商用飞机维修中的无损检测应用

发布时间：2023-06-13 21:31:20

介绍在飞机维修计划中，检查机械损坏并评估维修工作的范围很重要。但在定期维修中，很难快速发现缺陷，因为飞机的维修必须在预定时间内

介绍

在飞机维修计划中，检查机械损坏并评估维修工作的范围很重要。但在定期维修中，很难快速发现缺陷，因为飞机的维修必须在预定时间内完成，并及时放行进行商业运营。

在飞机维修期间，“无损检测”（NDT）是进行检查的最经济的方法，也是发现缺陷的唯一方法。简单地说，无损检测可以检测到机身结构和发动机部件中肉眼明显看不到的裂缝或任何其他不规则之处。

飞机的结构和不同的组件由各种材料制成，如铝合金、钢、钛和复合材料。把飞机拆成碎片再检查每个部件需要很长时间，因此无损检测方法和设备选择必须快速有效。

在目前飞机上无损检测应用的趋势中，70-80% 的无损检测是在机身、结构、起落架上进行的，其余的是在发动机及相关部件上进行的。

为了保持飞机无缺陷并确保高度的质量和可靠性，并作为检查计划的一部分，通常采用以下无损检测方法；

1) 渗透 2) 磁粉 3) 涡流 4) 超声波 5) 射线照相术（X 射线/伽马射线） 6) 目视 7) 声波/共振 8) 红外热成像。

不同的无损检测方法
1. 渗透检测：

渗透检测是最古老的现代无损检测方法之一，广泛用于飞机维修。液体渗透检测可以定义为一种物理和化学无损程序，旨在检测和暴露“无孔”工程材料中的表面连接不连续性。

渗透检测的基本目的是增加不连续性与其背景之间的可见对比度。这是通过用适当配制的具有高流动性和渗透力的液体（进入空腔）处理该区域来实现的，然后促使液体从显影剂中出现，在白光下显示缺陷图案（当可见染料渗透剂时）使用）或在紫外线下（使用荧光渗透剂时）。评估还借助3X到5X放大倍率进行。液体渗透检测的目的是快速、经济地以高度可靠性提供其他表面不连续性的裂纹、孔隙、搭接、接缝的证据。

设备：各种类型的渗透检测装置用于飞机维修

i) 便携式设备：渗透剂材料装在小容器中的“气溶胶喷雾罐”中，用于刷子或擦拭应用。借助这些气溶胶罐，可对飞机、结构或发电厂的已安装部件进行渗透测试

ii) 固定式测试设备： 这种类型的设备最常用于固定安装，由一系列模块化工作站组成。典型站点如下： a) 用于渗透剂的深罐 b) 乳化剂和显影剂 c) 多个排水或停留区域 d) 具有适当照明的清洗区 e) 干燥箱和 f) 检验室。

iii) 小部件检测单元： 这些检测单元设计用于处理飞机小部件。单位比固定系统小。小零件被装入金属丝筐，然后通过每个工位进行加工。

iv) 自动测试系统： 在这个渗透检测过程中，渗透剂的应用、清洗和干燥是自动的，但显影剂的应用、紫外线检查和解释是由检查员手动执行的。在这个自动系统中检查大型飞机部件。

应用：检测飞机所有材料的表面检测或结构损坏。荧光渗透剂用于关键区域进行更敏感的评估。

要点：快速且易于使用，价格低廉且易于运输。可以检测非常小的表面不连续性。可用于飞机或车间。常用于确认可疑缺陷。检查前后要清洁的区域。

2. 磁粉：

磁粉检测是一种对“铁磁”材料的表面裂纹和某些亚表面裂纹进行无损检测的灵敏方法。

该测试方法基于磁化物体中的磁通量因存在不连续性而局部变化的原理。这种失真会导致一些磁场在不连续处退出并重新进入测试对象。这种现象称为漏磁。通量泄漏能够吸引磁性材料的细碎颗粒，这些颗粒反过来形成不连续性的“指示”。因此，测试基本上由三个操作组成： a) 通过圆形或纵向磁化在测试对象中建立合适的磁通量。b) 在液体悬浮液的干粉中应用磁性粒子；c) 在合适的照明条件下检查测试对象以解释和评估指示。

在使用永久磁铁或电磁铁时，在飞机结构/部件检查的关键区域使用气溶胶罐中的荧光或黑色氧化物颗粒。荧光颗粒检测方法通过黑光进行评估（黑光由配备滤光片的 100 瓦汞蒸气投射聚光灯组成，该滤光片可透射波长在 3200 至 3800 埃单位之间的波长并吸收几乎所有可见白光）。

