周 大，張進(jìn)海，朱志坤

（中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，成都 610092）

機(jī)翼整體油箱既是飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是飛機(jī)實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)功能的重要組成單元，整體油箱密封質(zhì)量直接關(guān)系到飛機(jī)的飛行安全。某型機(jī)翼由若干梁、肋連接形成主體骨架，骨架上下翼面分別加蓋整體壁板形成一個(gè)扁平腔體結(jié)構(gòu)。因自身結(jié)構(gòu)裝配及燃油等系統(tǒng)需求，機(jī)翼整體油箱裝配零件數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作空間小，結(jié)構(gòu)配合面多、密封面積大，裝配用連接件種類多、數(shù)量大，這些特點(diǎn)都不利于油箱密封性能的保證。同時(shí)，為便于使用和維護(hù)，在機(jī)翼油箱區(qū)設(shè)計(jì)布局有多個(gè)可拆卸的維護(hù)口蓋，也對(duì)油箱的整體性及密封性能產(chǎn)生一定影響。

機(jī)翼油箱密封不同于飛機(jī)其他油箱密封要求，其油箱壓力通常較飛機(jī)其他油箱大，且不能出現(xiàn)泄漏。為達(dá)到該要求，需要在機(jī)翼裝配過(guò)程中設(shè)置組合件的工序檢漏，整體壁板裝配件檢漏及形成整體油箱后對(duì)其整體檢漏。油箱密封檢測(cè)是機(jī)翼裝配過(guò)程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)適應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)，測(cè)定其漏率是否在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或要求的許可范圍之內(nèi)。漏率超出其范圍，選擇合適的方法找出漏孔的準(zhǔn)確位置，排除泄漏故障[1]。

1 機(jī)翼密封檢測(cè)常用方法及存在問(wèn)題

目前，在國(guó)內(nèi)軍機(jī)研制和生產(chǎn)中，油箱檢漏技術(shù)基本停留在20世紀(jì)五六十年代的水平，以傳統(tǒng)指針式壓力表讀數(shù)的壓力變化檢漏法、結(jié)合氣泡檢漏法、充煤油加壓滲液檢漏法為主。主要采用氣密、油密試驗(yàn)兩種檢查方法[2]。氣密試驗(yàn)是采用壓降法進(jìn)行整體檢漏，以判斷整體油箱氣密性是否合格，采用皂膜氣泡法進(jìn)行漏源定位；油密試驗(yàn)，首先往油箱內(nèi)充入一定容積的煤油，靜置一定的時(shí)間，采用常壓煤油滲透檢漏進(jìn)行漏源定位，隨后采用壓降法進(jìn)行整體檢漏，以判斷整體油箱的密封性是否合格，同時(shí)采用加壓煤油滲透檢漏進(jìn)行漏源監(jiān)測(cè)。

傳統(tǒng)氣密、油密試驗(yàn)檢測(cè)及檢漏方法，主要存在以下問(wèn)題：

（1）試驗(yàn)過(guò)程對(duì)溫度、濕度要求較高，溫差較大的天氣會(huì)直接影響試驗(yàn)的進(jìn)程。

（2）煤油的大量使用，需要建設(shè)專用油密場(chǎng)地用以存儲(chǔ)煤油，油密試驗(yàn)需在專用廠房?jī)?nèi)進(jìn)行，存在火災(zāi)等安全隱患[3]。

（3）傳統(tǒng)指針式壓力表讀數(shù)，試驗(yàn)時(shí)由測(cè)試者目測(cè)壓力指針變化來(lái)判別產(chǎn)品是否存在泄漏，人為因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響較大。

（4）泄漏的大小一定程度取決于測(cè)試者的主觀判斷，不能定量檢測(cè)泄漏率。

（5）試驗(yàn)效率較低，飛機(jī)批量生產(chǎn)時(shí)常為瓶頸工序。試驗(yàn)時(shí)，先往油箱內(nèi)充油，靜置數(shù)小時(shí)無(wú)滲漏后再做有壓試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中，氣密試驗(yàn)器壓力表讀數(shù)若有下降時(shí)，在整個(gè)機(jī)翼油箱外表面刷涂肥皂水以查找漏源。若漏源所在處裝配結(jié)構(gòu)復(fù)雜、漏源位置隱蔽或壓力變化較小等情況下，難以找到漏源的準(zhǔn)確位置，這樣的查漏及故障排除將費(fèi)很大精力和較長(zhǎng)時(shí)間，嚴(yán)重制約生產(chǎn)的正常進(jìn)行[4]。

