第十章 航空器结构检查的无损检测技术

第十章航空器结构检查的无损检测技术►目视检查照明灯、电筒长柄反射镜十倍放大镜塑料刮刀管道窥镜工作台、梯子基本检查方法►敲击法敲击法检测是基于声学原理，用硬币或者小锤等小的金属件轻轻敲击被检测的结构，根据声音的变化确定损伤的部位。敲击小锤基本检查方法►特点频率高于20kHz的声波叫做超声波方向性好能量高能在界面上发生反射、折射和波形转换穿透能力强超声波检测法►超声波的发生和接收压电效应和逆压电效应某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为压电效应。反之当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。超声波检测法发生和接收发生：用有压电效应的晶体材料做的晶片，两边镀上银作为电极，在高频电压的激励下在产生厚度方向的伸缩，这样产生振动传出就成超声波。接受：晶片在超声波的声压作用下，两极间会产生高频电压。超声波检测法►超声波的类型纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致。纵波在固、液、气三种介质中均能传播。超声波检测法超声波检测法横波：质点的振动方向与传播方向相垂直。横波在固体介质中传播。表面波：当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波。板波：当板材的厚度与超声波的波长相当时，在弹性薄板上传播的超声波。►超声波的反射和透射反射：当超声波传到被测物体的缺陷处、底面或者不同金属界面处的不连续处时会发生反射。透射：超声波透过界面在另一种介质中传播。垂直入射时，反射和穿透的比例与界面两侧介质的声阻抗有关倾斜入射时，由于介质的界面作用，将改变传播模式，发生反射和折射超声波检测法►原理把高频超声波入射到被检物中，如遇到缺陷（界面）则一部分入射超声波被反射，并利用探头接收反射信号的性能，可不损坏工件检出缺陷大小（尺寸）和位置，这种方法叫超声波检测。超声波检测法►超声波检测设备和器材超声波检测仪探头耦合剂超声波检测法超声波检测仪作用是产生电振荡并加于上探头，激励探头发射超声波，同时将探头送回的电信号进行放大处理后以一定方式显示出来，从而得到被探测工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息。超声波检测法探头超声波探头用于实现声能和电能的互相转换。它是利用压电晶体的正、逆压电效应进行换能的。超声波检测法耦合剂耦合剂是为了改善探头和试件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层。比较常用的有机油、水、甘油、水玻璃等等。超声波检测法►超声波探伤方法（脉冲反射法）脉冲反射法原理示意图超声波检测法显示原理图超声波检测法►在飞机腐蚀检测中的应用超声波检测法►超声波检测法在航空维修中的应用测厚飞机蒙皮腐蚀变薄d=0.5ct检测裂纹检测搭接处超声波检测法超声波检测法►定义利用电磁感应原理，通过检测被检工件内感生涡流的变化来无损地评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测方法。涡流：当导电体靠近变化着的磁场或导体作切割磁力线运动时，导电体内必然会感生出呈涡状流动的电流，即所谓涡流。涡流检测法►涡流检测原理当检测线圈靠近被检工件时，其表面出现涡流，涡流的大小、相位及流动性受工件性能和缺陷影响，该涡流同时产生一个与原磁场方向相反的磁场，并影响原磁场，导致检测线圈的阻抗发生变化。通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以判断出被测试件的物理或工艺性能及有无缺陷等。线圈交变磁场→涡流→反作用磁场→线圈阻抗涡流检测法涡流检测法涡流检测法►优点可不接触工件，无需耦合剂对管、棒、线材易于实现自动化能在高温、高速下进行检测能进行多种测量，并能对疲劳裂纹监控工艺简单、操作容易、检测速度快涡流检测法►缺点只限于导电材料趋肤效应：只对表面、近表面灵敏度良好难以判断缺陷的种类、形状和大小需要特殊的抗干扰信号处理对几何形状复杂的零件进行全面检查时，检查效率低涡流检测法趋肤效应感生出的涡流集中在靠近检测线圈的材料表面附近的现象。