涡流阵列无损检测技术在大飞机中的应用

　　0　引言

　　无损检测(Non-Destructive Testing,简称NDT)是应用物理、电子技术与材料学等各门学科相互渗透和结合的一门新兴的综合性应用科学,以不改变被检测对象的状态和使用性能为前提,对各种工程材料、零部件和产品进行宏观缺陷检测、几何特性测量、化学成分、组织结构和力学性能等进行有效的检验和测试,借以评价其完整性、连续性、安全可靠性及力学、物理性能等。涡流阵列技术是近十年内出现的一项新的涡流检测技术,通过涡流检测线圈结构的特殊设计,借助计算化的涡流仪强大的分析、计算及处理功能,实现对材料和零件的快速、有效的检测,因其效率高、扫描区域大,可以同时检测多个方向,在机械制造、冶金、石油化工、航空航天、核能电力等行业获得广泛使用。

　　1　无损检测与飞机设计

　　在飞机设计早期,对无损检测的要求只是把有缺陷的零件分选出来,即无损探伤。二次世界大战后,在飞机安全寿命设计阶段,鉴于对疲劳问题的重视,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,由此对无损检测提出了提高检测灵敏度和研究疲劳损伤检测方法的要求。随着高强度、超高强度材料在飞机结构中的应用, 20世纪60年代出现了多起由安全寿命引起的飞机灾难性事故[2],使人们认识到安全寿命并不能保证安全,无损检测也不能保证不漏检,从而给飞机设计思想和无损检测的可靠性带来了新的挑战。破损安全设计通过使用多载荷通道或止裂装置,在结构件寿命期间,能防止疲劳裂纹或其它损伤在规定的检验周期内不被破坏,从而有效地减少了早期失效问题。断裂力学的发展使飞机设计思想更臻完善,基于断裂力学理论进行的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[2]。损伤容限设计是假定在所有材料中均会出现初始缺陷而去考虑它们对结构完整性的影响。显然,它的实施必须与无损检测密切配合。最大允许初始尺寸(αNDT)的确定,使用期间缺陷是否萌生和发展到何种程度,均取决于无损检测的检出能力和可靠性。

　　目前,无损检测已进入到了无损评价(Non-De-structive Evaluation,简称NDE)阶段[2、3],可对材料在设定的应力及环境载荷下,在给定的寿命期间能否可靠使用或作长期保存后是否仍能可靠使用做出评价。没有无损检测的支持,损伤容限设计便没有意义,设计人员正是利用无损检测的精确度和可靠性作为基础之一进行设计的[2]。

　　2　涡流阵列无损检测技术及其应用

　　目前,较为成熟并在工程中得到广泛应用的检测方法有磁粉检测、涡流检测、渗透检测、超声检测、射线检测等常规检测方法。此外,目视检测、磁记忆检测、红外检测、声振检测、声发射检测、微波检测等无损检测技术也逐渐得到广泛使用。按检测原理来分类,常用方法见表1。