然取得了一定的成果，但是在航空維修領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用還需要一段時(shí)間。

3 當(dāng)前應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)存在的問題

在無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用上，美軍處在世界的前列位置。美國(guó)[5]于1993年2月成立了世界上第一個(gè)老齡飛機(jī)無損檢測(cè)認(rèn)證中心，專門從事針對(duì)老齡飛機(jī)的無損檢測(cè)技術(shù)可靠性和腐蝕損傷概率等方面的研究。美國(guó)空軍已將無損檢測(cè)技術(shù)列為一項(xiàng)長(zhǎng)期發(fā)展的課題，對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)在航空維修領(lǐng)域的發(fā)展制訂了長(zhǎng)期明確的目標(biāo)。相比較，我國(guó)在軍用飛機(jī)領(lǐng)域，還存在很多不足，人員能力水平偏低、檢測(cè)技術(shù)手段單一等問題制約著無損檢測(cè)技術(shù)在航空維修領(lǐng)域的發(fā)展。

作為老齡飛機(jī)腐蝕防護(hù)與控制工作中的重要環(huán)節(jié)，無損檢測(cè)技術(shù)可以發(fā)揮巨大的作用，但在航空兵部隊(duì)一線維護(hù)工作中的發(fā)展和應(yīng)用水平仍存在不足。出于歷史原因，老齡飛機(jī)在設(shè)計(jì)上存在缺陷，對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)存在更高的技術(shù)要求；在裝備的使用方面，對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)的推廣與國(guó)際還存在比較大的差距?，F(xiàn)階段無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾個(gè)方面的問題：

一是對(duì)無損檢測(cè)人員業(yè)務(wù)技術(shù)的培訓(xùn)體制不夠完善。無損檢測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)操作人員技術(shù)能力要求較高的技術(shù)，為了能夠正確實(shí)施以保證被檢對(duì)象質(zhì)量，國(guó)際上和我國(guó)都規(guī)定了從事無損檢測(cè)技術(shù)工作的人員必須具備一定的學(xué)歷和無損檢測(cè)工作實(shí)踐經(jīng)歷以及一定的身體條件。我國(guó)頒布實(shí)施的《GB/ T 9445-2008無損檢測(cè) 人員資格鑒定與認(rèn)證》，就對(duì)無損檢測(cè)人員能力有了明確的規(guī)范。要求無損檢測(cè)人員必須經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)，取得無損檢測(cè)資格等級(jí)證書后，方可進(jìn)行無損檢測(cè)工作。但是，通過部隊(duì)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，還有部分人員沒有取得資格證書，或是經(jīng)過系統(tǒng)的培訓(xùn)，仍然是以老帶新的傳授模式。雖然成立了短訓(xùn)班，但是不能滿足部隊(duì)現(xiàn)實(shí)的需要。這樣就難以保證對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)的質(zhì)量，甚至可能引起錯(cuò)判、誤判的問題發(fā)生。

二是無損檢測(cè)設(shè)備的列裝使用略顯滯后。老齡飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)可維護(hù)性考慮較少，結(jié)構(gòu)件構(gòu)造復(fù)雜，不便于維護(hù)工作的開展。通過對(duì)部隊(duì)的調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，相比新機(jī)，老齡飛機(jī)受到的腐蝕損傷更為嚴(yán)重，其隱蔽性更強(qiáng)。因此對(duì)老齡飛機(jī)進(jìn)行檢測(cè)更應(yīng)引起重視。但是從現(xiàn)階段的情況來看，普遍存在檢測(cè)手段單一，檢測(cè)設(shè)備落后的情況，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，停留在比較初級(jí)的階段。對(duì)發(fā)生在內(nèi)部的腐蝕，維護(hù)人員仍然僅僅依靠目視檢測(cè)結(jié)合內(nèi)視鏡的方式，檢測(cè)效果不理想，延誤了腐蝕損傷處置的最佳時(shí)期，可能引發(fā)嚴(yán)重的后果。

三是信息的溝通與交流不足。上級(jí)機(jī)關(guān)對(duì)于無損檢測(cè)設(shè)備器材的采購(gòu)綜合考慮部隊(duì)的實(shí)際需要不夠，缺乏同部隊(duì)的交流；院校及科研單位存在著與部隊(duì)信息溝通與交流不足的弊病，導(dǎo)致的后果是剛剛畢業(yè)的學(xué)員無法直接進(jìn)行工作，需要重新帶教，直接影響了部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力；部隊(duì)從事無損檢測(cè)技術(shù)的人員只會(huì)按照一本手冊(cè)從事固定部位的檢測(cè)，在具體的特殊被檢對(duì)象、適宜采用的無損檢測(cè)技術(shù)方法和工藝方案的選擇上缺乏同兄弟部隊(duì)的交流，不了解國(guó)外無損檢測(cè)技術(shù)的新發(fā)展、新動(dòng)態(tài)。