涡流密度随着距离表面的距离增加而减小。涡流检测法►用途探伤材质试验厚度及位移等的测量涡流检测法►在飞机维修检查中的应用高频→表面，低频→内部涡流检测法►定义利用铁磁性材料和缺陷之间的磁导率变化来检查金属表面或近表面裂纹和其他缺陷的一种无损检测法。只适用于铁磁性材料（铁、钴、镍及其合金）磁导率：磁感应强度B与磁场强度H的比值μ称为磁导率。表面的且和磁感应线垂直的裂纹检测灵敏度最高磁粉检测法►磁粉检测的基本原理铁磁性材料的工件被磁化后，在其表面和近表面的缺陷处磁力线发生变形，逸出工件表面形成漏磁场，漏磁场吸附磁粉显示出零件表面或近表面缺陷的大小、形状和部位。磁粉检测法磁化方法周向磁化在被检工件上直接通电，或让电流通过贯穿工件中心孔的导体，建立一个周向环绕，且与工件轴线垂直的闭合磁场。磁粉检测法直接通电法磁粉检测法芯杆法磁粉检测法支杆法磁粉检测法纵向磁化工件磁化后产生的磁力线与工件轴线平行的磁化方法。用来检测与轴线垂直的裂纹。磁粉检测法线圈法绕线法磁粉检测法电磁铁法磁粉检测法复合磁化纵向直流磁场与周向交流磁场的复合磁化交叉线圈磁粉检测法磁粉检测原理示意图磁粉检测法磁粉检测方法►应用铁磁性材料表面、近表面缺陷应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹配合涡流检测磁粉检测法►原理当射线通过被检物体时，有缺陷部位（如气孔、非金属夹杂）与无缺陷部位对射线吸收能力不同，一般情况是透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度，于是胶片感光成黑度不同的图像，根据显影后胶片黑度的不同，来判断被检物体中足否有缺陷存在。射线检测法►X射线的产生射线检测法►探伤的操作过程定距→X射线照射→冲洗胶片→缺陷判断→处理措施射线检测法►定义渗透检测法是以毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。毛细管作用：浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象。渗透检测法►渗透检测法的原理在被检工件表面涂覆含荧光材料或者红色染料的渗透液，在毛细作用下，渗透液被渗入到工件表面开口的缺陷中，然后去除工件表面上多余的渗透液，再在工件表面上涂上一层显象剂，缺陷中的渗透液在毛细作用下重新被吸到工件的表面，从而形成缺陷的痕迹。根据在紫外光（荧光渗透液）或白光（着色渗透液）下观察到的缺陷显示痕迹，作出缺陷的评定。渗透检测法►方法荧光渗透法：着色渗透法：采用含荧光材料的渗透液的检测方法。它用紫外线进行照射，使缺陷显示痕迹而发出黄绿色的光线，本方法的观察必须在暗室中采用紫外线灯（不可见光）来进行。采用含红色染料的渗透液的检测方法。它在自然光下或在白光下可以观察出红色的缺陷显示痕迹，只要在明亮的地方，不管在室内还是室外都可以进行检测。渗透检测法渗透检测法►操作步骤预处理→渗透→清洗→干燥→显像→观察预处理在试件表面上去油脂、去涂料、去锈迹和水等影响渗透液渗透的障碍物，使试件表面具有良好的湿润条件，以便渗透液能形成均匀的薄膜。渗透检测法渗透将试件浸渍于渗透液中或者用喷雾器或者刷子把渗透液涂在试件表面。渗透检测法清洗等渗透液充分渗透到缺陷内之后，再用清水或者清洗剂把试件表面的渗透液洗掉（不能把缺陷当中的渗透液冲洗掉）。渗透检测法干燥用清洗剂清洗时，应自然干燥或用布、纸擦干，选择合适的温度使其完全干燥。显像将显像剂均匀涂在试件表面，残留在试件缺陷中的渗透液就会被显像剂吸出，到试件表面上形成放大的黄绿色荧光或者红色的显示痕迹。渗透检测法观察荧光渗透法：用紫外线灯在黑暗处进行照射，即显示出明亮的荧光图象。着色渗透法：在可见光下用肉眼观察，当受检表面有缺陷时，即可在白色的显象剂上显示出红色图象。渗透检测法►渗透显示图像分析连续线状断续线状圆形显示小点状显示渗透检测法连续线状显示：主要由裂纹、冷隔、锻造折叠等缺陷引起。