周 大，張進海，朱志坤

（中航工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團）有限責任公司，成都 610092）

機翼整體油箱既是飛機機體結構的重要組成部分，也是飛機實現(xiàn)其系統(tǒng)功能的重要組成單元，整體油箱密封質量直接關系到飛機的飛行安全。某型機翼由若干梁、肋連接形成主體骨架，骨架上下翼面分別加蓋整體壁板形成一個扁平腔體結構。因自身結構裝配及燃油等系統(tǒng)需求，機翼整體油箱裝配零件數(shù)量多、結構復雜、操作空間小，結構配合面多、密封面積大，裝配用連接件種類多、數(shù)量大，這些特點都不利于油箱密封性能的保證。同時，為便于使用和維護，在機翼油箱區(qū)設計布局有多個可拆卸的維護口蓋，也對油箱的整體性及密封性能產生一定影響。

機翼油箱密封不同于飛機其他油箱密封要求，其油箱壓力通常較飛機其他油箱大，且不能出現(xiàn)泄漏。為達到該要求，需要在機翼裝配過程中設置組合件的工序檢漏，整體壁板裝配件檢漏及形成整體油箱后對其整體檢漏。油箱密封檢測是機翼裝配過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，通過適應的檢測技術，測定其漏率是否在技術標準或要求的許可范圍之內。漏率超出其范圍，選擇合適的方法找出漏孔的準確位置，排除泄漏故障[1]。

1 機翼密封檢測常用方法及存在問題

目前，在國內軍機研制和生產中，油箱檢漏技術基本停留在20世紀五六十年代的水平，以傳統(tǒng)指針式壓力表讀數(shù)的壓力變化檢漏法、結合氣泡檢漏法、充煤油加壓滲液檢漏法為主。主要采用氣密、油密試驗兩種檢查方法[2]。氣密試驗是采用壓降法進行整體檢漏，以判斷整體油箱氣密性是否合格，采用皂膜氣泡法進行漏源定位；油密試驗，首先往油箱內充入一定容積的煤油，靜置一定的時間，采用常壓煤油滲透檢漏進行漏源定位，隨后采用壓降法進行整體檢漏，以判斷整體油箱的密封性是否合格，同時采用加壓煤油滲透檢漏進行漏源監(jiān)測。

傳統(tǒng)氣密、油密試驗檢測及檢漏方法，主要存在以下問題：

（1）試驗過程對溫度、濕度要求較高，溫差較大的天氣會直接影響試驗的進程。

（2）煤油的大量使用，需要建設專用油密場地用以存儲煤油，油密試驗需在專用廠房內進行，存在火災等安全隱患[3]。

（3）傳統(tǒng)指針式壓力表讀數(shù)，試驗時由測試者目測壓力指針變化來判別產品是否存在泄漏，人為因素對測試結果的影響較大。

（4）泄漏的大小一定程度取決于測試者的主觀判斷，不能定量檢測泄漏率。

（5）試驗效率較低，飛機批量生產時常為瓶頸工序。試驗時，先往油箱內充油，靜置數(shù)小時無滲漏后再做有壓試驗。試驗過程中，氣密試驗器壓力表讀數(shù)若有下降時，在整個機翼油箱外表面刷涂肥皂水以查找漏源。若漏源所在處裝配結構復雜、漏源位置隱蔽或壓力變化較小等情況下，難以找到漏源的準確位置，這樣的查漏及故障排除將費很大精力和較長時間，嚴重制約生產的正常進行[4]。

（6）因受結構限制或特定產品存在無法采用氣泡檢漏法和傳統(tǒng)指針式壓力表讀數(shù)的壓力變化檢漏法來實現(xiàn)檢漏。

隨著飛機產品生命周期的延長，飛機制造質量及可靠性要求的不斷提高，傳統(tǒng)采用充壓涂肥皂水的檢漏方法越來越不適應飛機批量生產效率和能力提升的現(xiàn)實需求，數(shù)字化快速檢漏技術和方法的工程化應用變得急為迫切。

