航空装备无损检测技术现状及发展趋势

航空装备无损检测技术现状及

发展趋势

北京航空工程技术研究中心　耿荣生　景　鹏

无损检测技术已在航空装备安全可靠运行方面起到重要保障和技术支撑作用，无论是在航空装备的制造、生产过程，还是各机种的在役检测和日常维护、检查，无损检测都发挥了极其重要的作用。为实现无损检测技术的可持续发展，需要提倡一些新的无损检测理念和新的检测思路。以健康监测、集成检测和数据融合，以及数字化、图像化和信息化为典型标志的绿色无损检测可能就是未来值得发展的检测技术。

立却标志着我国航空制造业突飞猛进的时代即将来临。与此相联系，在未来较长一段时间内，航空无损检测技术也必然会有一个快速、稳定和持久的发展期。

延长包括飞机在内的航空装备的安全使用期是现代航空装备的发展趋势。无损检测（NDT）或无损评价（NDE）技术在航空装备的全寿命过程中起着极其重要的作用，它对保证飞行安全、延长飞机寿命都具有非常重要的意义。随着在航空技术中采用损伤容限理论替代过去的安全寿命设计理论，无损检测技术在航空装备中的应用观点也发生了根本性的变化，

这就是无损检测技术应当对

Up -to -Date NDT Technology for Aviation Equipment

虽然近一二十年来，特别是进入21世纪后，传统制造业正面临IT 产业的巨大挑战，但是，装备制造水平，特别是大型装备制造水平仍然是衡量一个国家工业水平的最重要的标志[1]。作为同装备全寿命过程的安全、质量和可靠性密切相关的无损检测技术，其发展水平又是衡量一个国家装备制造工业水平的重要标志。经济发展的现代化必须是以可靠的现代化和安全的现代化为基础，前者必须是以制造业为本，这是立国之本，也是实现一个社会可持续发展的重要保障，而后者的重要保障条件是事关国计民生的重大装备的核心和关键制造技术能掌握在自己手中。

在航空工业上，

这一点尤其突出。航空制造技术已作为我国未来十大重

点发展产业，

其安全性和可靠性更加重要。虽然总体水平远落后于美国

和欧洲等发达国家，

但商用大飞机项目的上马以及珠海航空工业城的建

耿荣生

中国无损检测学会理事长，国际无损检测委员会（ICNDT）委员,北京航空工程技术研究中心教授、博士生导师。主要研究方向为声发射检测、动态监测和故障诊断技术等。获二等以上军队及省部级科技进步奖9项，发表论文140多篇。2008年获得国际无损检测委

员会（ICNDT）Sokolov奖。

装备的全寿命（从摇篮到坟墓）负责，它不但应当能（实现传统意义下的）检测出已经存在的缺陷或裂纹，还应当能对裂纹发展规律进行预测，以保证损伤容限理论的正确实施。

无损检测技术是一项典型的具有低投入、高产出特点的工程应用技术。我们很难找到其他任何一个应用学科分支，其涵盖的技术知识之渊博、覆盖的基本研究领域之众多、所涉及的应用领域之广泛能与无损检测相比[2]。1982年10月，时任美国总统的里根在发给美国无损检测学会(ASNT)成立20周年的贺电中曾说过，（无损检测）能给飞机和空间飞行器、发电厂、船舶、汽车和建筑物等带来更大程度的可靠性，没有无损检测（美国）就不可能享有目前在飞机、船舶和汽车等众多领域和其他领域的领先地位[3]。作为一门应用性极强的技术，只有与国家大型工程项目结合，解决国家大型和重点工程项目中急需解决的安全保障问题，无损检测技术才能有用武之地和广阔的发展空间。

航空装备的无损检测涉及面很广，它包括航空材料的检测、航空结构件制造过程的检测和在役设备（飞机）的检测等，虽然都属无损检测，但其检测重点和涵盖的领域有着很大差别。本文在论及航空装备无损检测技术的时候，重点将放在在役装备的检测（或外场检测）上，这可能也是一个最富挑战的研究和发展领域。

