陳勇剛

摘 要：為確保飛機(jī)裝配的效率以及裝配質(zhì)量，因此比較輕便的復(fù)合材料鈦合金在飛機(jī)設(shè)計(jì)及制造中獲得了廣泛地應(yīng)用，復(fù)合材料及復(fù)合材料-鈦合金夾層結(jié)構(gòu)在主要承力件上應(yīng)用成為飛機(jī)設(shè)計(jì)的趨勢。復(fù)合材料作為整體油箱結(jié)構(gòu)的氣密和油密檢測成為重中之重。本文介紹了氦質(zhì)譜檢漏和差壓檢漏法，并給出單點(diǎn)漏率臨界帶，對(duì)后續(xù)復(fù)合材料整體油箱檢漏有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：整體油箱;差壓檢漏;單點(diǎn)漏率

1引言

因此，復(fù)合材料是繼鋁、鋼、鈦之后，又一新興航空結(jié)構(gòu)材料。從波音787開始，飛機(jī)機(jī)體開始大量采用復(fù)合材料，空客A350改進(jìn)型A350XWB的復(fù)合材料用量已成倍增加;波音787、A380和F35等飛機(jī)采用復(fù)合材料機(jī)翼，取得明顯的減重效果。在我國已研制的飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，復(fù)合材料的用量均較少，大型主承力結(jié)構(gòu)如復(fù)合材料中央翼盒等的制造在我國還很薄弱。一般來說針對(duì)不同的材料選取的制孔工藝也存在相應(yīng)的差別，材料的物理化學(xué)特性直接影響鉆削熱和鉆削力，因此復(fù)合材料整體油箱的檢漏和排漏就成為確保飛機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2氦質(zhì)譜差壓檢漏原理

氦質(zhì)譜差壓檢漏是將被測物與已確認(rèn)無泄漏的基準(zhǔn)物（或設(shè)備內(nèi)置的基準(zhǔn)物）通過管路連接至差壓傳感器的兩端，然后以測試壓力對(duì)被測物與基準(zhǔn)物同時(shí)進(jìn)行充氣（按一定比例混合好的氦氣-空氣混合氣體），充氣至測試壓力后停止，這時(shí)差壓傳感器兩端壓力相等，經(jīng)過一段時(shí)間后，有漏的被測物，即使是微小泄漏，其與不漏的基準(zhǔn)物之間也會(huì)產(chǎn)生壓力差，此壓力差可通過差壓傳感器檢測到，經(jīng)由差壓檢漏儀將這一輸出信號(hào)檢出、放大并計(jì)算出被測物的具體漏氣量，進(jìn)而根據(jù)設(shè)定的氣密性標(biāo)準(zhǔn)判定出被測物是否合格，最后將這些信息傳送給操作人員。由于它采用差壓傳感器測量壓力差的檢測方式，檢測精度與充至被測物的測試壓力無關(guān)，能獲得較高的檢測精度。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 將氦質(zhì)譜差壓檢漏技術(shù)應(yīng)用于大容積容器的泄漏檢測，在不同漏率下，均能得到準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，且隨著檢測時(shí)間的成倍增長，檢測結(jié)果值成倍增加;

3.2 通過油箱模擬件上進(jìn)行不加漏孔，加漏孔1和加漏孔2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，差壓檢測數(shù)據(jù)與氣密實(shí)驗(yàn)車的檢測結(jié)果對(duì)比來看，當(dāng)差壓達(dá)到200Pa時(shí)，通過氣密實(shí)驗(yàn)車無法確定是否存在泄漏情況，只有當(dāng)差壓值達(dá)到500Pa以上時(shí)，氣密實(shí)驗(yàn)車的指針式壓力表才發(fā)生可分辨的偏轉(zhuǎn)，由此才能判定泄漏情況;

