飞机故障诊断第4章

航空工程学院飞机故障诊断与监控技术2011.8Page2第四章飞机结构的损伤检查本章内容第一节目视检查第二节结构密封试验第三节涡流检测第四节射线检测第五节超声波检测第六节磁粉检测第七节渗透检测第八节其他无损检测方法简介第九节无损检测方法的选用

Page3一、目视检查的重要性目视检查是飞机结构完整性检查的最基本、最常用的检查方法，也是保证飞行安全的重要检查手段之一。进行无损检测之前，凡是能目视到的部分都必须经过目视检查。第一节目视检查Page4二、目视检查的应用飞机结构的目视检查可分为：巡视检查一般性目视检查详细目视检查目视检查可以检查出没有被盖住的损伤，即能发现可直接目视的裂纹损伤、紧固件断头或松动损伤、腐蚀损伤、结构变形损伤、密封材料损伤和保护层损伤等。目视检查可以要求打开检查口盖、整流罩等。目视检查损伤的漏检概率取决于检查者的经验、技能、细心和耐心程度。第一节目视检查Page5第一节目视检查Page6三、光学-目视检查可借助其他工具实现目视检查（光学-目视检查），如强光手电筒、反光镜、放大镜、孔探仪等。借助于强光手电筒目视检查表面裂纹时，应将手电筒朝向自己，不要让反射光束直射眼睛（图4.1-1）。常用5~10倍的放大镜，一般采用10倍放大镜来帮助确定可疑裂纹的存在或其范围。孔探仪可用于各种视力极限所不能看到部位的检查（图4.1-2、4.1-3）。孔探仪只能用来检查限定区域内的较宽（0.1-0.01mm）和较长的裂纹以及结构破损或变形等损伤，不适合用于宽度窄的小裂纹的检查。第一节目视检查Page7目视检查工具第一节目视检查Page8图4.1-1

目视检验裂纹第一节目视检查Page9表面裂纹的目视检查检查前就将表面清洁干净，去掉污垢、灰尘，必要时，要用去漆剂或喷砂、喷丸法去掉表面保护层、腐蚀产物第一节目视检查Page10图4.1-2

典型的孔探仪结构第一节目视检查Page11图4.1-3

各种孔探仪的视野第一节目视检查Page12四、紧固件松动损伤的检查铆钉松动特征压动铆钉头周围的蒙皮时，蒙皮离开铆钉头并形成目视可见的明显间隙，说明铆钉已松动。铆钉松动后，铆钉头与埋头窝将因摩擦而产生金属粉末。这种粉末与污物附在铆钉头与钉孔之间的缝隙内而呈现黑圈。在机身密封舱部位上的铆钉，如果铆钉头背气流的一边形成黑色尾迹，这说明铆钉已松动，同时也表明蒙皮的内表面可能产生腐蚀（图4.1-4）。若埋头铆钉的钉头已突出构件表面，或发生卷边翘起现象，则说明铆钉的松动已经很严重。如果铆钉头周围的油漆层出现碎裂或裂纹，则表明铆钉有错动或松动。一般情况下，钉头倾斜或铆钉松动将成群地出现，并且钉头多半向同一方向倾斜。第一节目视检查Page13铆钉周围的黑圈第一节目视检查Page14图4.1-4