断续线状显示：是工件进行磨削、喷丸、锻造及其他机加工时，原本表面上的线性缺陷被堵塞，显示出断断续续的线状显示。渗透检测法圆点显示：由铸件表面的气孔、针孔或疏松以及一些较深的裂纹产生。小点状显示：由气孔、显微疏松产生。渗透检测法►渗透检测法在航空维修中的应用金属和非金属材料表面开口缺陷各受力部件检查腐蚀部位清除的彻底程度渗透检测法表面缺陷无损检测方法的比较表面缺陷无损检测方法的比较激光全息照相检测全息照相技术激光全息照相检测激光全息照相检测激光全息照相检测激光全息照相检测的光路图1-激光器；2-分光器；3、4、7、10-反射镜；5-试件；6、9-扩束镜；8-胶片►激光全息照相检测的原理激光全息检测是利用激光全息照相来检测物体表面和内部缺陷的。因为物体在受到外界载荷作用下会产生变形，这种变形与物体是否含有缺陷直接相关，在不同的外界载荷作用下，物体表面变形的程度是不相同的。记录在不同外界载荷作用下的物体表面的变形情况，进行观察和分析，然后判断物体内部是否存在缺陷。激光全息照相检测当物体内部不含有缺陷时，这种条纹的形状和间距的变化是宏观的、连续的，是与物体外形轮廓的变化同步调的；当被检物体内部含有缺陷时，在激光照射下进行建像时，所看到的波纹图样在对应于有缺陷的局部区域就会出现不连续的、突然的形状变化和间距变化。激光全息照相检测蜂窝结构板脱粘区的全息再现干涉条纹激光全息照相检测►激光全息检测的特点检测灵敏度高——基于干涉计量技术，其干涉计量的精度与波长同数量级。一次检测面积大——激光相干长度大，只要激光能够充分照射到的物体表面，都能一次检验完毕。对被检对象没有特殊要求，可以对任何材料、任意粗糙的表面进行检测。便于对缺陷进行定量分析——可借助于干涉条纹的数量和分布状况来确定缺陷的大小、部位和深度。激光全息照相检测►激光全息照相检测的方法全息干涉计量术：激光全息照相+干涉计量技术观察物体表面微差位移的方法实时法两次曝光法时间平均法激光全息照相检测实时法先拍摄物体在不受力时的全息图，冲洗处理后，精确地放回到原来拍摄的位置，并用与拍摄全息图时的同样参考光照射，则全息图就再现出物体三维立体像（物体的虚像），再现的虚像完全重合在物体上。这时对物体加载，物体的表面会产生变形，受载后的物体表面光波和再现的物体虚像之间就形成了微量的光程差。由于两个光波都是相干光波，并几乎存在于空间的同一位置，因此，这两个光波叠加就会产生干涉条纹。激光全息照相检测优点只需要用一张全息图。缺点为了将全息图精确地放回到原来的位置，就需要有一套附加机构，以便使全息图位置的移动不超过几个光波的波长；由于全息干板在冲洗过程中乳胶层不可避免地要产生一些收缩，当全息图放回原位时，虽然物体没有变形，但仍有少量的位移干涉条纹出现；显示的干涉条纹图样不能长久保留。激光全息照相检测两次曝光法将物体在两种不同受载情况下的物体表面光波摄制在同一张全息图上，然后再现这两个光波，而这两个再现光波叠加时仍然能够产生干涉现象。这时，所看到的再现现象，除了显示出来原来物体的全息像外，还产生较为粗大的干涉条纹图样。激光全息照相检测优点两次曝光法是在一张全息片上进行两次曝光，记录了物体在产生变形之前和之后的表面光波。这不但避免了实时法中全息图复位的困难，而且也避免了感光乳胶层收缩不稳定的影响，因为这时每一个全息图所受到的影响是相同的；缺点对于每一种加载量都需要摄制一张全息图，无法在一张全息图上看到不同加载情况下物体表面的变形状态。激光全息照相检测时间平均法这种方法是在物体振动时摄制全息图。在摄制时所需的曝光时间要比物体振动循环的一个周期长得多，即在整个曝光时间内，物体要能够进行许多个周期的振动。但由于物体是作正弦式周期性振动，因此，把大部分时间消耗在振动的两个端点上，所以，全息图上所记录的状态实际上是物体在振动的两个端点状态的叠加。当再现全息图时，这两个端点状态的像就相干涉而产生干涉条纹，从干涉条纹的图样的形状和分布来判断物体内部是否有缺陷。激光全息照相检测加载方法声加载热加载内部充气法表面真空法激光全息照相检测►激光全息检测的应用蜂窝结构检测复合材料检测涡轮叶片激光全息照相检测飞机上尾翼构件再现像的缺陷铝面板一铝蜂窝芯夹层结构人工伤试件全息图►红外检测基础红外线红外检测