设备：以下类型的设备用于磁粉检测：

i) 固定式磁通机：带有流体悬浮循环和输送系统的固定柜，线圈、头架和可移动尾架的位置可调节，用于检查从发动机和飞机上拆下的静止部件。

ii) 移动式便携式磁通机：手推车或手推车运输，现有设施有限。

iii) 电磁轭（可调）：适用于检查不规则形状零件的表面缺陷。

iv) 永磁体：用于飞机大小零件的隔离关键区域。

应用：原理简单，易于携带。快速有效地检测任何形状的铁磁材料的表面和亚表面缺陷，从发动机、泵、起落架、齿轮箱、轴、减震支柱等中去除。广泛用于螺栓检测。

要点：仅适用于铁磁材料。需要去磁程序。位置限制 - 磁场是定向的，最佳结果必须垂直于不连续性。

3. 涡流：

涡流检测是无损材料和评估广泛领域中重要的检测和广泛使用的方法。这种方法特别适用于检测通常由疲劳或应力腐蚀引起的服务诱发裂纹。涡流检测可以用最少的零件准备和高度的灵敏度进行。

涡流是通过与交变磁场反应在电导体中感应的电流。涡流是圆形的，并且垂直于所施加磁场的方向。a) 电导率 b) 磁导率 c) 几何形状和 d) 检测对象的均匀性，都会影响感应电流。

材料的电导率和磁导率受其化学和热处理条件的影响。可以快速轻松地分离受火灾或过热损坏的混合材料或部件（电导率测试）。测试对象的几何形状和均匀性的变化将改变涡流的大小和分布。通过监测这些变化，可以检测到裂缝和其他缺陷的存在。

涡流检测系统基本上由五个功能组成： a) 振荡器 b) 检测线圈绝对或差动 c) 电桥电路 d) 信号处理电路 e) 读出或显示。

设备：飞机涡流检测通常使用以下测试仪器

1) 仪表显示仪 -它包括一个以毫安为单位的可移动仪表指针刻度。针移动的幅度与测试电路的阻抗成正比。

2) 阻抗平面显示仪器 -它在 CRT、LCD 或视频显示器上具有“飞点”。飞点的位置指示测试电路的阻抗，但也显示电阻和电抗的影响，同时呈现相位和幅度信息。

3) 线性时基显示仪器—— 通常与旋转裸眼探头扫描仪配合使用。显示器上信号的“水平位置”表示孔中的传感器时钟，信号的“垂直峰值”表示响应幅度。

4) 条形图显示仪表 -它具有 LCD 读数条形刻度，以电压敏感增量分级。显示指示的位置从一格到满量程可调。

与仪器的兼容性和材料选择使用不同类型的探头例如 i) 高频表面和螺栓孔探头 ii) 高频特殊探头（沉头塞和成形） iii) 低频探头（点环绕和成形） iv)滑动探头（驱动器/接收器）。

应用：涡流检测用于检测表面和亚表面缺陷、飞机结构腐蚀、紧固件孔和螺栓孔。通过高频方法进行地表检测和电导率测试，通过低频方法进行地下检测。

常规涡流检查是在运输轮毂下方的飞机上进行的，用于检测飞机和发动机的不同管道、管状部件的裂纹。

要点：仅适用于导电材料（黑色金属、有色金属和奥氏体部件）。需要校准标准和训练有素的操作员。快速便携。材料和可及性变化所需的空间探头。

4. 超声：

频率高于可听极限的声音称为“超声波”。它的频率范围为 0.2 MHz 至 800 MHz。

超声波检测为大多数材料（金属、非金属、磁性或非磁性）提供了一种灵敏的无损检测方法。它允许检测只有一个表面可接近的小缺陷，并且能够估计缺陷的位置和大小如果两个表面平行，超声波可用于厚度测量，只有一个表面是可接近的。超声波测试的有效结果在很大程度上取决于对象表面状况、晶粒尺寸和方向以及声阻抗。超声波技术被广泛用于检测材料的内部缺陷。

超声波检测是根据“透射”和“反射”声波的原理进行的。声音在给定物质中具有恒定的速度；因此，材料声阻抗的变化会导致该点的声速发生变化，从而产生回声。如果声音在测试材料中的速度以及声音到达和从缺陷返回所需的时间已知，则可以确定声阻抗（缺陷）的距离。

超声波检测通常采用两种技术（i）反射（脉冲回波）技术（ii）通过传输技术。“脉冲回波”技术在飞机维修检查中应用最为广泛。

设备：超声波探伤设备包括以下基本元件： (i) 阴极射线示波器 (ii) 定时电路 (iii) 频率发生器 (iv) 射频脉冲发生器 (v) 放大器和 (vi) 换能器（搜索单元）