铆钉头处出现的黑色尾迹第一节目视检查Page15四、紧固件松动损伤的检查第一节目视检查铆钉松动部位及修理发生部位：多发生在构件受力大、变形大以及受撞击和振动剧烈的部位。如在加强肋与翼梁腹板、蒙皮的连接处。防止方法：修理中，应保证铆接质量合乎要求；维护中要经常注意检查。对松动的铆钉，应及时按规定更换。通常应用大一号的铆钉（直径加大1/32in）替换相应的铆钉。如果铆钉孔不圆，扩孔后也用大一号的铆钉来更换。Page16螺栓的松动原因：螺栓孔在交变载荷作用下可能会变成椭圆孔，使螺栓连接松动；拧紧力矩太小，构件振动时，螺栓也会逐渐松动，甚至脱落。影响：螺栓松动会使构件翘起，连接强度下降；表面连接的螺钉松动，还会影响飞机的空气动力性能，并使雨水、尘土等容易进入机体内部，引起内部构件腐蚀。消除：当螺栓孔产生椭圆度时，可按规定通过扩孔更换较大直径螺栓消除松动现象。如果螺栓产生损伤，应及时更换。四、紧固件松动损伤的检查第一节目视检查Page17飞机结构常用合金腐蚀产物的颜色特征铝合金和镁合金灰白色斑点→灰白色粉末→麻坑合金钢和碳钢表面发暗→褐色或棕黑色严重的腐蚀呈棕色或褐色疤痕，甚至出现蚀坑刮去腐蚀产物后，底部呈暗灰色，边缘不规则不锈钢黑色的坑点五、飞机结构腐蚀损伤的目视检查第一节目视检查Page18五、飞机结构腐蚀损伤的目视检查第一节目视检查飞机结构常用合金腐蚀产物的颜色特征铜合金铜腐蚀后可呈现出红棕、绿、黑色铜合金上的腐蚀可呈黑、白、绿色镀锡、镀镉、镀锌零件腐蚀呈白色、灰色和黑色斑点或白色粉末薄层若基体金属腐蚀，则腐蚀产物与基体金属的相同镀铝零件腐蚀呈白色或黑色严重时表面脱落Page19电偶腐蚀第一节目视检查Page20电偶腐蚀第一节目视检查Page21第一节目视检查Page22第一节目视检查Page23第一节目视检查Page24B767货舱内的7075-T6板出现的剥层腐蚀第一节目视检查Page25蒙皮与桁条同为铝合金，腐蚀产生的裂纹并不一定开始于紧固件孔处。预防缝隙腐蚀最好的方法是使用密封剂BMS5-95和防腐剂（CIC）第一节目视检查Page26紧固件孔周围铝合金板的丝状腐蚀第一节目视检查Page27第一节目视检查Page28Al-Cu系铝合金晶界腐蚀示意图第一节目视检查Page29第一节目视检查Page30机翼上方应急出口口框的化学剂腐蚀第一节目视检查Page31货舱底部积聚的流体Page32货舱内腐蚀性物质散落Page33运输动物Page34构件腐蚀后的外观特征铝合金的腐蚀常在蒙皮边缘或铆钉头周围呈现白色或灰白色的粉末。机身增压舱蒙皮上的铆钉，如果在铆钉头的后部出现黑色尾迹，表明产生了腐蚀。腐蚀产物的体积通常比原金属的体积大，积累的腐蚀产物可使蒙皮鼓起，从而使蒙皮在铆钉处呈现微凹现象（蒙皮与骨架间出现腐蚀可出现该现象）（图4.1-5、4.1-6）。铆钉断头或变形，说明蒙皮内表面可能产生腐蚀。如果蒙皮上出现针眼大小的目视可见的小孔，说明蒙皮可能产生了腐蚀。五、飞机结构腐蚀损伤的目视检查第一节目视检查Page35图4.1-5

铆钉头的微凹第一节目视检查Page36图4.1-6

铆钉头的明显凹陷第一节目视检查Page37构件腐蚀后的外观特征搭接处凸起，接缝处出现粉末，可能是连接面之间产生了腐蚀。金属材料（特别是沿接缝处）表面的涂层变色、剥落、隆起、裂纹，预示可能产生了腐蚀（图4.1-7）。有蓝色痕迹存在，则表明此处有卫生间溢出物，此处可能产生了腐蚀。结构变形，或连接缝隙变宽，预示可能产生腐蚀。用手触摸构件，可通过手感鼓起发现剥层腐蚀，这种发现剥层腐蚀的方法比目视更可靠（对于挤压型材或锻件剥层腐蚀的检查法）。存在碎屑或污染物处，可能会产生腐蚀。五、飞机结构腐蚀损伤的目视检查第一节目视检查Page38图4.1-7