（6）因受結(jié)構(gòu)限制或特定產(chǎn)品存在無(wú)法采用氣泡檢漏法和傳統(tǒng)指針式壓力表讀數(shù)的壓力變化檢漏法來(lái)實(shí)現(xiàn)檢漏。

隨著飛機(jī)產(chǎn)品生命周期的延長(zhǎng)，飛機(jī)制造質(zhì)量及可靠性要求的不斷提高，傳統(tǒng)采用充壓涂肥皂水的檢漏方法越來(lái)越不適應(yīng)飛機(jī)批量生產(chǎn)效率和能力提升的現(xiàn)實(shí)需求，數(shù)字化快速檢漏技術(shù)和方法的工程化應(yīng)用變得急為迫切。

2 氦質(zhì)譜檢漏在機(jī)翼密封檢測(cè)中的應(yīng)用

在飛機(jī)密封結(jié)構(gòu)的泄漏檢測(cè)[5]中，國(guó)外較多地采用了氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)。例如，空客公司于20世紀(jì)90年代初期引入氦質(zhì)譜吸槍法泄漏檢測(cè)技術(shù)，用于A310、A320飛機(jī)整體油箱的檢漏中，并推廣應(yīng)用到所有空客飛機(jī)的制造和維修中，不僅僅提高了整體油箱的制造和修補(bǔ)質(zhì)量，同時(shí)由于不需要進(jìn)行燃油密封試驗(yàn)，也大大節(jié)省了檢測(cè)成本。我國(guó)在民航領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用吸槍法進(jìn)行整體油箱的氦質(zhì)譜檢漏，實(shí)際應(yīng)用效果較好。氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)[6]以其靈敏度高、速度快、使用安全、適用范圍廣及可量化漏率等特點(diǎn)，在航空、航天、汽車(chē)和電力行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，與其他諸多傳統(tǒng)檢漏方法相比，氦質(zhì)譜檢漏具有不可比擬的技術(shù)優(yōu)越性[7]。本文利用氦質(zhì)譜檢漏原理和方法，結(jié)合機(jī)翼整體油箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和密封檢測(cè)要求，對(duì)氦質(zhì)譜檢漏法在機(jī)翼密封檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。

2.1 檢漏原理與方法

氦質(zhì)譜檢漏法[8]是利用氦質(zhì)譜檢漏儀氦分壓力測(cè)量原理，實(shí)現(xiàn)被檢件的氦泄漏量測(cè)量。當(dāng)被檢件密封面上存在漏孔時(shí)，示漏氣體氦氣及其他成分的氣體均會(huì)從漏孔泄出，泄漏出來(lái)的氣體進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀后，由于氦質(zhì)譜檢漏儀的選擇性識(shí)別能力，僅給出氣體中的氦氣分壓力信號(hào)值。在獲得氦氣信號(hào)值的基礎(chǔ)上，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)漏孔比對(duì)的方法就可以獲得漏孔對(duì)氦泄漏量。該方法是以氦氣為示蹤氣體，使用質(zhì)譜分析儀器進(jìn)行密封檢測(cè)的一種檢漏方法，具有較高靈敏度，它不但能夠檢測(cè)工件的微小泄漏、漏點(diǎn)位置，還能應(yīng)用已知漏率的標(biāo)準(zhǔn)漏孔，給出被檢工件的漏率大小。

根據(jù)檢漏過(guò)程中的示漏氣體存貯的位置與被檢件的關(guān)系不同，可將氦質(zhì)譜檢漏法分為真空法、正壓法[9]、真空壓力法等。根據(jù)機(jī)翼整體油箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其下翼面組件及上下翼面封閉形成整體油箱后分別使用真空（負(fù)壓）檢漏法和充壓吸槍（正壓）檢漏法[10]。真空負(fù)壓檢漏法和充壓吸槍檢漏法特點(diǎn)如下：

真空負(fù)壓檢漏法是將被檢件內(nèi)部抽成真空，形成氣體內(nèi)部壓力低于外部大氣壓的狀態(tài),再將示漏氣體氦氣施于被檢件外部，如果被檢件有漏氣，示漏氣體通過(guò)漏孔進(jìn)入被檢件內(nèi)部，利用檢漏儀將漏進(jìn)的示漏氣體檢測(cè)出來(lái)，從而判斷出漏孔的存在、漏孔的位置和大小。真空負(fù)壓檢漏法主要有氦罩檢漏法、檢漏盒檢漏法等等。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、適用于總檢，其缺點(diǎn)是只能測(cè)出所罩部位的總漏率,不易確定所有漏孔的準(zhǔn)確位置。

