无损检测技术在航空工业中的应用与发展

无损检测技术在航空工业中的应用与发展
近年来，随着我国航空事业蓬勃发展，对航空器安全运行的需求逐渐提高，如何既能实现对航空器的有效检测、维修，保证其运行安全可靠，又能保证检测技术不会对航空器产生破坏或者影响其工业生产，成为航空检测领域重点研究内容，因此航空器的无损检测技术对航空器的安全使用至关重要。

无损检测技术具有检测灵敏、无损伤、无破坏等优点，被广泛应用到航空工业中。

文章对当前成熟且应用较广的几种无损检测技术进行了介绍，论述了它们在航空工业中的应用情况，并展望了未来航空工业无损检测技术的发展趋势。

标签：无损检测；航空工业；应用；发展
1 概述
目前，随着我国航空事业快速发展，飞机设计和制造中越来越多的运用新的设计理念，大量采用新型材料，以达到减轻重量、增加强度的目的等；而原有的飞机在逐步老化，逐步进入高等级维修阶段。

如何适应新型材料的检查，如何确保老龄飞机在持续飞行中保证安全，发挥更大的作用，是目前摆在航空人员面前的一项难题。

如何既能实现对航空器的有效检测，保证其运行安全可靠，又能保证检测技术不会对航空器产生破坏，成为航空检测领域重点研究内容，因此无损检测技术在航空工业中的应用及发展至关重要。

无损检测技术（NDT）作为一门新兴的综合性学科，广泛应用于工业生产中用以评价产品质量，预测产品寿命[1]。

顾名思义，无损检测是在不对检测对象造成破坏的前提下，利用声、光、电、磁等对缺陷或结构异常的反应变化，对缺陷的位置尺寸、分布及变化做出判断和评价。

无损检测技术能有效地发现航空器结构的疲劳裂纹、腐蚀、分层和脱胶等，并在材料失效分析中能连续追踪检查损伤的发展，因此是航空器设计制造的重要环节，是航空器维修、改装必须具备的手段，无损检测工作质量的高低，直接影响到飞机的飞行安全，因此受到越来越多地重视。

2 无损检测技术的分类及应用
目前比较成熟且应用较广的无损检测方法主要有超声检测、液体渗透检测、涡流检测、磁粉检测、射线照相检测、工业CT检测等[2]。

2.1 超声检测技术
超声检测（UT）是常见的无损检测方法之一，振动频率高于20kHz的声波称为超声波。

超声波检测基本原理是：超声波检测中，最常用的方法是脉冲反射法，最常用的是0.5MHz-10MHz的声波，这种声波穿透能力强，当它在材料中以一定的角度和速度传播的时候，遇到缺陷（或者不同材料界面）的时候就会产生反射、折射等波形变换，通过检测这种变换就可以用来探测缺陷的位置、大小
及分布等。

这种检测方法的特点是声波穿透力强、检测灵敏度高，并且检测快速便捷、效率高，因此被广泛用于检测产品的内部缺陷。

如发动机涡轮盘，因其组织致密，采用超声检测方法可快速、准确检测其内部缺陷。

目前国内外研究最活跃的非接触式超声换能方法无疑是激光超声检测技术[3]，这是一种结合了激光技术与声学技术的新型无损检测技术，为快速和远距离非接触式超声波检测创造了条件。

恶劣环境下对航空产品进行检测时一般采用该项技术，如高温、高压、有毒等环境下的航空器检测；表面结构形状复杂的航空产品或采用新型薄膜材料制造的航空产品，也较多采用激光超声检测技术。

2.2 渗透检测技术
渗透检测（PT）主要用于表面开口缺陷的检测，其原理是：将渗透剂施涂到工件的表面，一段时间由于毛细作用原理，在开口的缺陷中就会渗入渗透剂，干燥之后再施涂显像剂，同样由于毛细作用原理，渗透剂回渗到显像剂中将缺陷显示出来，从而检测到缺陷的形状、尺寸大小以及分布。

渗透检测成本较低，检测结果可直观显示出来，并且能够对不同方向的开口缺陷进行检测，但检测局限性大，只能对表面开口缺陷进行检测。

飞机制造中大量采用的非铁磁性零件，在飞机完成交付安装前，一般需对零件表面进行质量检测。

中、小尺寸零件一般采用荧光渗透的自动流水线设备对其进行表面质量检测；而大型零件多采用静电喷涂的方式完成荧光渗透检测。

2.3 涡流检测技术
涡流检测技术（ET）的原理是法拉第电磁感应定律，通过检测涡流的强度和分布变化情况来揭示导电材料表面或近表面处的缺陷，广泛应用于厚度检测以及内部缺陷检测。

涡流检测不需要接触式测量，易于实现高速自动化检测。

缺点是对表面以及近表面缺陷具有较高的灵敏度，检测结果容易受到干扰。

涡流检测技术广泛应用于飞机制造业，机身大型构件较多采用铝合金材料，铝合金经热处理后其硬度与导电率之间存在良好对应关系，因此采用这项技术可以快速检测到其表面和近表面处的缺陷。