3.3 相對(duì)于氣密實(shí)驗(yàn)車上量程100kPa，最小一格0.5kPa的指針式壓力表，差壓檢漏系統(tǒng)最小可精確到1Pa。目視觀察指針式壓力表變化的氣密壓降檢測方法，能夠更有效的提高檢測精度和檢測效率;

3.4 差壓檢漏檢測結(jié)果的數(shù)字顯示及檢測數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存，也要比指針式壓力表的讀數(shù)方式更客觀，結(jié)果更準(zhǔn)確，操作更方便快捷，排除了人為因素的影響。

與當(dāng)今諸多檢漏方法（如氣泡法、鹵素檢漏法等）相比，氦質(zhì)譜檢漏方法的效率和可靠性最高。它將可疑漏點(diǎn)與氦質(zhì)譜檢漏儀中的質(zhì)譜室連為一個(gè)密封的空腔，將空腔抽至真空（10Pa以下）后，若有漏點(diǎn)，氦氣經(jīng)漏點(diǎn)進(jìn)入空腔，并擴(kuò)散至質(zhì)譜室，經(jīng)電離、加速、聚焦、偏轉(zhuǎn)后，由接收極接收，即可確定漏點(diǎn)位置。檢漏儀還可以根據(jù)接收到的氦離子濃度，指示出該漏點(diǎn)處氦氣的漏氣率大小。

和原有氣密實(shí)驗(yàn)相比，氦質(zhì)譜差壓法具有檢測精度好、可靠性強(qiáng)、檢測效率高、檢測指標(biāo)可以量化等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)原有氣密實(shí)驗(yàn)檢查指標(biāo)，可初步確定與原有氣密實(shí)驗(yàn)檢測等同的差壓法的檢測指標(biāo)為：15分鐘保壓檢測，差壓值不大于500Pa，相當(dāng)于每分鐘33.3Pa。試驗(yàn)證明差壓檢漏可以完全替代原有直壓檢測方法，可以高效、精確的進(jìn)行復(fù)合材料油箱的密封檢測。

4單點(diǎn)漏率的確定

整體油箱密封檢測進(jìn)行檢測整體漏率檢測后，為確保油箱不漏油，還需對(duì)泄露點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)漏率檢測。為了確定復(fù)合材料油箱的單點(diǎn)漏率，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)漏孔試驗(yàn)。

通過12組試驗(yàn)進(jìn)行漏孔漏率分析，因數(shù)據(jù)分布密集，因此漏孔漏率相同或相近，檢測結(jié)果也相同的，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出：

測試壓力為24.2kPa 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)漏率大于10-6Pa.m3/s量級(jí)的漏孔，都呈現(xiàn)漏油現(xiàn)象，標(biāo)準(zhǔn)漏率小于10-6Pa.m3/s量級(jí)，沒有滲油現(xiàn)象;

標(biāo)準(zhǔn)漏率為10-6Pa.m3/s量級(jí)的漏孔，在24 小時(shí)檢測時(shí)間中;1×10-6Pa.m3/s ～5×10-6Pa.m3/s之間的漏孔，在漏孔下端聚集較小液滴，但未發(fā)生油滴滴落的現(xiàn)象，存在泄漏的概率較小;6×10-6Pa.m3/s ～9×10-6Pa.m3/s之間的漏孔，會(huì)形成較小液滴，會(huì)有部分滴落，存在泄漏的概率相對(duì)較大;

漏油與不漏油的臨界狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)漏率，為一個(gè)臨界帶，在1×10-6Pa.m3/s到8×10-6Pa.m3/s之間，而不是單獨(dú)的某一個(gè)臨界點(diǎn)，在臨界帶內(nèi)，漏油情況也呈現(xiàn)臨界狀態(tài)。

通過標(biāo)準(zhǔn)漏孔試驗(yàn)，在標(biāo)準(zhǔn)漏孔在壓力24.2kPa下，煤油滲漏與否的臨界漏率值指標(biāo)初步定為1×10-6Pa.m3/s～8×10-6Pa. m3/s。