充壓吸槍正壓檢漏法是將被檢件內(nèi)部充入一定氦氣,形成容器內(nèi)氣體內(nèi)部壓力高于外部大氣壓的狀態(tài),如果被檢件有漏,示漏氣體通過(guò)漏孔漏出被檢件,采用氦質(zhì)譜檢漏儀,用吸槍在大氣環(huán)境下獲得漏出的示漏氣體并檢測(cè)出來(lái)，從而判斷出漏孔的存在及漏孔的位置和大小。該方法主要有:充壓吸槍法檢漏、吸槍罩盒套檢漏法等。

2.2 機(jī)翼下壁板組件真空負(fù)壓檢漏

機(jī)翼油箱上、下翼面壁板外表面平面度較好，壁板及局部可抽真空的零組件采用氦質(zhì)譜真空負(fù)壓檢漏法。該方法可用于組合件及未封閉形成整體油箱之前工序，對(duì)上翼面壁板組合件、下翼面壁板組合件及機(jī)翼總裝完成下翼面與機(jī)翼骨架裝配連接區(qū)域進(jìn)行工序檢漏（即過(guò)程檢漏）。

機(jī)翼整體壁板組合件、下翼面與機(jī)翼骨架裝配連接完成后，先采用此方法測(cè)定總漏率,若漏率超出許可范圍，再用局部氦罩法找出漏孔的準(zhǔn)確位置。整體壁板負(fù)壓檢漏法見(jiàn)圖1。

2.2.1 整體壁板真空負(fù)壓檢漏過(guò)程

（1）將機(jī)翼上、下壁板組合件完成密封裝配及罩封后，對(duì)機(jī)翼壁板及相關(guān)連接區(qū)域進(jìn)行清洗，保持工件外表潔凈。

（2）在機(jī)翼壁板邊界部位粘貼膩?zhàn)訔l,形成封閉回路。

（3）在粘貼膩?zhàn)訔l的范圍內(nèi)安放輔助材料—透氣氈。

圖1 整體壁板負(fù)壓檢漏示意圖Fig.1 Integral panel vacuum negative pressure leak detection schematic diagram

（4）將制袋薄膜拉直，使其長(zhǎng)邊壓貼在膩?zhàn)訔l上，并放置真空嘴。

（5）將氦質(zhì)譜檢漏儀與制袋薄膜上真空嘴相連接，開(kāi)啟氦質(zhì)譜檢漏儀并在壁板背面噴吹氦氣，對(duì)所封閉的區(qū)域進(jìn)行檢漏。

（6）完成試驗(yàn)，整理設(shè)備。

若上述試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)整體壁板連接區(qū)存在泄漏，為確定具體的泄漏部位，可采用氦罩盒法查找漏源。氦罩盒法檢漏示意見(jiàn)圖2。

圖2 局部檢漏－氦罩盒法示意圖Fig.2 Local leak detection- helium cover box method schematic diagram

2.2.2 局部氦罩盒法檢漏過(guò)程

（1）將吸盤(pán)罩盒扣在被檢工件待檢區(qū)域表面上密封好，啟動(dòng)氦質(zhì)譜檢漏儀，調(diào)整參數(shù)，使其工作在真空檢漏狀態(tài)；

（2）連接檢漏盒與檢漏儀；

（3）啟動(dòng)檢漏儀檢漏；

（4）待抽真空達(dá)到漏率值小于額定值并穩(wěn)定時(shí)，使用帶有噴槍的氦氣袋在被吸盤(pán)罩盒罩住的被檢工件的反面用噴槍噴吹氦氣；

（5）若抽真空達(dá)到漏率值大于額定值時(shí)，示意有漏，補(bǔ)漏排除后重新試驗(yàn)。

檢漏注意事項(xiàng)：

（1）檢測(cè)過(guò)程中，嚴(yán)禁移動(dòng)被測(cè)工件和檢測(cè)設(shè)備；

（2）在使用噴吹法對(duì)被檢工件進(jìn)行真空檢漏時(shí),豎直方向上要由上往下檢，水平方向上要相對(duì)于氦質(zhì)譜檢漏儀由近及遠(yuǎn)檢測(cè)；

（3）噴槍與被檢件表面的距離值不應(yīng)太大（不大于5mm）；

（4）對(duì)于發(fā)現(xiàn)有漏的區(qū)域，待檢漏儀示值升高達(dá)穩(wěn)定后移開(kāi)噴槍，等示值下降后再噴，觀察示值是否再次升高并穩(wěn)定，需重復(fù)三次以確定漏率。

