无损检测的应用.doc

无损检测技术在航空发动机上的应用 课程名称：航空发动机装配与维修 班 级：94040401 学 号：2009040404005 姓 名：段 天 祥 授课教师：石 宏 2012年11月15日 无损检测技术及其它在航空发动机维修中的应用 无损检测技术（NDT）是一门新兴的综合性应用科学，它以不改变被测对象的状态和使用性能为前提，应用物理和化学的性质，应用物理和化学理论，对各种工程材料，零部件和产品进行有效的检测和测试，借以评价它们的完整性、连续性、安全可靠性和力学、物理性能等。因此，无损检测不会对构件造成任何损伤，并且能够对产品质量实施监控，防止因产品失效引起的灾难性后果。就目前来讲，无损检测技术在航空航天、机械制造、核能电力等行业获得广泛的应用。 20世纪70年代和90年代是国际无损检测技术发展的兴旺时期，其特点是计算机技术不断向无损检测领域渗透，无损检测本身的新方法和新技术不断出现，使得无损检测仪器的改进得到了很大的提高。随着新型材料的出现，如复合材料、胶接结构、陶瓷材料、非晶态合金、各种功能材料和记忆合金等，还必须不断研究新的无损检测仪器和方法，以满足对这些材料进行高精度和高灵敏度无损检测的需要。无损检测的发展经历了三个阶段，即NDI(Nondestructive Inspection,无损探伤),NDT(Nondestructive Testing,无损检测)和NDE(Nondestructive Evaluation,无损评价),一般统称为无损检测。因为无损评价已经包含了无损探伤和无损检测的内容, 而且其含义更加深刻,更具有综合性,因此,目前,国外工业发达国家已逐步从NDI和NDT向NDE过渡。无损检测已成为控制飞机和发动机零件的质量,保证飞机安全飞行的重要技术手段。它已从单纯的检测发展到飞机和发动机零件的安全使用寿命进行评估。从一定角度上说, 无损检测的发展水平反映了航空维修的发展水平。1.常规无损检测在航空维修中的应用1.1 涡流检测 涡流检测是以电磁感应为基础的无损检测技术,只适用于导电材料的检测,主要应用于金属材料和少数非金属材料如石墨、碳纤维复合材料等的无损检测。它具有不需要耦合剂,可进行非接触测量,于实现自动化检测；能在高温、高速下进行检测；能进行多种测量且能对疲劳裂纹进行监控；工艺简单、操作容易和检测速度快等优点。同时具有只适合于导电材料表面和近表面的检测；难以判断缺陷的种类、形状和大小; 干扰因素多和需要特殊的信号处理技术等缺点。 在飞机和航空发动机上的各种金属零件,使用中产生的裂纹90%以上是在零件的表面。用涡流探伤法探测这些裂纹,不仅可靠性高,而且不需要清除零件表面的油脂、积碳和保护层,多数可进行原位检测,因此,涡流探伤法在航空维修中应用也是比较广泛的。主要对飞机中的发动机二级涡轮叶片叶背第一榫槽内裂纹、飞机轮毂大固定轮缘裂纹和非磁性材料的紧固螺栓孔内壁裂纹等进行检测。1.2 超声检测 超声检测的优点是仅需从一侧接近试件,可对金属、非金属和复合材料进行检测；对确定内部缺陷的大小、位置、取向、埋深和性质等参量较之其它方法有综合优势；所用参数设置及有关波形均可存储供以后调用；对裂纹、夹层、折叠和未焊透等类型的缺陷具有很高的检测能力；适应性强、检测灵敏度高、对人体无害；使用灵活、设备轻巧,适合在野外和水下等各种环境下工作,并能对正在运行的设备进行在役检测。但是对于球状缺陷,如气孔,如果气孔不是很大或不是较密集,超声检测就难以获得足够回波,这一点与X射线检测方法刚好相反。另外它难以识别缺陷的种类,但可检测表面裂纹的深度。超声检测可以对飞机机身和机翼的主结合螺栓和前结合螺栓的疲劳裂纹,主起落架轮毂裂纹,飞机平头、平键头和铆钉杆上的裂纹,前起落架旋转臂焊缝裂纹,主起落架活塞杆焊缝裂纹,机翼-肋中与主梁连接螺栓上支壁,飞机主起落架轮毂轴套根部疲劳裂纹,发动机一级压缩器叶片裂纹,发动机放气带上的裂纹以及主液压油泵出口导管的裂纹等进行检测,采用的检测方法有纵波法、横波法、表面波法和板波法等。