漆层剥落处产生了腐蚀第一节目视检查Page39第一节目视检查Page40第一节目视检查Page41第一节目视检查Page42对某些部件的内部进行目视检测通常要借助内窥镜进行用于检查开敞性较差的结构内表面上较长裂纹和腐蚀破损目视检测的特点优点：简单、快速、成本低、检查范围广，可发现较大的裂纹及表面腐蚀、磨损等缺点：仅能对表面损伤进行检查，很难发现宽度小于0.01mm的裂纹，被检测表面要做一些准备清洁工作第一节目视检查Page43Page44第三节涡流检测Page45一、涡流检测的基本原理检测线圈通交流电，在线圈周围产生交变的初级磁场。检测线圈靠近被检测的导电构件，在交变的初级磁场作用下，构件中感生交变的电流——涡流。涡流在构件中及其周围产生一个附加的交变次级磁场（图4.3-1）。次级磁场又在线圈内产生感应电流，它的方向与原电流方向相同。当构件中产生裂纹或有其它缺陷，检测线圈与其接近时，涡流发生畸变，影响次级磁场，进而影响检测线圈中的感应电流。检测线圈中的电流的变化，表明构件发生损伤。第三节涡流检测Page46Page47Page48二、涡流检测的检测深度趋肤效应：涡流的磁场会引起交变电流趋向构件表面，表面电流密度最大，随着深度增加，电流密度减弱。涡流强度随着深度的增加，按指数规律衰减（图4.3-2）。在双对数坐标系中，涡流检测深度与其频率呈反比关系。典型的各种探头如图所示。第三节涡流检测Page49DepthEddyCurrentDensityDepthEddyCurrentDensityLowFrequencyLowConductivityLowPermeabilityHighFrequencyHighConductivityHighPermeabilityStandardDepthofPenetration(SkinDepth)1/eor37%ofsurfacedensity第三节涡流检测Page50图4.3-2

涡流密度随深度的变化第三节涡流检测Page51涡流检测深度与其频率的关系第三节涡流检测Page52高频涡流探头第三节涡流检测Page53低频涡流探头第三节涡流检测Page54Page55旋转探头第三节涡流检测Page56笔式探头第三节涡流检测Page57三、涡流检测法在飞机结构维修中的应用涡流检测法的适用范围适用于检查飞机结构导电构件的疲劳损伤和腐蚀损伤。对铝合金是首选的无损检测方法。涡流检测可以检查碳纤维复合材料的纤维断裂。高频涡流可检测试件表面或近表面的损伤，而低频涡流可检测构件隐蔽面或紧固件孔壁上的损伤（图4.3-3）。不适用非金属构件，如塑料、玻璃纤维复合材料等的损伤。对于钢构件一般不采用涡流检测法探伤。不能检测出平行于探测面的层状裂纹。厚度小于1.5mm的薄板材，板边缘或紧固件孔边的边界效应较大，给检测带来一定的困难第三节涡流检测Page58用涡流检测法检测碳纤维复合材料纤维断裂损伤的示意图第三节涡流检测Page59高频和低频涡流检测第三节涡流检测Page60涡流法不能检查平行检测面的层状裂纹第三节涡流检测Page61三、涡流检测法在飞机结构维修中的应用采用涡流检测法检查紧固件孔壁裂纹当拆下紧固件时,可用高频内探头检查孔边裂纹（图4.3-5）。这种方法可检出的最短裂纹如图4.3-6所示。在不拆下紧固件时,可使用高频笔式探头和非标准尺寸的样板（图4.3-7），或枪式旋转低频探头（图4.3-8）检测紧固件孔壁任意方向的表面或近表面的裂纹。第三节涡流检测Page62图4.3-5

