無損探傷檢測技術在航空機務中的應用

趙軍鋒

摘 要：無損檢測技術對航空工業具有極其重要的作用，文章探討了幾種主要的無損探傷在航空機務中的應用。

關鍵詞：無損探傷；航空機務；檢測技術

無損探傷，又稱無損檢測，是在不破壞或不損傷被檢對象的前提下，判定和評價物質內部或外表的物理和機械性能，包括各種缺陷及其它特征參數的一門綜合技術。它對于控制和改進生產過程中的產品質量，保證材料、零部件和產品的可靠性及提高生產率起著關鍵作用，同時它還具有節約能源、降低成本、提高成品率和勞動效率的作用。具有以下特征：無需大量試劑；不需前處理工作，試樣制作簡單；即使檢測，在線檢測；不損傷樣品，無污染等等。作為一種新興的檢測技術，其無損檢測技術在工業上有非常廣泛的應用，如航空航天、核工業、武器制造、機械工業、造船、石油化工、鐵道和高速火車、汽車、鍋爐和壓力容器、特種設備、以及海關檢查等等。隨著無損探傷技術的不斷完善和發展，其未來應用領域也將越來越廣闊。

1 無損探傷技術在航空中應用

無損檢測技術對航空工業具有極其重要的作用，各種最先進的無損檢測技術，其首先應用的領域基本都是航空工業。航空航天材料和工藝的發展與無損檢測有密切的關系?？梢院敛豢鋸埖卣f，航空工業的安危系于無損檢測。20世紀30年代初，磁粉探傷用以檢驗航空鋼零件。1935年，X射線開始用于檢查飛機木質螺旋槳。在第二次世界大戰期間，飛機已經大量使用鋁合金和鎂合金，為了檢查這些非鐵磁性材料的表面缺陷，開始使用熒光滲透檢驗法。

1.1 射線探傷

射線探傷是利用X射線或γ射線在穿透被檢物各部分時強度衰減的不同，檢測被檢物中缺陷的一種無損檢測方法。被測物體各部分的厚度或密度因缺陷的存在而有所不同。X射線或γ射線，當在穿透被檢物時，射線被吸收的程度也將不同。這種方法稱為X射線照相法。如用熒光屏代替膠片直接觀察被檢物體，稱為透視法。如用光敏元件逐點測定透過后的射線強度而加以記錄或顯示，則稱為儀器測定法。

射線照相法已廣泛應用于焊縫和鑄件的內部質量檢驗，例如各種受壓容器、鍋爐、船體、輸油和輸氣管道等的焊縫，各種鑄鋼閥門、泵體、石油鉆探和化化工、煉油設備中的受壓鑄件，精密鑄造的透平葉片，航空和汽車工業用的各種鋁鎂合金鑄件等。透視法的靈敏度較低，儀器測定法操作比較麻煩，兩者均應用不多。

射線照相法能較直觀地顯示工件內部缺陷的大小和形狀，因而易于判定缺陷的性質，射線底片可作為檢驗的原始記錄供多方研究并作長期保存。但這種方法耗用的X射線膠片等器材費用較高，檢驗速度較慢，只宜探查氣孔、夾渣、縮孔、疏松等體積性缺陷，而不易發現間隙很小的裂紋和未熔合等缺陷以及鍛件和管、棒等型材的內部分層性缺陷。此外，射線對人體有害，需要采取適當的防護措施。

1.2 超聲探傷

超聲檢測是指用超聲波來檢測材料和工件、并以超聲檢測儀作為顯示方式的一種無損檢測方法。超聲檢測是利用超聲波的眾多特性（如反射和衍射），通過觀察顯示在超聲檢測儀上的有關超聲波在被檢材料或工件中發生的傳播變化，來判定被檢材料和工件的內部和表面是否存在缺陷，從而在不破壞或不損害被檢材料和工件的情況下，評估其質量和使用價值。