声能（透射或反射）以四种方式呈现、显示或记录。

i) A扫：“脉冲回波”系统的基本组成部分。采用立式视频、阴极射线管或 LCD 显示器。显示信号的不连续深度和幅度。最常用于飞机检查

ii) B扫：它在“横截面视图”中显示不连续深度和分布。演示记录纸和计算机显示器的手段。

iii) C扫：在“平面视图”中显示不连续分布。演示所需的记录纸和计算机显示器。

iv) 数字读数：它以代表声速厚度读数的数字格式显示超声波经过时间信息。

应用：用于检测焊接、锻造、铸造起落架腿和发动机附件的主要结构配件的表面和次表面检测。关键区域、飞机结构接头和挂架的螺栓。还检查搭接接头和复合结构的粘合质量。用于损坏或腐蚀去除后的厚度测量。

关键点：快速、可靠和便携。结果马上就知道了。需要校准标准和训练有素的操作员。必须知道测试对象的不连续方向才能选择波形模式。

5. 射线检测：

射线拍照是最古老和广泛使用的无损检测方法之一。射线照片是通过电磁辐射（例如 X 射线或伽马射线）穿过物体到胶片上产生的照片记录。当胶片暴露在 X 射线、伽马射线或光线下时，胶片乳剂中会产生一种称为“潜像”的不可见变化。当胶片浸入显影液中时，如此曝光的区域会变得更暗。显影后冲洗胶片以停止显影。接下来将胶片放入定影浴中，然后清洗以去除定影剂。最后晒干，以便解释和记录。

X 射线：产生 X 射线所需的三样东西、电子源、高速推进电子的方法和目标材料。当高速电子与物质（目标材料的核）相互作用时，它们的能量被提供，它足够高，转换为 X 射线能量。

典型的 X 射线设备由以下特征组成： i) 管壳 ii) X 射线管的阴极 iii) X 射线管的阳极 iv) 焦点（辐射焦点的大小） v) X 射线光束配置 vi) 加速电位（工作电压 - 阴极和阳极之间的电位差）

伽马射线： 伽马射线是放射性物质分裂核的发射。进行工业检查时最常用的两种“同位素”是铱192 和钴60。但在伽马射线照相期间的飞机维护中，通常使用铱 192。镭226 和铯137 的同位素是可用的，但通常不用于飞机射线照相。伽马射线照相具有设备简单、放射源紧凑和不依赖外部电源的优点。

应用：考虑到X射线的穿透和吸收能力，射线照相用于检查各种非金属零件；用于孔隙度、水滞留、压碎芯、裂纹和树脂富集/堆焊条件；及金属制品；例如焊接、铸件和锻造，以及定位装配结构组件中的不连续性，例如裂纹、腐蚀、夹杂物、碎屑、松动的配件、铆钉、圆孔外和厚度变化。伽马射线照相通常用于检测飞机结构（钢和钛）和发动机部件的内部缺陷，这些缺陷需要更高的能量水平或其他难以接近的组件。

要点：辐射危险，飞机必须清洁所有人员。需要训练有素的操作员、胶片处理和观看设备。裂纹点必须几乎平行于 X 射线束。消除了许多拆卸要求。提供调查结果的永久记录。测试样品的两侧都需要可接近性。

6.视觉/光学：

目视检查可能是所有无损检测中使用最广泛的。它简单、易于应用、实施迅速且通常成本低。目视检查的基本原理是用光照射试样，用肉眼检查试样。在许多情况下，辅助工具用于协助检查。

该方法主要用于 i) 放大肉眼无法检测到的缺陷，ii) 协助检查缺陷，以及 iii) 允许肉眼无法进入的区域进行目视检查。

设备：在飞机维修中使用以下设备进行视觉和光学测试：

i) 放大镜 -通常由用于低倍放大率的单透镜和用于更高放大率的双或多个透镜组成。

ii) 放大镜 - 这是一个凹面反射表面，例如牙科镜可用于查看放大镜无法进入的飞机受限区域。

iii) 显微镜—— 它是一种多元素放大镜，提供非常高的放大倍率，用于检查从飞机上拆下的零件。一些便携式设备还用于评估在飞机上发现的可疑迹象。

iv) 管道镜 - 管道镜是一种带有内置照明的精密光学仪器。内窥镜有时称为“内窥镜”或“内窥镜”，由卓越的光学系统和高强度光源组成，一些内窥镜提供放大选项、变焦控制或附件。

v) 灵活的光纤管道镜 - 允许在摄像头周围和通过具有多个方向变化的通道操纵仪器。编织不锈钢护套在反复弯曲和操纵过程中保护图像中继束。工作长度通常为 60 至 365 厘米，直径为 3 至 12.5 分钟。

vi) 视频图像内窥镜 - 视频图像内窥镜类似于光纤内窥镜，不同之处在于摄像机及其连接取代了图像束，电视监视器取代了目镜。可以放大此图像以进行精确查看。视野高达 90 度，探头尖端有四向关节。目前最小的直径为 9.5 毫米，工作长度可达 100 英尺。

