航空工业无损检测的应用与需求.doc

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1、航空工业无损检测的应用与需求徐可北中国一航北京航空材料研究院1前言无损检测（或无损探伤，或无损评价）是基于材料的物理性质或制件的使用性能因有缺陷而发生变化这一事实，在不改变、不损害材料和工件状态和使用性能的前提下，对其质量进行测试，从而判断材料或制件符合性的技术。就是说，无损检测是利用材料内部组织结构异常引起物理量变化的原理，反过来用物理量的变化来推断材料内部组织的异常。它既是一门区别于设计、材料、工艺和使用的相对独立的技术，又是一门贯穿于产品设计、研制、生产和使用全过程的综合技术。在设计阶段，用于支持损伤容限设计

2、；在研制阶段，用于剔除不合格的原材料、坏料、工序不合格品和改进制造工艺；在成品检测中，用于判定产品对验收标准的符合性；在在役检测中，用于监测产品结构和状态的变化，确保产品运行的安全可靠。根据物理原理的不同，无损检测方法多种多样。在工业应用中最普遍采用的有射线照相检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测，通称五大常规无损检测方法；其中，射线照相检测和超声检测主要用于内部缺陷检测，而磁粉检测、渗透检测和涡流检测只能检测表面和近表面缺陷。此外还有声发射检测、激光全息检测、红外检测、计算机层析成象检测、泄漏检测、微波检

3、测和错位散斑干涉检测等多种新的无损检测方法。航空产品高可靠、重复使用的特性决定了无损检测在航空工业领域研究与应用的必要性和重要性。本文就无损检测在航空产品设计、材料研制、生产、使用及维修等各阶段的应用状况和发展需求作一简要的介绍。2无损检测在航空产品设计与材料研制中的应用在飞机设计的早期，人们以材料是无缺陷的连续均匀介质为前提来计算构件的承载能力，并作为产品设计的依据，结构的唯一强度标准是静力强度。设计人员承认在零件中可能存在宏观缺陷，但认为这可通过无损检测予以确定，当时对无损检测的要求也只是把有缺陷的材料或零件分

4、选出来。二次大战后，飞机结构设计采用了安全寿命的概念，要求设计的飞机除了静强度外，还必须满足疲劳寿命要求。通过对材料、部件和全尺寸飞机的试验决定结构的疲劳寿命，再除以安全系数作为飞机的安全寿命。这种安全寿命设计不考虑材料和构件在初始状态时可能带有冶金或加工缺陷，也不考虑构件在服役过程中因环境或过载等可产生腐蚀或裂纹的事实，因而也就不能从设计上有效保证构件在寿命期内的安全性。材料工程专家认识到材料或零件中细小的冶金或加工缺陷往往就是疲劳源，而使用中疲劳损伤是较难探测的。因此，对无损检测提出了提高检测灵敏度和研究疲劳损

5、伤检测方法的要求。20世纪70年代，破损安全设计概念建立并得到试验的支持。70年代中后期，基于断裂力学理论进行损伤容限设计和对无损检测可靠性进行定量评定的要求几乎同时形成。损伤容限设计的基本1思想是：（1）对不可检结构给出最大允许初始缺陷尺寸（损伤容限）；（2）对可检构件给出最大允许初始缺陷并给出检修周期，以保证结构在给定的使用期限内不致由于缺陷的扩展而出现灾难性事故。显然，损伤容限设计的实施必须取得无损检测的密切配合，最大允许初始缺陷尺寸（ａNDT）的确立、使用期间缺陷的是否萌生和对缺陷发展到何种程度的了解，均取

6、决于无损检测的检出能力与可靠性。无损检测的可靠性是指具体无损检测方法对缺陷的检出能力，是对用该方法检出特定类型、特定尺寸缺陷有效性所作出的一种定量度量。由于很多因素影响着缺陷是否能被检出，完成检测工作时，仅仅根据检测结果并不能说某一特定零件是完全没有缺陷的，而只能断言该零件有一定的可能性不含有那些特定类型、特定尺寸的缺陷。这种可能性愈大，检测的可靠性就愈高。人们用在一定置信度（confidencelevel;CL）下缺陷的检出概率（probabilityofdetection，POD）来对可靠性作出表述，显然，PO

7、D是缺陷尺寸（a）的函数。材料的无损表征是指用无损方法就材料化学成分、组织结构、力学性能、弥散的不连续性和缺陷群等对材料的制备和使用有重要意义的特征作出表述。材料的无损表征或评价的有效性，关键在于选择合适的无损检测的方法测量出表征材料的上述某一项或多项性能的特性参量，并建立起材料工艺参量与材料性能之间的对应关系。例如，Ni3Al具有很高的硬度，是一种可用于航空发动机关键零件制造的选用材料，其缺点是脆性过大。材料研究发现，在Ni3Al材料中均匀地加入适量的B元素可大大增强其韧性，成为兼有良好硬度和韧性的材料。由于没有

8、一种可以测试和评价B元素在Ni3Al材料中分布均匀性的无损检测方法，这种性能优良的材料一直没有得到工程上的应用。GH169是一种用于飞机发动机热端部件的高温合金材料，该材料在冶炼过程中可能出现铌元素在局部区域的富集和“贫瘠”。破坏试验结果表明：GH169合金的这种铌偏析现象是不可避免的，而严重偏析是材料应用所不允许的，因此，采用有效的检测方法对合金中铌偏析的