2 氦質譜檢漏在機翼密封檢測中的應用

在飛機密封結構的泄漏檢測[5]中，國外較多地采用了氦質譜檢漏技術。例如，空客公司于20世紀90年代初期引入氦質譜吸槍法泄漏檢測技術，用于A310、A320飛機整體油箱的檢漏中，并推廣應用到所有空客飛機的制造和維修中，不僅僅提高了整體油箱的制造和修補質量，同時由于不需要進行燃油密封試驗，也大大節(jié)省了檢測成本。我國在民航領域已經應用吸槍法進行整體油箱的氦質譜檢漏，實際應用效果較好。氦質譜檢漏技術[6]以其靈敏度高、速度快、使用安全、適用范圍廣及可量化漏率等特點，在航空、航天、汽車和電力行業(yè)得到了廣泛的應用，與其他諸多傳統(tǒng)檢漏方法相比，氦質譜檢漏具有不可比擬的技術優(yōu)越性[7]。本文利用氦質譜檢漏原理和方法，結合機翼整體油箱結構特點和密封檢測要求，對氦質譜檢漏法在機翼密封檢測中的應用進行了探索。

2.1 檢漏原理與方法

氦質譜檢漏法[8]是利用氦質譜檢漏儀氦分壓力測量原理，實現(xiàn)被檢件的氦泄漏量測量。當被檢件密封面上存在漏孔時，示漏氣體氦氣及其他成分的氣體均會從漏孔泄出，泄漏出來的氣體進入氦質譜檢漏儀后，由于氦質譜檢漏儀的選擇性識別能力，僅給出氣體中的氦氣分壓力信號值。在獲得氦氣信號值的基礎上，通過標準漏孔比對的方法就可以獲得漏孔對氦泄漏量。該方法是以氦氣為示蹤氣體，使用質譜分析儀器進行密封檢測的一種檢漏方法，具有較高靈敏度，它不但能夠檢測工件的微小泄漏、漏點位置，還能應用已知漏率的標準漏孔，給出被檢工件的漏率大小。

根據(jù)檢漏過程中的示漏氣體存貯的位置與被檢件的關系不同，可將氦質譜檢漏法分為真空法、正壓法[9]、真空壓力法等。根據(jù)機翼整體油箱結構特點，其下翼面組件及上下翼面封閉形成整體油箱后分別使用真空（負壓）檢漏法和充壓吸槍（正壓）檢漏法[10]。真空負壓檢漏法和充壓吸槍檢漏法特點如下：

真空負壓檢漏法是將被檢件內部抽成真空，形成氣體內部壓力低于外部大氣壓的狀態(tài),再將示漏氣體氦氣施于被檢件外部，如果被檢件有漏氣，示漏氣體通過漏孔進入被檢件內部，利用檢漏儀將漏進的示漏氣體檢測出來，從而判斷出漏孔的存在、漏孔的位置和大小。真空負壓檢漏法主要有氦罩檢漏法、檢漏盒檢漏法等等。這種方法的優(yōu)點是靈敏度高、適用于總檢，其缺點是只能測出所罩部位的總漏率,不易確定所有漏孔的準確位置。

充壓吸槍正壓檢漏法是將被檢件內部充入一定氦氣,形成容器內氣體內部壓力高于外部大氣壓的狀態(tài),如果被檢件有漏,示漏氣體通過漏孔漏出被檢件,采用氦質譜檢漏儀,用吸槍在大氣環(huán)境下獲得漏出的示漏氣體并檢測出來，從而判斷出漏孔的存在及漏孔的位置和大小。該方法主要有:充壓吸槍法檢漏、吸槍罩盒套檢漏法等。

2.2 機翼下壁板組件真空負壓檢漏

機翼油箱上、下翼面壁板外表面平面度較好，壁板及局部可抽真空的零組件采用氦質譜真空負壓檢漏法。該方法可用于組合件及未封閉形成整體油箱之前工序，對上翼面壁板組合件、下翼面壁板組合件及機翼總裝完成下翼面與機翼骨架裝配連接區(qū)域進行工序檢漏（即過程檢漏）。

機翼整體壁板組合件、下翼面與機翼骨架裝配連接完成后，先采用此方法測定總漏率,若漏率超出許可范圍，再用局部氦罩法找出漏孔的準確位置。整體壁板負壓檢漏法見圖1。

2.2.1 整體壁板真空負壓檢漏過程

（1）將機翼上、下壁板組合件完成密封裝配及罩封后，對機翼壁板及相關連接區(qū)域進行清洗，保持工件外表潔凈。

（2）在機翼壁板邊界部位粘貼膩子條,形成封閉回路。

（3）在粘貼膩子條的范圍內安放輔助材料—透氣氈。

圖1 整體壁板負壓檢漏示意圖Fig.1 Integral panel vacuum negative pressure leak detection schematic diagram

