飞机结构腐蚀损伤检测及可靠性研究

2012-11-15何卫平刘成臣

航空标准化与质量 2012年1期

何卫平刘成臣

（中国特种飞行器研究所，湖北荆门 448035）

经常对飞机结构进行腐蚀检测是使用维护中对飞机进行全方位腐蚀控制非常重要的因素。尽早地检查、发现及处理腐蚀损伤，可以最大限度地降低腐蚀损坏所引起的代价。没有常规系统性的腐蚀检测，飞机结构将遭受严重的腐蚀损坏。

近年来，国外对腐蚀检测非常重视，腐蚀检测技术飞速发展，所采用的设备也越来越先进。对于飞机表面可视的腐蚀，目前的研究已经相对成熟，而随着飞机结构的日益复杂，多层合金复合结构被越来越广泛的应用到飞机的设计中，飞机隐藏腐蚀检测及可靠性已经成为目前研究的热点，飞机隐藏腐蚀检测作为一种综合性应用技术，经历了从无损探伤，到无损检测，再到无损评价，并且向自动无损评价和定量无损评价方向发展。

本文阐述了国内外已经实现工程应用的飞机结构腐蚀损伤检测技术及方法，并介绍了腐蚀损伤检测技术的可靠性评价要求及各种检测技术的可靠性对比分析。

1 腐蚀损伤检测方法

当前国外飞机腐蚀维护手册中规定的腐蚀检测方法主要包括目视法及无损检测法，手册中给出了对应的检测设备及要求，表1为各种腐蚀检测工具及检测的腐蚀类型。

1.1 目视检查

目视检查方法是腐蚀检测和评估使用最广泛的方法。对于检查大多数类型的腐蚀非常有效。目视检查工具如下：手电筒；放大倍数为10的玻璃放大镜；塑料刮刀；深度计和测微具；管道镜；光学测微具。

1.2 无损检测

1.2.1 荧光渗透检测

荧光渗透检测法可用于检测应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、疲劳裂纹、晶间腐蚀和磨砂去除腐蚀后的残留物。

1.2.2 涡流检测

涡流法用于检测或评估可达或不可达表面的腐蚀，可用于检测和评估点蚀、晶间腐蚀、丝状腐蚀、应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳。涡流检测技术用于发生腐蚀的、不可达的内部表面，如经常滞留湿气的接合面。

1.2.3 超声波检测

超声波法可用于检测丝状腐蚀、晶间腐蚀、点蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳。

1.2.4 X射线检测

尽管X射线检测法可用于检测和评估腐蚀，但通常只用于其他方法无法实现时。X射线法工作时间过长，检测期间对维修人员要求高。与超声检测结合可确定蜂窝铝的状态。

2 腐蚀损伤检测可靠性

无损伤检测作为飞机使用维护中安全性评估的一个重要组成部分，检测的可靠性显得非常关键。无损检测可靠性的研究及发展，起源于疲劳裂纹的检测，但逐渐的运用至腐蚀损伤等其他损伤。当前的无损检测可靠性技术主要用单一参数来量化损伤，例如裂纹长度，图1给出了检测可靠度与裂纹长度的关系。假如腐蚀损伤可用单一的参数来表征，那么无损检测的可靠性方法应用于腐蚀损伤检测可靠性研究是可行的。

2.1 腐蚀损伤检测可靠性评价要求

腐蚀损伤检测技术可靠性的评价过程需要大量的数据支持，应满足以下要求：

图1 超声波法检测裂纹长度的可靠性

采用整套的检测体系，包括典型的设备、检测过程及检测人员和样件；

采用带典型损伤的样件，如蒙皮裂纹、紧固件周围裂纹及腐蚀损伤等；

由于检测的步骤及检测环境对检测结果影响较大，如人为因素、光、温度、经验等，因此对无损检测的可靠性进行评价时，应模拟实际的服役环境及检测步骤。

2.2 腐蚀检测可靠性与表征量的关系

飞机结构的腐蚀损伤表征形式较多，包括腐蚀损伤面积、体积、深度、损伤结构的厚度损失等等。为评价腐蚀损伤表征量与检测可靠性的关系，按2.1节的腐蚀损伤检测可靠性评价要求，对飞机蒙皮结构搭接面内表面的腐蚀损伤进行了检测，研究表明，此类结构腐蚀损伤检测的可靠性主要与材料的厚度损失以及腐蚀损伤的面积相关，如图2所示，腐蚀损伤检测的可靠性随厚度损失及损伤面积的增大而增大。

图2 蒙皮搭接面腐蚀损伤检测可靠性与厚度损失及腐蚀面积的关系

对以厚度损失来检测腐蚀损伤的误差进行计算，以评估基于厚度损失进行检测时的安全性。对腐蚀损伤引起的不同厚度损失时，无损检测的标准方差进行计算，结果如图3所示。可以看到厚度损伤越大时，其检测的可靠性增大。

2.3 无损检测技术的可靠性

为考查各种无损检测技术方法的准确性，对单频涡流、脉冲超声波、热成像及多频涡流技术进行了比较，表2为上述4种检测技术分别对蒙皮搭接面外表面点蚀，以厚度损失进行表征的检测结果对比。可以看出，多频涡流技术的检测精度更高，对厚度损失的检测更灵敏。

3 结语

为确保老龄飞机的飞行安全性，延长使用寿命，采用高效的、高可靠性的腐蚀损伤检测方法极为重要，目前多种无损检测技术在飞机实体结构或模拟结构的腐蚀损伤检测中得到应用。表3总结了各种检测技术使用范围、优缺点及检测的精度和灵敏度，可为腐蚀损伤检测技术的选择提供参考。值得注意的是，每种腐蚀损伤检测技术都有其固有的优点及局限性，在实际使用过程中，通常需要根据腐蚀的类型、结构形式及重要性等因素采用组合的无损检测方法。