2.4 磁粉检测技术
磁粉检测（MT）技术，又称磁粉检验或磁粉探伤，是一种在航空航天、军工、钢结构等领域应用十分广泛的无损检测技术。

磁粉检测的原理是：利用缺陷处磁漏场与磁粉相互作用的结果，可以显示出磁性材料工件表面与近表面的缺陷信息[4]。

磁粉检测的优点是检测速度快、工艺简单、成本低廉、显示直观，缺点是对表面和近表面灵敏度较高、仅适用于铁磁材料，应用范围有限。

对于采用高强度
铁磁性结构钢材料制造而成的飞机起落架、主传动部件等，选择磁粉检测技术可以有效发现零件表面的缺陷。

2.5 工业CT检测技术
工业CT（ICT）技术是指应用于工业中的核成像技术，被称为最佳无损检测技术，在汽车电子、特种设备行业、军工、核物理等领域应用十分广泛。

其基本原理是：依据放射性核素或其他辐射源发射出的射线在被检测物体中的衰减规律及分布情况，获取物体内部的详细信息[5]。

通过计算机信息处理和图像重建技术，以图像的形式直观显示被检测物体的内部结构以及缺陷位置等。

工业CT的优点是：清晰直观准确、可以显示出缺陷的三维形状及尺寸等。

缺点是价格过于昂贵。

2.6 射线照相检测技术
射线照相检测（RT）技术是利用射线（X射线、γ射线等）穿透物体过程中的衰减规律来检测工件内部缺陷的一种无损检测方法。

射线检测几乎适用于所有的材料[6]，在航空工业广泛应用，目前数字射线检测主要应用于对铸件和焊件的检测[6]。

射线检测的优点是缺陷检出率高，直观，易定性、定量，检测结构可长期存档备查，是应用最广泛的一种无损检测技术。

作为飞行动力的提供者，航空发动机的质量对航空器的飞行安全至关重要，因此必须对其关键部件及重要部件进行可靠的无损检测。

如航空发动机叶片，一般需对其缺陷与尺寸进行精确测量。

缺陷检测采用的技术主要有X射线照相、射线实时成像、渗透检测，型面尺寸测量应用的技术主要有工业CT检测、超声检测、涡流检测等。

3 未来航空工业无损检测技术的发展趋势
随着航空器不断更新换代，对航空产品的检测需求也越来越高，研究与发展新的无损检测技术具有非常重要的价值，对促进我国航空工业的进一步发展有着现实意义和推动作用。

未来我国航空工业无损检测新技术的研究重点和发展方向主要有以下几个方面：
（1）检测更为快速、高效、自动化。

无损检测技术未来发展的研究重点在于更为快速、高效、自动化的检测方向，为了提高检测效率、降低检测成本，使其更适合未来航空工业的需求，必须开展适合航空工业更为快速、高效、自动化无损检测技术的探索研究，加强对无损检测新技术、新方法的基础研究与应用。

（2）缺陷可视化研究。

开展缺陷可视化研究，可以更为清晰直观地将航空器的缺陷显示出来，能够有效识别缺陷的特征信息并进行提取，并有助于进一步开展缺陷分析工作。

（3）研发专用于航空产品、采用无损检测技术的先进检测设备。

将无损检测技术应用于航空器检测中需要通过专用设备硬件平台来实现，而目前国内在这
一领域的研究尚处于空白状态，无损检测设备多依赖于进口，自主研发综合多学科技术支持与无损检测研究于一体的航空专用检测设备对航空工业的发展具有极大的促进作用。

因此应在充分利用国外进口技术平台的基础上，自主研发适合航空工业需求并可实现无损检测功能的专用设备。

（4）无损检测可靠性评价技术研究。

损伤容限理论应用于航空器的设计中极大地促进了无损检测技术的发展，无损检测结果的准确性、可靠性直接决定了航空器能否安全运行，因此必须加强对无损检测技术的可靠性研究。

4 结束语
在航空器及航空产品的设计、制造、使用和维护过程中，无损检测技术对保证其质量和安全飞行发挥着极其重要的作用。

无损检测技术使用过程中，需要根据不同的检测对象、检测需求以及缺陷情况，正确选择不同的检测方法来确保缺陷的检出率，进而确保航空器的安全使用。

可以预见的是，随着新的无损检测技术的发展，必将会有一些检测速度更快、灵敏度更高、可靠性更好、缺陷显示更直观的新方法在航空工业的无损检测中得到应用，促进航空工业更好的发展。

参考文献
[1]Erhard A. Non-destructive evaluation [M]. Springer Berlin Heidelberg，2013.
[2]Shen Q，Gao J，Li C. Automatic classification of weld defects in radiographic images [J].Or Insight，2010，52（3）：134-139.
[3]梁宏宝，朱安庆，赵玲.超声检测技术的最新研究与应用[J].无损检测，2008，3：174-177.
[4]郭健，张丹，马国义，等.无损检测（NDT）-磁粉检测（MT）技术[J].工程与试验，2011，51（3）：55-58.
[5]郑世才，王晓勇.数字射线检测技术[M].机械工业出版社，2015.
[6]侯晓琴.基于射线成像的缺陷自动识别方法研究及应用[D].重庆大学，2009.
王进（1980-），男，陕西西安人，硕士研究生，主要从事试验机改装设计工作。