（4）將制袋薄膜拉直，使其長邊壓貼在膩子條上，并放置真空嘴。

（5）將氦質譜檢漏儀與制袋薄膜上真空嘴相連接，開啟氦質譜檢漏儀并在壁板背面噴吹氦氣，對所封閉的區(qū)域進行檢漏。

（6）完成試驗，整理設備。

若上述試驗過程中發(fā)現(xiàn)整體壁板連接區(qū)存在泄漏，為確定具體的泄漏部位，可采用氦罩盒法查找漏源。氦罩盒法檢漏示意見圖2。

圖2 局部檢漏－氦罩盒法示意圖Fig.2 Local leak detection- helium cover box method schematic diagram

2.2.2 局部氦罩盒法檢漏過程

（1）將吸盤罩盒扣在被檢工件待檢區(qū)域表面上密封好，啟動氦質譜檢漏儀，調整參數(shù)，使其工作在真空檢漏狀態(tài)；

（2）連接檢漏盒與檢漏儀；

（3）啟動檢漏儀檢漏；

（4）待抽真空達到漏率值小于額定值并穩(wěn)定時，使用帶有噴槍的氦氣袋在被吸盤罩盒罩住的被檢工件的反面用噴槍噴吹氦氣；

（5）若抽真空達到漏率值大于額定值時，示意有漏，補漏排除后重新試驗。

檢漏注意事項：

（1）檢測過程中，嚴禁移動被測工件和檢測設備；

（2）在使用噴吹法對被檢工件進行真空檢漏時,豎直方向上要由上往下檢，水平方向上要相對于氦質譜檢漏儀由近及遠檢測；

（3）噴槍與被檢件表面的距離值不應太大（不大于5mm）；

（4）對于發(fā)現(xiàn)有漏的區(qū)域，待檢漏儀示值升高達穩(wěn)定后移開噴槍，等示值下降后再噴，觀察示值是否再次升高并穩(wěn)定，需重復三次以確定漏率。

2.3 機翼整體油箱正壓檢漏

機翼總裝上翼面封閉后形成整體油箱，將油箱內部充入一定氦氣,形成容器內氣體內部壓力高于外部大氣壓的狀態(tài),如果整體油箱邊界面上有漏,氦氣通過漏孔向外逸出。當吸槍正對漏孔位置時，氦氣被吸入檢漏儀而產生漏氣反應，由此判斷漏孔的存在及位置和大小，從而達到檢漏目的。該方法用于機翼油箱裝配完成后對其進行油箱密封的總檢查。機翼整體油箱正壓檢漏法系統(tǒng)連接見圖3。

圖3 機翼整體油箱正壓檢漏法系統(tǒng)連接示意圖Fig.3 Wing integral fuel tank pressurized leak detection method system connection schematic diagram

機翼整體油箱正壓檢漏過程如下：

（1）用工藝堵蓋、堵帽將油箱區(qū)非試驗充氣接口處封堵，使其形成密封體；

（2）將整體油箱快速檢漏設備充氣口與被測機翼連接，形成封閉回路；

（3）啟動整體油箱快速檢漏設備，進行系統(tǒng)自檢，確認差壓檢漏系統(tǒng)工作是否正常；

（4）充氣：按檢漏測試壓力，設定的充氣時間，經過檢漏系統(tǒng)向被測機翼油箱內充入一定比例濃度的氦氣和壓縮空氣，充壓后不許移動或轉動被檢件；

（5）平衡：充壓達到要求后，靜置被檢機翼，使其內部氦、氮混合均勻；

（6）檢測：保壓限定時間，其壓力變化不大于某額定值的檢測標準。若壓力變化超過規(guī)定值時，則按照設定的測試壓力對機翼油箱進行充氣，檢漏系統(tǒng)進入設定時間平衡,這時用氦質譜檢漏儀吸槍法對部件進行單釘滲漏檢查和油箱邊界滲漏檢查,漏率值不大于技術要求規(guī)定值。檢測結束后，系統(tǒng)根據(jù)預設參數(shù)，自動顯示檢測結果，并對檢測作出結果判定；

（7）排氣：檢測完成后將機翼油箱內部混合氣體排出。

注意事項：（1）要求所用連接吸槍的軟管越短越粗越好，連接管內要清潔，要吸氣、放氣率小，最好選用金屬軟管，不宜采用橡皮軟管；（2）檢漏場地的空氣不能有太大的流動，吸槍在被檢件表面移動的速度不能太快，且與被檢件表面的距離值不應太大（不大于5mm），以免靈敏度降低。