紧固件孔壁裂纹的检查第三节涡流检测Page63图4.3-6

卸下紧固件后可检出的最短孔壁裂纹尺寸第三节涡流检测Page64图4.3-7

用高频笔式探头检查孔壁裂纹第三节涡流检测Page65图4.3-8

采用旋转探头检测孔壁裂纹第三节涡流检测Page66涂层厚度对涡流检测精度的影响随着涂层厚度的增加，涡流检测精度将下降。涡流检测法在飞机结构腐蚀损伤检查中的应用能灵敏地检测出晶间腐蚀裂纹和小的蚀坑，是评估机体蒙皮腐蚀损伤地较好方法。采用低频涡流可能检查出构件隐藏面的腐蚀损伤（图4.3-9）。采用涡流检测可以估计出腐蚀损伤造成厚度减少地近似值。只能检查外层构件的腐蚀损伤，不能检测出内层构件的腐蚀损伤。检测腐蚀损伤，需要使用标准参考试件（图4.3-10）。三、涡流检测法在飞机结构维修中的应用第三节涡流检测Page67第三节涡流检测Page68射线检测法是利用某些射线能穿透物质并且能使胶片感光或使某些荧光物质发光的特性，对试件进行探伤。X射线的产生（图4.4-1）阴极灯丝通电加热后，放出热电子，在高压电场作用下，高速撞击阳极金属靶。热电子撞击阳极靶后，大部分能量转变为热能，而一部分转变为X射线能，透过管壁向外面发射。

射线的产生（图4.4-2）

射线是放射性同位素在自然裂变时放射出来的电磁波。

射线源比X射线源装置小，适用于现场较狭窄或外场检测。

射线源与X射线源不同，是连续不断地发射出射线的，所以同位素严格封存在有铅板屏蔽的保护装置中，只有使用时才打开它。一、射线的产生第四节射线检测Page69图4.4-1

X射线管的结构示意图第四节射线检测Page70图4.4-2

射线源装置第四节射线检测Page71X射线和

射线都是波长很短的电磁波，

射线的波长比X射线的波长更短。X射线和

射线都具有穿透金属或其他物质的能力。

射线的穿透能力更强一些。物质密度越高，射线穿透率越低。缺陷或损伤部位对射线的吸收能力大大低于基体金属对射线的吸收能力。二、射线检测的基本原理第四节射线检测Page72透过有缺陷或损伤部位的射线强度高于无缺陷或损伤部位的射线强度。射线感光胶片的感光程度不同，形成黑度差，达到检测缺陷或损伤的目的。不同波长射线的衰减系数是不同的，波长越长，衰减系数越大；另外，不同材料的射线衰减系数也是不同的。因此，对不同的被检测材料要考虑选用不同波长的射线。二、射线检测的基本原理第四节射线检测Page73图4.4-3

射线照相方法TopviewofdevelopedfilmX-rayfilm=moreexposure=lessexposure第四节射线检测Page74图4.4-3

射线照相方法第四节射线检测Page75射线装置Page76六、射线检测在飞机结构探伤中的应用第四节射线检测节省工时，缩短飞机的维修停场时间；检测结果便于长期保留。可用于飞机结构的原位检查。不但可检测出表层构件的损伤，还可以检查内层构件损伤。可用于检测疲劳损伤和其他损伤（如腐蚀损伤），但只能发现平行于射线方向有足够深度的裂纹；当紧闭合的裂纹与射线夹角大于5o时，将很难发现这种裂纹。能检出腐蚀深度为叠合厚度20%以上的损伤。能检测蜂窝结构中的水分（图4.4-6），也可发现缝隙中的水银。技术要求高，对人体有害。Page77第四节射线检测Page78第四节射线检测Page79图4.4-6

采用X射线检测法检查蜂窝结构中的水份第四节射线检测Page80第五节超声波检测超声波检测仪和探头如图所示

·检测仪Page81第五节超声波检测超声波检测仪和探头如图所示·直探头和斜探头Page82第五节超声波检测原理：压电晶体具有电声转换效应，超声探头通交流电,发出的高频声束射入被检材料，经过不同介质分界面会发生反射，反射到探头上的声压被压电晶体转换成电信号，分析反射声束信号，便可确定缺陷或损伤及其位置Page83第五节超声波检测原理：压电晶体具有电声转换效应，超声探头通交流电,发出的高频声束射入被检材料，经过不同介质分界面会发生反射，反射到探头上的声压被压电晶体转换成电信号，分析反射声束信号，便可确定缺陷或损伤及其位置Page84第五节超声波检测适用性：