4 無損檢測(cè)技術(shù)在航空維修領(lǐng)域的發(fā)展

近年來，空軍裝備迅速發(fā)展，大量新機(jī)投入現(xiàn)役，但是，應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到：飛機(jī)的老化是個(gè)不能回避的問題。同時(shí)，我軍仍然有大量老齡飛機(jī)執(zhí)行一線訓(xùn)練作戰(zhàn)任務(wù)，保證老齡飛機(jī)的完好率對(duì)提升部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力具有決定性的作用，而無損檢測(cè)技術(shù)又是保證老齡飛機(jī)完好率的重要途徑。為了與空軍裝備現(xiàn)狀和未來發(fā)展相適應(yīng)，全面提高無損檢測(cè)水平和維修保障能力，必須重點(diǎn)關(guān)注以下發(fā)展方向。

4.1 積極開展無損檢測(cè)技術(shù)研究。掌握先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)，需要大量人力、物力的投人和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的積累。首先應(yīng)該重點(diǎn)發(fā)展數(shù)字化、智能化的無損檢測(cè)設(shè)備，考慮便攜性，減少外界環(huán)境的影響，以適應(yīng)外場(chǎng)維護(hù)部隊(duì)的需要；其次要加強(qiáng)同計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的融合，檢測(cè)對(duì)象通過計(jì)算機(jī)成像，使檢測(cè)效果更直觀、更可靠、更快捷。

4.2 建立無損檢測(cè)指標(biāo)保障體系。我國(guó)空軍雖然在航空無損檢測(cè)方面投入了不少經(jīng)費(fèi)，但迄今為止還沒有明確的無損檢測(cè)保障體系。當(dāng)一線維護(hù)部隊(duì)遇到無損檢測(cè)難題和需求時(shí)，沒有明確的技術(shù)指導(dǎo)，只能憑借經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行粗獷式的檢測(cè)、維修，這樣被動(dòng)的工作狀態(tài)很難達(dá)到使用無損檢測(cè)的目的和意義。因此，需要明確的設(shè)計(jì)一套無損檢測(cè)技術(shù)的保障體系，包括人員的培訓(xùn)、儀器設(shè)備的購(gòu)置、消耗器材的補(bǔ)充、探傷方法和探傷設(shè)備的研究、探傷規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定等。

4.4 進(jìn)一步規(guī)范無損檢測(cè)人員的培訓(xùn)體制。無損檢測(cè)人員的培養(yǎng)是無損檢測(cè)技術(shù)的核心問題。雖然研制并推廣使用無損檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)主要目的就是盡量減少人為因素的影響，但無論如何操作人員本身的技術(shù)水平和檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的積累仍對(duì)檢測(cè)結(jié)果的可靠性起到?jīng)Q定作用。因此，在現(xiàn)有無損檢測(cè)人員資格標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，必須加強(qiáng)對(duì)人員培訓(xùn)體制的正規(guī)化建設(shè)，堅(jiān)持實(shí)行持證上崗制度。在對(duì)人員的培養(yǎng)上，院校應(yīng)加強(qiáng)同部隊(duì)的溝通交流，明確部隊(duì)的需求，盡可能地減少二次培訓(xùn)。

5 結(jié)語

同新型飛機(jī)相比，老齡飛機(jī)由于設(shè)計(jì)的缺陷，以及制作工藝、材料的限制，必然更容易受到腐蝕的侵蝕。毫不夸張地說，老齡飛機(jī)的安危系于無損檢測(cè)技術(shù)。無損檢測(cè)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展對(duì)提高老齡飛機(jī)完好率可以起到關(guān)鍵作用，為完成我軍作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)打下了良好的基礎(chǔ)。

[1]肖坤周.老齡飛機(jī)的腐蝕與控制[J].全面腐蝕控制,2004,18（5）：12～14

[2]林典雄.無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展及其在航空維修領(lǐng)域應(yīng)用探討[J].海軍航空工程技術(shù)，2007(3）:25～27

[3]N.P.Avdelidis. Transient thermography in the assessment of aircraft composites[J]. NDT of E International, 2003, 36(9）

[4]Gaetano. Low-Cost Non-Destructive Inspection by Simplified Digital Speckle Interferometry[J]. J Nondestruct Eval, 2008, 27:135～142

[5]National Research Council. Final Report: Aging of U.S. Air Force Aircraft. Washinton D.C.: National Academy Press,1997

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.085

田云飛，碩士研究生，研究方向：航空裝備失效分析。