航空無損檢測現狀及未來發展趨勢
發布時間：2021/06/21
無損檢測的起源
現代無損檢測(NondestructiveTesting，NDT)的起源可以追到一百多年前。隨著德國物理學康拉德·倫琴于1895 年發現 X 射線，早在 20 世紀 20 年代，人們就已經開始意識到射線檢測可能應用于醫藥領域。
據傳古羅馬人曾用面粉和油脂來尋找大理石中的裂紋，而幾個世紀后的鐵匠們在錘煉金屬成型時，則根據其發出的聲波來分辨不同的金屬圓環。然而，最早將無損檢測技術應用于實際生產的是 1868 年英國的 Saxby 利用指南針的磁性來檢測槍管里的裂縫。
無損檢測在二戰以及二戰后一段時期里被證明其對于大范圍的工業化生產是不可或缺的。那一時期，NDT 主要用來檢測產品是否合格，隨著戰爭的結束以及無損檢測技術的發展，無損檢測在降低次品率的同時也慢慢突顯其經濟效益。之后，無損檢測技術的應用直接關系到工業生產的安全、新材料的開發和更高產品可靠性的要求。
今天，無損檢測技術廣泛地應用航空航天工業。盡管破壞性試驗是檢測一個部件的組織結構和性能最簡單的方法，但這顯然并不能適用于所有的情況。對于一些大體積、低成本的部件，或許可以犧牲一部分來進行破壞性試驗以得到試驗結果，但是對于航空航天工業中使用的小體積、高成本的部件，這并不是一種可行之道。英國無損檢測協會提出，無損檢測由于其在生長過程中不可替代的作用，而成為許多航空航天公司的必修課。
無損檢測在航空航天領域的應用
現代無損檢測與評估技術是航空航天產品全壽命周期中質量控制和降低綜合成本的核心支撐技術，涉及航空航天產品的結構設計、材料研究與制備、工藝研究與優化、結構件制造與裝配及整機服役和結構修理的完整產業鏈。
- 在開發過程中，研究人員可能會使用NDT來幫助開發用于飛機的輕質且更靈活的材料和結構;
- 在飛機制造業中，使用無損檢測方法評估結構或部件的完整性和損傷狀況;
- 在飛機投入使用后，無損檢測是檢測飛機健康狀況的重要方法，如金屬疲勞和材料應力問題。
無損檢測方法在檢測部件時不會破壞材料，可為航空公司節約維修成本、縮短停場時間，有利于航空公司的飛機盡快投入運營。
無損檢測可檢測飛機的所有部分出現的任何損傷，包括確定材料厚度、裂紋、腐蝕、復合材料的脫層和焊接缺陷等，同時也可檢測整架飛機。統計數據顯示，用于機體的無損檢測占民用飛機無損檢測的70%~80%，剩余20% 左右的檢測是用于發動機和其他相關部件。
無損檢測技術詳解
據美國無損檢測學會稱，最常用的6 種檢測方法是磁粉檢測、液體滲透檢測、射線檢測、超聲檢測、渦流探傷和目視檢查。這些方法均適用于航空領域。2014年無損檢測的市值為14 億美元。
目視檢查是最古老、最簡單的無損檢測方法。人們常說人眼是最強大的NDT工具。目視檢查飛機結構和部件是否損壞，例如裂縫，腐蝕和不對準，通常是出現問題的最初跡象。從放大鏡和鏡子到用于觀察難以到達的地方的視頻內窺鏡，電荷耦合裝置和遠程觀察系統，使用各種設備進行視覺檢查。
磁粉檢測通常應用于鐵磁材料的檢測，其工作原理是通過分析當工件被磁化后表面磁粉粒子的排布來檢測是否存大缺陷。
超聲檢測(Ultrasonic Testing，UT)是航空航天里常用的一種近表面技術。UT也廣泛應用于醫藥衛生領域，它的工作方式是把超聲波對準待測的工件。通常聲波會穿過工件，但是當經過工件里的缺陷或者不同材料成分的界面時便會發生反射。通過分析反射聲波便可以得到材料內部的缺陷信息。
渦流探傷檢測是一種可以檢測機體、結構部件、螺栓孔等表面裂紋和腐蝕以及導電材料缺陷的檢測技術。在波音747 的無損檢測手冊中，渦流探傷占了一半的篇幅，由此可以看出，渦流探傷檢測在維修中非常重要。
另外一項同樣廣泛應用于醫療行業的NDT技術是射線檢測技術，通常稱為X射線檢測。射線檢測是通過使用X射線和γ 射線檢測缺陷，其使用已超過100 多年。尤其適用于焊縫的完整性檢測。
無損檢測現狀和發展趨勢
北美和歐洲是當前最成熟的航空無損檢測市場，這些地區有很多能夠提供全方位無損檢測服務的維修企業和獨立第三方企業。
為了確保在制造、組裝和服役期間的高質量和安全性標準，一些國際組織為無損檢測方法制定了標準。其中包括美國無損檢測學會(ASNT)的無損檢測的英倫學院、ISO和ASTM International(美國測試和材料學會)也監督著國際標準。
不過，無損檢測并不是一塵不變的，飛機材料的改變也會影響對其的要求。鋁曾經是全球最常用的飛機制造材料，但現在其用量遠低于十年前。 相比之下，更多的碳纖維復合材料被用于飛機制造中，給無損檢測帶來了新的要求和挑戰。
因為復合材料結構更為復雜，由多層和多種元素組成，制成的零件發生厚度變化和彎曲的現象非常常見，而且這類部件極易出現故障。
使用滾輪PAUT探頭掃查蒙皮
為此，最常用于檢查復合結構的超聲波探傷技術應運而生。超聲波檢測作為近年來無損檢測市場最大的增長點，為整體行業收入貢獻了31.1%，而且現已成為了創新的溫床。 相信未來超聲相控陣檢測技術在下一代飛機中也會有廣泛的應用。
結論
盡管尋找飛機和材料上的裂紋和缺陷是一項艱巨的任務，但這可能意味著生與死之間的差異，對乘客和其他所有人的安全至關重要。
而由于技術、數據處理和分析方面的進步，無損檢測在航空航天中的使用正在增加。研究結果顯示，2017年全球航空航天工業市場規模達8380億美元，無損檢測無疑將在這大市場中獲得巨大發展空間。而另一方面，新材料的不斷研發，也對無損檢測提出更高要求，因此技術復雜性也在增加。一面是機遇，一面是挑戰，無損檢測將如何參與8380億美元的航空市場，我們拭目以待。