1.3 聲發射檢測

材料或構件因受力產生變形或斷裂，以彈性波的形式釋放出應變能稱為聲發射。利用接收聲發射信號研究材料、動態評價結構的完整性稱為聲發射檢測技術。聲發射技術是1950年由德國人凱澤（J.Kaiser）開始研究的，1964年美國應用于檢驗產品質量，從此獲得迅速發展。材料的范性形變、馬氏體相變、裂紋擴展、應力腐蝕以及焊接過程產生裂紋和飛濺等，都有聲發射現象，檢測到聲發射信號，就可以連續監視材料內部變化的整個過程。因此，聲發射檢測是一種動態無損檢測方法。

聲發射技術的應用已較廣泛?？梢杂寐暟l射鑒定不同范性變形的類型，研究斷裂過程并區分斷裂方式，檢測出小于0.01mm長的裂紋擴展，研究應力腐蝕斷裂和氫脆，檢測馬氏體相變，評價表面化學熱處理滲層的脆性，以及監視焊后裂紋產生和擴展等等。

聲發射檢測儀器分單通道和多通道兩種。單通道聲發射儀比較簡單，主要用于實驗室材料試驗。多通道聲發射儀是大型聲發射檢測儀器，有很多個檢測通道，可以確定聲發射源位置，根據來自各個聲源的聲發射信號強度，判斷聲源的活動性，實時評價大型構件的安全性。主要用于大型構件的現場試驗。

1.4 滲透探傷

滲透探傷是利用毛細現象檢查材料表面缺陷的一種無損檢驗方法。20世紀初，最早利用具有滲透能力的煤油檢查機車零件的裂縫。到40年代初期美國斯威策（R.C.Switzer）發明了熒光滲透液。這種滲透液在第二次世界大戰期間，大量用于檢查軍用飛機輕合金零件，滲透探傷便成為主要的無損檢測手段之一，獲得廣泛應用。

滲透探傷包括熒光法和著色法。熒光法是將含有熒光物質的滲透液涂敷在被探傷件表面，通過毛細作用滲入表面缺陷中，然后清洗去表面的滲透液，將缺陷中的滲透液保留下來，進行顯像。這兩種方法都包括滲透、清洗、顯象和檢查四個基本步驟。根據從被探傷件上清洗滲透液的方法，滲透探傷的熒光法和著色法又可分別分為水洗型、后乳化型和溶劑去除型三種。

滲透探傷操作簡單，不需要復雜設備，費用低廉，缺陷顯示直觀，具有相當高的靈敏度，能發現寬度1微米以下的缺陷。這種方法由于檢驗對象不受材料組織結構和化學成分的限制，因而廣泛應用于黑色和有色金屬鍛件、鑄件、焊接件、機加工件以及陶瓷、玻璃、塑料等表面缺陷的檢查。它能檢查出裂紋、冷隔、夾雜、疏松、折疊、氣孔等缺陷；但對于結構疏松的粉末冶金零件及其他多孔性材料不適用。

1.5 磁粉探傷

通過磁粉在缺陷附近漏磁場中的堆積以檢測鐵磁性材料表面或近表面處缺陷的一種無損檢測方法。將待測物體置于強磁場中或通以大電流使之磁化，若物體表面或表面附近有缺陷（裂紋、折疊、夾雜物等）存在，由于它們是非鐵磁性的，對磁力線通過的阻力很大，磁力線在這些缺陷附近會產生漏磁。當將導磁性良好的磁粉（通常為磁性氧化鐵粉）施加在物體上時，缺陷附近的漏磁場就會吸住磁粉，堆集形成可見的磁粉跡痕，從而把缺陷顯示出來。

磁粉探傷的優點是：對鋼鐵材料或工件表面裂紋等缺陷的檢驗非常有效；設備和操作均較簡單；檢驗速度快，便于在現場對大型設備和工件進行探傷；檢驗費用也較低。缺點是：僅適用于鐵磁性材料；僅能顯出缺陷的長度和形狀而難以確定其深度；對剩磁有影響的一些工件，經磁粉探傷后還需要退磁和清洗。

2 結語

由以上論述可以看出，無損檢測技術對航空工業具有極其重要的作用。因此，了解航空工業對無損檢測技術的需求，為航空界提供經濟、有效和高可靠性的無損檢測儀器和檢測方法，是該領域無損檢測工作者面臨的真正挑戰。

參考文獻

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