2.3 機(jī)翼整體油箱正壓檢漏

機(jī)翼總裝上翼面封閉后形成整體油箱，將油箱內(nèi)部充入一定氦氣,形成容器內(nèi)氣體內(nèi)部壓力高于外部大氣壓的狀態(tài),如果整體油箱邊界面上有漏,氦氣通過(guò)漏孔向外逸出。當(dāng)吸槍正對(duì)漏孔位置時(shí)，氦氣被吸入檢漏儀而產(chǎn)生漏氣反應(yīng)，由此判斷漏孔的存在及位置和大小，從而達(dá)到檢漏目的。該方法用于機(jī)翼油箱裝配完成后對(duì)其進(jìn)行油箱密封的總檢查。機(jī)翼整體油箱正壓檢漏法系統(tǒng)連接見(jiàn)圖3。

圖3 機(jī)翼整體油箱正壓檢漏法系統(tǒng)連接示意圖Fig.3 Wing integral fuel tank pressurized leak detection method system connection schematic diagram

機(jī)翼整體油箱正壓檢漏過(guò)程如下：

（1）用工藝堵蓋、堵帽將油箱區(qū)非試驗(yàn)充氣接口處封堵，使其形成密封體；

（2）將整體油箱快速檢漏設(shè)備充氣口與被測(cè)機(jī)翼連接，形成封閉回路；

（3）啟動(dòng)整體油箱快速檢漏設(shè)備，進(jìn)行系統(tǒng)自檢，確認(rèn)差壓檢漏系統(tǒng)工作是否正常；

（4）充氣：按檢漏測(cè)試壓力，設(shè)定的充氣時(shí)間，經(jīng)過(guò)檢漏系統(tǒng)向被測(cè)機(jī)翼油箱內(nèi)充入一定比例濃度的氦氣和壓縮空氣，充壓后不許移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)被檢件；

（5）平衡：充壓達(dá)到要求后，靜置被檢機(jī)翼，使其內(nèi)部氦、氮混合均勻；

（6）檢測(cè)：保壓限定時(shí)間，其壓力變化不大于某額定值的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。若壓力變化超過(guò)規(guī)定值時(shí)，則按照設(shè)定的測(cè)試壓力對(duì)機(jī)翼油箱進(jìn)行充氣，檢漏系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)定時(shí)間平衡,這時(shí)用氦質(zhì)譜檢漏儀吸槍法對(duì)部件進(jìn)行單釘滲漏檢查和油箱邊界滲漏檢查,漏率值不大于技術(shù)要求規(guī)定值。檢測(cè)結(jié)束后，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)，自動(dòng)顯示檢測(cè)結(jié)果，并對(duì)檢測(cè)作出結(jié)果判定；

（7）排氣：檢測(cè)完成后將機(jī)翼油箱內(nèi)部混合氣體排出。

注意事項(xiàng)：（1）要求所用連接吸槍的軟管越短越粗越好，連接管內(nèi)要清潔，要吸氣、放氣率小，最好選用金屬軟管，不宜采用橡皮軟管；（2）檢漏場(chǎng)地的空氣不能有太大的流動(dòng)，吸槍在被檢件表面移動(dòng)的速度不能太快，且與被檢件表面的距離值不應(yīng)太大（不大于5mm），以免靈敏度降低。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以準(zhǔn)確找到漏孔位置，缺點(diǎn)是與抽真空噴吹法檢漏相比，靈敏度較低。該方法主要用于機(jī)翼形成整體油箱后的密封性總檢查。

3 兩種檢漏法對(duì)比試驗(yàn)

在氦質(zhì)譜檢漏法工程化應(yīng)用的研究過(guò)程中，各自選取了某型機(jī)的15個(gè)機(jī)翼部件分別進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏法與傳統(tǒng)密封檢測(cè)法試驗(yàn)，其用時(shí)情況統(tǒng)計(jì)如表1和表2所示。

從表1中得出，采用傳統(tǒng)密封檢測(cè)法檢漏，平均用時(shí)33.5 h。其中，第XX126架充油后氣密保壓試驗(yàn)時(shí)存在泄露，查找漏源用時(shí)24 h，排故（含重復(fù)油密保壓試驗(yàn)）用時(shí)20 h。表2采用氦質(zhì)譜檢漏法檢漏，平均用時(shí)7.5 h。其中，第XX215架壁板單面檢漏試驗(yàn)時(shí)存在泄露，查找漏源用時(shí)15min，排故（含重復(fù)氦質(zhì)譜檢漏）用時(shí)4h。通過(guò)兩種方法對(duì)比，傳統(tǒng)方法用時(shí)是氦質(zhì)譜檢漏法檢測(cè)的4倍多。使用傳統(tǒng)方法密封檢測(cè)，產(chǎn)品已形成完整整體油箱密封結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，查找漏源操作工藝性差，漏源定位困難，排故難度大、成本高。氦質(zhì)譜檢漏法可進(jìn)行翼面結(jié)構(gòu)單面檢漏，操作工藝性好，易定位漏源，排故成本低、效率高[11]。