·检测裂纹损伤和腐蚀损伤；

·确定清除损伤后的构件厚度；

·检测裂纹损伤时，只要声束方向与裂纹面夹角达到一定要求，就可清晰地显示出裂纹损伤；

·对微小缺陷或损伤敏感，但只能检查探头可接触构件的损伤。Page85第五节超声波检测适用性：

·超声波检测铸件损伤时，由于铸件内部组织不均匀，晶粒粗大，衰减和草状回波严重，声波衰减大，所以常用较低频率的超声波探伤。当初选频率时，第一次底波回波高度在显示屏上达到80%刻度，即可使用。Page86第五节超声波检测适用性：·采用超声波厚度仪可以从一侧测量构件的厚度，其精确度可达到±1%Page87第五节超声波检测

*纵波检测与横波检测·纵波检测:采用直探头将超声波直射入工件,利用工件中折射的纵波,遇界面反射,进行缺陷或损伤的检测.·优点:衰减慢,适于大面积大厚度工件的检测;

缺陷定位容易;·缺点:有盲区,对于表面或近表面缺陷检测能力差只能检测与工件探测面平行的分层缺陷Page88第五节超声波检测·横波检测法:采用斜探头,使入射波以第一临界角和第二临界角之间的某一角度射入工件,利用在工件中只折射横波进行检测.·优点:指向性好,波长短,灵敏度高弥补纵波缺点,可检测与探测面成一定角度缺陷·缺点:衰减快无底波,缺陷定位困难;厚壁筒内壁检测难(壁厚与外径比大于20%时)Page89第六节磁粉检测一、磁粉检测的原理Page90第六节磁粉检测铁磁性工件中存在着许多小磁场(磁畴),磁化前,磁畴随机取向,磁性抵消被磁化时,磁畴规则排列,从而呈现磁极;Page91第六节磁粉检测当工件表面或近表面存在与磁化方向近于垂直的裂纹缺陷时,磁力线会弯曲,呈绕行趋势.溢出表面的磁力线叫做缺陷漏磁.产生的磁场叫做漏磁磁场.漏磁磁场强度取决于缺陷尺寸、方向和位置以及试件的磁化强度.漏磁磁场强度越大,缺陷部位越容易吸附磁粉,越能显示出磁粉迹痕.观察磁粉迹痕判断缺陷所在.Page92第六节磁粉检测二、磁化方法

Page93第六节磁粉检测1.周向磁化法·直接通电法·电极法·芯棒法Page94第六节磁粉检测2.纵向磁化法·

线圈法·

电磁铁法·

感应电流法Page95第六节磁粉检测3.复合磁化法复合磁化法是采用纵向通直流电，线圈通交流电的联合磁化方法（实际上是轴向通电法加线圈法）。不能预料缺陷的方向时，可采用能取得互相垂直磁场的复合磁化方法，利用这种方法可发现多方向的缺陷。Page96第六节磁粉检测三、施加磁粉根据施加磁粉的时机,磁化方法可分为连续磁化法和剩磁法连续磁化法是在施加外磁场磁化的过程中,撒磁粉或磁悬液,进行观察.该法灵敏度高,适于复杂工件的细微裂纹损伤检测,适于软磁材料;剩磁法是利用试件磁化后的剩磁进行检测.该法相对连续磁化法来说,灵敏度较低.适于经热处理的硬磁材料小零件,优点是检测方便.Page97第六节磁粉检测四、磁粉检测法的应用适用于铁磁性构件表面或近表面缺陷（或裂纹）。主要检测锻钢件及焊件，不适用于奥氏体不锈钢（非磁性材料）。只能确定缺陷的位置和长度，不能确定缺陷的深度。周向磁化法有利于发现试件中平行或接近于平行于轴线的缺陷；纵向磁化法有利于发现试件表面或近表面横向或圆周向的缺陷。注意：磁粉检测后要对零件进行退磁。Page98第七节渗透检测一、渗透检测的原理和检测程序Page99第七节渗透检测一、渗透检测的原理和检测程序·对要被检测的表面进行彻底地清洁,去掉油脂、油污、涂层、密封剂等;·涂低表面张力的着色或荧光渗透剂,让渗透剂在工件表面停留适当时间(缺陷越细微,渗透时间越长);·去掉表面多余的渗透剂;·涂显像剂(荧光渗透检测法不必涂显像剂)·观察显像:·着色渗透法在白光下观察缺陷显示(放大了)·荧光渗透法在黑光