5油密檢測

油箱檢漏的目的是確定油箱的密封性，從而確定航空煤油的泄漏點(diǎn)并進(jìn)行工藝修補(bǔ)。經(jīng)氦質(zhì)譜細(xì)漏檢測獲得的漏率并不是航空煤油的漏率，因此需要確定一個(gè)對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)定煤油泄漏所對(duì)應(yīng)的氦質(zhì)譜檢漏的最小漏率值。

油密實(shí)驗(yàn)是先向油箱中充入一定比例的煤油，采用常壓煤油滲透檢漏，然后向油箱內(nèi)加壓，采用加壓煤油滲透檢漏，進(jìn)行漏源定位;這些方法存在著精度低、成本高、定量困難、效率不高、有安全隱患等不足。因此，需要尋找檢測精度和效率較高、安全可靠的先進(jìn)泄漏檢測技術(shù)來替代原有方法，以提高整體油箱的檢測水平和生產(chǎn)效率。通過油密試驗(yàn)來驗(yàn)證臨界漏率是否適用于復(fù)合材料油箱的油密檢測。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

標(biāo)準(zhǔn)漏率大于10-6Pa·m3/s量級(jí)的漏孔都存在漏油情況，如漏點(diǎn)A、B、C;從圖7、8、9中可以觀察到發(fā)生泄漏的情況，其中圖7漏點(diǎn)A的氦質(zhì)譜檢測漏率數(shù)據(jù)最大，發(fā)生漏油的漏量也最大，形成較大的液滴，且滴落。

標(biāo)準(zhǔn)漏率小于10-6Pa·m3/s量級(jí)的漏點(diǎn)沒有觀察到漏油情況，如漏點(diǎn)D;從圖10未觀察到漏油現(xiàn)象。

按照油密實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)論：測試壓力為24.2kPa，標(biāo)準(zhǔn)漏率1×10-6Pa·m3/s作為判斷漏油的臨界漏率的指標(biāo)。該指標(biāo)在油箱模擬件上驗(yàn)證是適用的。

6整體油箱檢漏方案

整體油箱，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于各種不確定的因素，使得一些螺栓和夾層處的密封性達(dá)不到要求，因而存在漏油的現(xiàn)象。為了解決這一問題，有必要對(duì)油箱進(jìn)行密封性檢測，找出準(zhǔn)確的漏點(diǎn)并加以修補(bǔ)。采用試驗(yàn)件對(duì)機(jī)翼整體油箱漏率進(jìn)行摸索，整體油箱試驗(yàn)件檢漏總體上分為兩個(gè)部分：一是粗漏漏點(diǎn)檢測與工藝修補(bǔ);二是氦質(zhì)譜細(xì)漏檢測。

6.1 粗漏檢測方法

粗漏檢測過程涉及的主要設(shè)備有壓縮空氣氣源、自動(dòng)配氣平臺(tái)、控制閥等，其檢測示意圖如圖8所示。試驗(yàn)時(shí)，首先接通壓縮空氣氣源，啟動(dòng)整體油箱快速檢漏設(shè)備，設(shè)定充氣氣壓。充氣過程結(jié)束后，穩(wěn)壓15min，觀測檢漏設(shè)備上的壓降曲線，確定是否存在粗漏。若壓降明顯，說明有粗漏漏點(diǎn)存在。經(jīng)肥皂泡方法確定粗漏漏點(diǎn)位置后，利用涂密封膠的方法對(duì)粗漏漏點(diǎn)進(jìn)行工藝修補(bǔ)，重復(fù)檢測修補(bǔ)后，至油箱試驗(yàn)件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的壓降符合技術(shù)要求后，可以進(jìn)行氦質(zhì)譜細(xì)漏檢測。