表1 傳統(tǒng)檢漏法試驗(yàn)用時(shí)記錄表

表2 氦質(zhì)譜檢漏法試驗(yàn)用時(shí)記錄表

4 應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)多架次某型機(jī)翼組合件及整體油箱密封檢漏試驗(yàn)證明，在飛機(jī)整體油箱裝配過(guò)程中使用氦質(zhì)譜檢漏法是可行的。氦質(zhì)譜檢漏法相對(duì)于傳統(tǒng)密封檢測(cè)方法而言，確實(shí)有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，克服了傳統(tǒng)方法受氣溫影響較大、準(zhǔn)確率低、周期長(zhǎng)等一系列缺點(diǎn)。氦質(zhì)譜檢漏法的高精度數(shù)字式判讀，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量，也大大降低了因過(guò)程控制不足而在后續(xù)工序乃至外場(chǎng)排故所產(chǎn)生的各項(xiàng)費(fèi)用。應(yīng)用該方法，操作人員數(shù)量可減少50%，尤其是工作效率得到大幅度提升，正常工序所需時(shí)間由原來(lái)的48h減少為8h。新舊檢測(cè)方法對(duì)比見(jiàn)表3。

5 應(yīng)用問(wèn)題及改進(jìn)措施

通過(guò)運(yùn)用氦質(zhì)譜檢漏方法和技術(shù)，利用XX-401M整體油箱快速檢漏設(shè)備及XX-L300氦質(zhì)譜檢漏儀對(duì)機(jī)翼油箱密封裝配檢漏，在具體應(yīng)用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題需改進(jìn)：

表3 傳統(tǒng)檢漏法與氦質(zhì)譜檢漏法對(duì)比表

（1）整體油箱氦質(zhì)譜檢漏時(shí)，氦質(zhì)譜檢漏設(shè)備向被檢工件充氣用時(shí)長(zhǎng)，影響效率。改進(jìn)：加大檢漏設(shè)備與機(jī)翼油箱連接的管路直徑，增加單位時(shí)間內(nèi)的氣體流量，減少充氣時(shí)間。

（2）充氣壓力不精確，充氣經(jīng)平衡后，被檢工件中氣體實(shí)際壓力值與設(shè)備預(yù)設(shè)值存在差異。改進(jìn)：在靠近整體油箱充氣接口處增加一個(gè)帶壓力傳感器的壓力檢測(cè)裝置，該處所測(cè)壓力與被檢工件內(nèi)的實(shí)際壓力可視作等值。把該處壓力當(dāng)作檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)壓力，其壓力與油箱內(nèi)實(shí)際壓力值差異最小，設(shè)備壓力顯示更準(zhǔn)確，充氣結(jié)束后較接近系統(tǒng)預(yù)設(shè)值。

（3）單面檢測(cè)時(shí)，氦質(zhì)譜檢漏儀配套的吸槍罩盒規(guī)格少，適用性不強(qiáng)；用制袋膜粘貼罩封檢測(cè)，效率較低。改進(jìn)：訂制適用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的專用罩盒，配套增加各種罩盒規(guī)格，提高工作效率。

6 結(jié)論

研究成果表明，軍機(jī)油箱檢漏使用氦質(zhì)譜檢漏法在原理方法和操作上是可行的和有效的，提高了飛機(jī)整體油箱裝配質(zhì)量和生產(chǎn)效率。應(yīng)用氦質(zhì)譜檢漏法，可對(duì)單面壁板或組合件進(jìn)行檢漏，也就是說(shuō)在未形成封閉油箱之前即對(duì)壁板或壁板與梁肋骨架結(jié)構(gòu)連接區(qū)進(jìn)行氣密性檢測(cè)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了整體油箱裝配的密封檢測(cè)過(guò)程控制，從而避免在形成封閉油箱后導(dǎo)致滯后發(fā)現(xiàn)漏源及排故困難所需的大量返工工作量，有效解決了機(jī)翼制造過(guò)程中密封試驗(yàn)工序周期長(zhǎng)的生產(chǎn)瓶頸難題。

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