应用：检测所有材料的表面缺陷或结构损坏。光学仪器用于内部区域的目视检查以及飞机结构、起落架等的深孔和钻孔。广泛用于在不打开发动机的情况下监测涡轮叶轮和喷嘴、压缩机叶片和叶片燃烧罐等发动机部件。“内窥镜”、“纤维内窥镜”和“视频图像内窥镜”是远程视觉检查中最重要的光学辅助工具，通常无法进入该区域。

要点：易于在其他方法不切实际的领域使用。需要可访问性。可靠性取决于操作员的经验。

7. 声波/共振：

声波和共振测试方法主要用于检测层压结构层之间的分离。

声波和共振测试可有效检测粘合蜂窝中的压碎芯或脱粘、复合结构中的冲击损伤和划界以及剥落腐蚀。

敲击测试方法已证明能够检测裂纹、腐蚀、冲击损坏和脱粘。声波测试仪器在音频或接近音频的频率范围内工作。

共振测试仪器可以在声波或超声波频率范围内工作，也可以同时工作。已经开发了不同的发送和接收能量的方法。基本上，每种技术都会将压力波引入样本，然后检测共振波、透射波或反射波。

应用：检查蜂窝之间的粘合，检测复合层压板中的分层。大型结构，例如整流罩、整流罩和机翼后缘、方向舵、襟翼、副翼、升降舵等，由复合材料和蜂窝材料制成。

敲击测试仅限于检测上面板和粘合剂之间的脱粘或空隙。它不会检测到第2层或第3层粘合线处的脱粘或空洞，例如倍增区域。它仅限于检测分层，直径约为 25 毫米（1 英寸）或更大，位于被检查表面以下 1.3 毫米（0.05 英寸）以下。

要点：随着材料厚度的增加而失去灵敏度。需要电源和参考标准。

红外热成像：

红外和热无损方法基于以下原理：材料中的热流会因某些类型的异常而改变。热流的这些变化导致材料的局部温差。这种热模式的成像或研究被称为“热成像”。在某些情况下，术语“红外”和“热”可以互换使用。热是指热的物理现象，涉及分子的运动。红外线（低于红色）表示电磁光谱的可见光和微波区域之间的辐射。

辐射的强度和频率/波长可以与散热器的热量密切相关。因此，辐射传感器可以用来告诉我们测试对象的物理状况。这是“热成像”技术的基础。

设备：热像仪基本上由探测器、扫描系统、光学系统和视频显示单元组成。大多数摄像机的功能类似于电视摄像机，它们的输出是与探测器的输出信号成比例的视频信号。随后，这将传递到信号处理和可视化系统，该系统为每个级别分配一个灰度或假色的灰色调。通过这种方式，可以在电视监视器上获得图像，该图像表示整个视场中的温度分布或打印为彩色图形。

应用：用于检测某些空隙、夹杂物、脱粘、液体进入或污染、异物以及损坏或损坏的结构组件。与 X 射线方法相比，还选择了红外热像法以实现快速操作使用和复合夹层中缺陷“液体污染”的可靠性。检测电气和液压系统中的热过热。对飞机结构进行特殊的热成像检查以检测以下缺陷： (i) 复合层压板部件 - 用于分层剥离或异物 (ii) 复合夹层部件 - 用于剥离和液体污染。(iii) 金属粘合部件 - 用于去除腐蚀。iv) 金属夹层部件——用于液体污染、腐蚀剥离。

要点：该方法显示了可以指示缺陷的温度变化。需要经过培训的操作员。可能需要可移动和参考标准。

结论

航空航天工业可能在世界领先的新材料和制造技术的创新定期以提高安全性、效率和降低成本。同时，检测技术也正在开发中，以监测其完整性。例如，随着在最新的商用飞机结构中越来越多地使用复合材料，推动了超声技术 C 扫描呈现的快速发展。它可以检测复合材料内部深处的缺陷，生成结构的三维图像和检测项目内的任何不规则性。

只有适当应用无损检测技术，才能充分发挥先进材料科学的优势。