6.2 細(xì)漏檢測方法

油箱試驗(yàn)件的細(xì)漏漏點(diǎn)采用正壓法檢測。試驗(yàn)時(shí)，向油箱試驗(yàn)件內(nèi)部充入氦氣和壓縮空氣的混合氣體，使油箱內(nèi)部壓力大于外界大氣壓，如果有漏點(diǎn)存在，氦氣就通過漏點(diǎn)泄漏出來，用吸槍進(jìn)行探測，就能確定是否存在泄漏。

細(xì)漏檢測過程涉及的主要設(shè)備有壓縮空氣氣源、氦氣氣源、自動(dòng)配氣平臺(tái)、氦質(zhì)譜檢測儀、吸槍、罩盒、控制閥等，其檢測示意圖如圖10所示。本試驗(yàn)采用正壓法對(duì)油箱試驗(yàn)件進(jìn)行氦質(zhì)譜細(xì)漏檢測。

試驗(yàn)時(shí)，接通壓縮空氣氣源和氦氣氣源，通過整體油箱快速檢漏設(shè)備，設(shè)定配氣比例和充氣壓力（如圖11所示），分別向油箱試驗(yàn)件內(nèi)部充一定氣壓的混合氣體，使油箱內(nèi)部壓力大于外界大氣壓，如果有漏點(diǎn)存在，氦氣就會(huì)通過漏點(diǎn)泄漏出來，再利用氦質(zhì)譜檢測儀（如圖12、圖13所示），配合吸槍和罩盒沿連接件表面進(jìn)行檢測，就能確定是否存在泄漏和具體的漏率大小。

7檢漏安全措施

安全生產(chǎn)是現(xiàn)場生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。

a.混氣罐上裝有壓力傳感器，超過設(shè)定壓力上限則切斷氣源進(jìn)口，低于設(shè)定壓力下限則開啟氣源進(jìn)口，保證配氣壓力的穩(wěn)定;

b.驅(qū)動(dòng)氣源裝有壓力開關(guān)，驅(qū)動(dòng)氣源過低，將會(huì)報(bào)警提示，避免驅(qū)動(dòng)壓力過低導(dǎo)致的氣控閥門誤動(dòng)作;

c.設(shè)備與被測產(chǎn)品相連接的充氣口處設(shè)置有兩級(jí)壓力開關(guān)，一旦被測產(chǎn)品內(nèi)壓力超過設(shè)定壓力，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)切斷驅(qū)動(dòng)管路、充氣管路，切斷充氣閥門、停止充氣，避免異常充壓過高導(dǎo)致被測產(chǎn)品損壞;

d.系統(tǒng)配備了急停開關(guān)與蜂鳴器。異常情況可人為按動(dòng)急停開關(guān)，將系統(tǒng)恢復(fù)到安全狀態(tài)。蜂鳴器在異常狀態(tài)時(shí)，提供了聲光報(bào)警，使操作人員能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)異常情況，并加以解決。

8結(jié)束語

差壓檢漏技術(shù)研究和單點(diǎn)漏率差壓檢漏技術(shù)完全可以應(yīng)用于整體油箱總漏率的檢測上，其高精度、高可靠性、高檢測效率和可以量化指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)非常適合進(jìn)行大型客機(jī)的整體油箱檢漏，也可推廣至其他整體油箱機(jī)型。

大型客機(jī)中央翼整體油箱的密封是保證飛機(jī)重要部位密封質(zhì)量的關(guān)鍵，所以我們需要將先進(jìn)密封技術(shù)和先進(jìn)的密封檢測技術(shù)逐漸引入C919中央翼項(xiàng)目中，提高整體油箱的密封質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)中央翼整體油箱滲漏點(diǎn)的快速定位檢測與修補(bǔ)，利用現(xiàn)有手段并進(jìn)行創(chuàng)新，制定大型客機(jī)的密封方法，形成先進(jìn)密封、檢測體系，保證中央翼的高質(zhì)量、高效率裝配。

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