1.3 磁粉检测 磁粉检测是利用磁现象来检测铁磁材料工件表面及其近表面缺陷的一种无损检测方法。磁粉检测的检测灵敏度高，可检测的最小缺陷宽度可达0.1mm,并且实用性好、效率高、成本低等。1.4 射线检测 射线检测原理是当其穿过物质时，因被物质吸收或者是散射，江都会发生衰减。衰减程度与物质的性质和厚度有关，密度和厚度越大，衰减就越大。若被被检测件有孔洞等缺陷，透过缺陷处的射线强度就越大，进而使射线胶片处的曝光量就增多，暗室处理后呈现较黑的缺陷影像，从而达到检验零件内部质量的目的。该方法能准确可靠地显示出材料的内部缺陷，但是该检测方法的过程较复杂，周期长且需要严格的防护措施。1.5 渗透检测 习惯上又称其为渗透探伤，就是把被测件的构件表面处理干净后，使渗透液与受检测件表面接触，由于毛细作用，渗透液将渗透到表面开口的细小缺陷中去。然后去除零件表面残存的渗透液，再用显像剂吸出已渗透到缺陷中去渗透液，从而在零件表面显出损伤或缺陷的图像。凡是用铝合金、镁合金、耐热合金制成的发动机零部件，在大修或者是检修时，一般都采用荧光法来检测其表面的损伤。2.无损检测新技术在航空维修中的应用2.1 无损检测新技术简介2.1.1 激光全息检测 物体在受到外界载荷作用下会产生变形,这种变形与物体表面和内部缺陷直接相关,在不同的外界载荷条件下,物体表面变形的程度是不同的。激光全息照相是将物体表面和内部缺陷,通过外界加载的方法,使其在相应的物体表面造成局部的变形,用全息照相来观察和比较这种变形,并记录在不同外界载荷作用下的物体表面的变形情况,进行观察和分析,然后判断物体表面和内部是否存在缺陷。2.1.2微波检测 通过测量微波基本参数如微波幅度、频率和相位的变化,来表征被检测材料或物体内部的微波反射、透射、衍射、干涉和腔体微绕等物理特性的改变,以及微波作用于被检测材料时的介电常数的损耗正切角的相对变化,从而判断其是否存在缺陷。2.1.3 红外检测 众所周知,材料、装备及工程结构等运行中的热状态是反映其运行状态的一个重要方面,热状态的变化和异常,往往是确定被检对象的实际工作状态和判断其可靠性的重要依据。因此红外检测被广泛应用。2.1.4 声发射检测 声发射检测是一种动态无损检测方法,由于声发射信号来自缺陷本身,因此根据它的强弱可以判断缺陷的严重性。一个同样大小、同样性质的缺陷,当它所处的位置和所受的应力状态不同时,对结构的损伤程度也不同,所以它的声发射特征也有差别。明确了来自缺陷的声发射信号,就可以长期连续地监视带缺陷的设备运行的安全性,这是其它无损检测方法难以实现的。除极少数材料外,金属和非金属材料在一定的条件下都有声发射现象,所以,声发射检测几乎不受材料限制。结构或部件的缺陷在萌生之初就有声发射现象,因此,只要及时检测声发射信号,根据信号的强弱就可以判断缺陷的严重程度,声发射检测的灵敏度较高,可以显示十分之一毫米数量级的裂纹增量,并能进行实时预测和报警。利用多通道声发射装置,可以对声发射源进行定位。声发射检测主要应用在监控领域中。在现代先进的波音747飞机和KC-135飞机机翼上都采用了声发射监控技术。美国麦克莱兰基地曾用声发射检测技术检测了F-111,通过对机翼、前起落架和尾钩等部位进行拉伸产生应力,以及让机头和机尾在7.5g条件下向下产生应力,进行检测获得了很好的效果。美国准备将其列为对老龄飞机的检测方法之一。我国空军第一研究所对国产歼击机机翼主梁下凹缘航前及航后113个螺栓孔,以及16框的D螺栓和角撑这些关键部位的疲劳裂纹形成和扩展进行了声发射监测。在疲劳试验进行到近5000飞行小时时,较好地预报出了长度约为0.5mm裂纹的萌生。美国C-5A运输机及澳大利亚的MB-326型喷气教练机,在应用声发射检测技术之后,也取得了满意的效果。 