航空装备无损检测工作的

主要特点

航空装备的无损检测面临一些特殊的情况，主要有[3]：（1）结构复杂，（除生产线外）大多情况下自动设备不一定能发挥太多作用。（2）材料范围广，包括铝合金、钛合金、高强度钢、复合材料等，而适合不同材料的检测方法也会有所不同。例如复合材料，其故障现象特殊，最有威胁的缺陷是分层、基体开裂和纤维断

裂，同时因声各向异性且声波衰减系

数特别大，给常规超声波检测带来了

困难。钛合金是非磁性材料，但属于

粗晶结构，超声和涡流检测都面临一

些新的问题。（3）对象复杂。无论

是老旧飞机还是新机，很多情况下检

测的可达性差，特别是叶片、压气机

盘和涡轮盘等部位，这也给在役检测

工作带来很大困难。（4）需要对领

先飞行飞机的一些特殊部位、特殊区

域和可能的缺陷检测方法进行预先

研究。由于缺少相关资料，该项工作

往往需要在现有检测经验的基础上

进行许多预先研究，因而风险往往较

大。

我国航空装备无损检测

工作现状

航空领域一直是我国开展无损

检测理论和应用研究最普遍、最活跃

的部门。航空装备无损检测工作应

当遵循的原则是，寻找适合且有效的

方法，而不是盲目走高、精、尖之路；

要用“对”的，不盲目追求“贵”的！

例如民用航空，目视（包括借助仪器

的目视）可能占到其无损检测工作

量的70%以上，目视加常规可能占

到90%以上[4]。当然，由于航空装

备的特殊性和对高安全性、高可靠性

的需求，最新、最先进的检测方法往

往首先在航空部门得到应用（结构健

康监测、脉冲涡流、激光和红外成像

等技术），但那是实际检测中一些特

殊部位或特殊场合提出的需求，而不

是为了应用新技术而使用新技术。

我国航空领域的无损检测总体

上位列世界先进水平，其研究和技术

人员能自行解决和攻克航空领域面

临的各类复杂的技术疑难问题。摩

擦焊是一种新的固相焊接技术，在航

空制造上有重要应用，因焊缝区缺陷

紧贴、细微，焊缝区冶金组织与母材

接近，采用常规针对熔焊缝的X射

线或超声波检测方法难以解决摩擦

焊检测问题。刘松平等利用入射声

波在焊缝区产生的反射/散射/衍射

等综合信息进行焊缝缺陷的判别和

识别，取得了良好的检测效果[5]。在

利用常规TOFD技术的基础上，提出

利用L-TOFD和P-扫等技术综合

检测搅拌摩擦焊焊接质量，该研究方

法可以替代传统的X射线检测法并

克服其难以检测焊缝纵向裂纹的缺

点，为保证搅拌摩擦焊焊接质量发挥

了作用。刘松平等对于复合材料缺

陷的检测也进行了具有创新意义的

研究，研制成功的CUS-6000复合材

料高效超声自动化扫描成像检测设

备已达到工业应用级水平，直接可为

复合材料制造服务。该研究小组研

制的超声显微成像技术可以精确判

断各复合材料铺层的缺陷情况，未来

可对提高复合材料的制造质量发挥

重要作用。

郭广平等长期以来对激光错位

散斑干涉技术进行了较为深入的研

究。对于C夹层雷达罩峰窝结构，制

造过程中存在的弱脱粘缺陷用常规

超声波C扫描技术难以发现，他们研

制的真空加载激光散斑干涉系统可

在现场对紧贴型弱脱粘缺陷实施检

测，该技术可用于雷达罩上蒙皮与峰

窝之间的脱粘、中蒙皮与上侧峰窝之

间的脱粘检测，其检测能力达到工程

应用水平[6]。

耿荣生等在2004~2011年长达

8年的时间内，跟踪监测了2类三代

机在全机疲劳试验中的损伤发展情

况，首次建立了以声发射技术为中心

的综合裂纹监控技术，保证了试验

的顺利进行，2种机型的寿命均得到

50%以上的提高[7]。其课题组发展

了一套较为完整的声发射信号处理

和预报方法，在充分研究并获得了无

裂纹情况下背景声发射信号的统计

平均特性后，采用了基于统计分析原

理的趋势分析技术，基于时间、基于

空间、基于幅度和基于能量的滤波技

术，基于声发射信号幅度分布特征研