這種方法的優(yōu)點是可以準確找到漏孔位置，缺點是與抽真空噴吹法檢漏相比，靈敏度較低。該方法主要用于機翼形成整體油箱后的密封性總檢查。

3 兩種檢漏法對比試驗

在氦質譜檢漏法工程化應用的研究過程中，各自選取了某型機的15個機翼部件分別進行氦質譜檢漏法與傳統(tǒng)密封檢測法試驗，其用時情況統(tǒng)計如表1和表2所示。

從表1中得出，采用傳統(tǒng)密封檢測法檢漏，平均用時33.5 h。其中，第XX126架充油后氣密保壓試驗時存在泄露，查找漏源用時24 h，排故（含重復油密保壓試驗）用時20 h。表2采用氦質譜檢漏法檢漏，平均用時7.5 h。其中，第XX215架壁板單面檢漏試驗時存在泄露，查找漏源用時15min，排故（含重復氦質譜檢漏）用時4h。通過兩種方法對比，傳統(tǒng)方法用時是氦質譜檢漏法檢測的4倍多。使用傳統(tǒng)方法密封檢測，產品已形成完整整體油箱密封結構，結構復雜，查找漏源操作工藝性差，漏源定位困難，排故難度大、成本高。氦質譜檢漏法可進行翼面結構單面檢漏，操作工藝性好，易定位漏源，排故成本低、效率高[11]。

表1 傳統(tǒng)檢漏法試驗用時記錄表

表2 氦質譜檢漏法試驗用時記錄表

4 應用效果

經過多架次某型機翼組合件及整體油箱密封檢漏試驗證明，在飛機整體油箱裝配過程中使用氦質譜檢漏法是可行的。氦質譜檢漏法相對于傳統(tǒng)密封檢測方法而言，確實有著無可比擬的優(yōu)勢，克服了傳統(tǒng)方法受氣溫影響較大、準確率低、周期長等一系列缺點。氦質譜檢漏法的高精度數(shù)字式判讀，顯著提高了產品質量，也大大降低了因過程控制不足而在后續(xù)工序乃至外場排故所產生的各項費用。應用該方法，操作人員數(shù)量可減少50%，尤其是工作效率得到大幅度提升，正常工序所需時間由原來的48h減少為8h。新舊檢測方法對比見表3。

5 應用問題及改進措施

通過運用氦質譜檢漏方法和技術，利用XX-401M整體油箱快速檢漏設備及XX-L300氦質譜檢漏儀對機翼油箱密封裝配檢漏，在具體應用過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題需改進：

表3 傳統(tǒng)檢漏法與氦質譜檢漏法對比表

（1）整體油箱氦質譜檢漏時，氦質譜檢漏設備向被檢工件充氣用時長，影響效率。改進：加大檢漏設備與機翼油箱連接的管路直徑，增加單位時間內的氣體流量，減少充氣時間。

（2）充氣壓力不精確，充氣經平衡后，被檢工件中氣體實際壓力值與設備預設值存在差異。改進：在靠近整體油箱充氣接口處增加一個帶壓力傳感器的壓力檢測裝置，該處所測壓力與被檢工件內的實際壓力可視作等值。把該處壓力當作檢測設備的檢測壓力，其壓力與油箱內實際壓力值差異最小，設備壓力顯示更準確，充氣結束后較接近系統(tǒng)預設值。

（3）單面檢測時，氦質譜檢漏儀配套的吸槍罩盒規(guī)格少，適用性不強；用制袋膜粘貼罩封檢測，效率較低。改進：訂制適用于產品結構特點的專用罩盒，配套增加各種罩盒規(guī)格，提高工作效率。

6 結論

研究成果表明，軍機油箱檢漏使用氦質譜檢漏法在原理方法和操作上是可行的和有效的，提高了飛機整體油箱裝配質量和生產效率。應用氦質譜檢漏法，可對單面壁板或組合件進行檢漏，也就是說在未形成封閉油箱之前即對壁板或壁板與梁肋骨架結構連接區(qū)進行氣密性檢測，真正意義上實現(xiàn)了整體油箱裝配的密封檢測過程控制，從而避免在形成封閉油箱后導致滯后發(fā)現(xiàn)漏源及排故困難所需的大量返工工作量，有效解決了機翼制造過程中密封試驗工序周期長的生產瓶頸難題。

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