声发射检测技术也是地面有效的无损检测方法,用以检测结构缺陷位置和损伤程度,如检测蜂窝结构的腐蚀、复合材料的缺陷和质量等。2.1.5 光纤检测 复合材料结构内部的损伤与普通材料结构不同,在结构表面可能完全看不出损伤迹象,甚至用X射线和超声分层扫描也探测不到。利用埋入复合材料内部的光纤敏感网络,配合适当的解调方法能够较好地对复合材料内部状态进行在线实时监测,及时发现并确定材料结构内部损伤的位置和程度,监视损伤区域的扩展,从而为材料结构的损伤检测、维修及自我修复提供准确信息。而空心光纤传感技术不仅能对结构损伤进行自诊断,还能对其损伤进行自修复。空心光纤具有通用光纤的特性和应用性能,它也是由纤芯、包层和涂敷层组成,只不过其纤芯内部是空心的,因而使其具有一些特殊的性能,当空心处注满胶液后,光在光纤中的传播就会因胶液而产生相互作用,这对于结构损伤检测尤为重要；另一方面,胶液对复合材料结构中的损伤、断裂可以进行适时修复。空心光纤传感技术的优点是,由于光纤本身被埋入或编织在基体结构中,随基体结构一起感受应力场和应变场,因此使得实时、在线、主动监测和控制容易实现。此外,该技术还有一个突出优点是具有一定程度的自修复能力。2.1.6 高频机械阻抗技术 是近年来发展的无损检测新技术,它将智能材料特性与波动理论相结合,运用阻抗信息对结构进行损伤检测,其基本思想是,如果结构中存在一些缺陷,如裂纹、孔和腐蚀等,则结构的机械阻抗将会发生变化,通过在动力作用频率范围内测试该变化可判断缺陷和损伤程度。通常,机械阻抗的直接测试比较困难的,但在该技术中,将低功率的锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)片作为驱动器和传感器固结在结构上,利用PZT的机电耦合特性以及PZT与结构的相互作用,可将结构的机械阻抗通过与结构结合体的电阻抗反映出来。该技术的突出优点是对结构的微小缺陷和表面缺陷敏感，且可使较小的压电传感器永久地固定在待测结构上，实现在线监测。2.2 新技术在航空维修中的典型应用 声发射-直升机健康状态和使用监控系统AEHUMS是一种用于直升机动力传动系统中检测损伤的装置。该系统由SH-60动力传动系统获得的试验数据研制而来。数据表明AE-HUMS系统有能力检测动力传动系统中不同部件的多种损伤过程,能估算相对损伤危害度及识别损伤进展,如裂纹扩展等。现在的无损检测技术,象超声波、涡流和射线检测技术要求由经过培训的技术人员花费很多时间寻找有变化的区域,且经常分解机架结构以确定裂纹位置和长度。目前,检测位置和间隔必须依据以前的缺陷统计特征。然后必须在所有位置进行扫描来确定是否有真正的缺陷存在。使用声发射允许通过裂纹扩展声音识别点来检测。全尺寸疲劳试验(FSFT)是依据在实际产品结构预先加载与服役中一样的循环载荷原理。试验的自动加载系统在比实际运行服役短很多的时间段内提供很多次载荷循环。因为强迫缺陷扩展,在维修时要和实际操作规程一样。这个试验全部目的是确定疲劳临界位置和在这些位置上疲劳寿命和裂纹扩展特征。FSFT的独特方面是载荷模式,即疲劳载荷谱依据于实际运行数据。在早期产品阶段完成全尺寸试验通常使用很低危害的疲劳载荷谱,期望的飞行使用寿命也比现在要求机架寿命短。这导致要保持旧的飞机正常飞行就要求越来越多的FSFT。3.无损检测技术在航空维修中的发展趋势 我国当今的航空维修检测技术与世界先进国家相比还有一定的差距,虽然近年来有了较迅猛的发展,然而在检测领域内的高、精、尖技术上还是需要进一步加强,尤其在机内自检测方面应确保在飞机上得到实际应用,还要不断提高数据收集与处理系统的精度,逐步实现收集及分析过程的自动化,以保证检测技术的高速发展。直升机机体结构零部件和新材料、新结构的原位检测有效性和可靠性离不开先进的智能化探测设备,特