李毅洋

（廈門航空有限公司，福建 廈門，361000）

民航客機(jī)維修中紅外檢測技術(shù)的應(yīng)用及開展

李毅洋

（廈門航空有限公司，福建 廈門，361000）

中國民用航空維修系統(tǒng)已經(jīng)越來越多的應(yīng)用紅外熱像技術(shù)檢測飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件在服役過程中產(chǎn)生的缺陷。從發(fā)展趨勢來看，紅外熱像檢測技術(shù)將會成為航空器無損檢測的常規(guī)檢測手段；從維修工作的實際效果來看，采用紅外熱像技術(shù)檢測復(fù)合材料蜂窩內(nèi)部積水的方法效率高、結(jié)果準(zhǔn)確。

民用航空；紅外檢測；飛行器；積水

1　紅外檢測的理論基礎(chǔ)

1.1紅外檢測的基本概念

紅外檢測是一種集光電成像技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過接收物體發(fā)出的紅外輻射，將其以熱像的形式顯示出來，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況。與超聲、射線等常規(guī)檢測方法相比，具有準(zhǔn)確、實時、快速、無污染等優(yōu)點。

通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號后，成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理，傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖。

1.2紅外檢測基本方法

紅外檢測是基于紅外輻射原理，通過紅外熱像儀記錄和觀察被檢測物表面的溫度變化來檢測物體缺陷和損傷的無損檢測方法。物體中的很多缺陷其導(dǎo)熱特性與材料本身存在明顯差異，當(dāng)采用特定模式的熱激勵時，缺陷會影響熱傳導(dǎo)，導(dǎo)致表面溫度分布異常，采用紅外熱像儀等傳感裝置測量被檢材料構(gòu)件表面溫度變化，從而可判斷物體是否存在缺陷?？煞譃閮纱箢愋?，即被動式和主動式。

被動式紅外檢測不對被檢工件加熱，僅利用工件自身與周圍環(huán)境的溫度不同，在被檢工件與環(huán)境的熱交換過程中進(jìn)行紅外熱像檢測。適用于運行中設(shè)備的質(zhì)量檢測，醫(yī)療診斷，建筑物密閉性檢查和規(guī)定時間內(nèi)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的檢查，如控制面板線路及翼面內(nèi)部積水檢查。

表1　紅外檢測與其它常規(guī)無損檢測方法的比較

主動式紅外檢測需對被檢工件熱激勵，使被測對象失去熱平衡，在熱激勵的過程中或停止熱激勵后一段時間進(jìn)行檢測。工件內(nèi)部有缺陷，則均勻熱流被缺陷所阻，經(jīng)過時間延遲在缺陷部位所對應(yīng)工件表面表現(xiàn)為溫度差異。

根據(jù)所觀察的被檢物體紅外輻射的分布，來定性紅外熱圖所發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確定位缺陷區(qū)域，并且作相應(yīng)評估。

1.3紅外檢測的特點

與常規(guī)無損檢測方法相比， 紅外檢測具有非接觸、快速、檢測面積大、直觀和準(zhǔn)確等特點，并且非常適合現(xiàn)場、外場以及在線在役檢測。

如果被測結(jié)構(gòu)件或部位的溫度在絕對零度以上，并且基體材料與損傷之間的溫差達(dá)到了熱成像儀的熱靈敏度范圍，就能被紅外探測器捕獲并區(qū)分出來，因此對檢測的實施時間沒有約束，白天和夜晚都能進(jìn)行。

檢測時從加熱到圖像采集， 最后進(jìn)行定量分析， 可一次完成，因此自動化程度較高，并且圖像信息顯示直觀，便于存檔備查。在檢測速度上，紅外檢測技術(shù)采用主動加熱方式，加熱過程很短，且進(jìn)行圖像采集的時間只需十幾秒或幾十秒，因而單次檢測的時間較少。

紅外檢測技術(shù)在多層復(fù)合材料受撞擊后的層析探傷和分析方面具有獨特的優(yōu)點，能夠檢測出飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的沖擊損傷、分層、蒙皮與蜂窩芯脫粘和侵蝕等損傷。

此外，通過專用軟件可進(jìn)行損傷面積、損傷埋藏深度等測量計算，為構(gòu)件是否判廢的確定和修理方案的制訂提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。

1.4紅外檢測與其它常規(guī)無損檢測方法的比較

見表1。

2　民航開展紅外檢測的應(yīng)用實例

2.1電吹風(fēng)加熱方式檢查方向舵積水

此方法需要兩人進(jìn)行，其中一人負(fù)責(zé)使用電吹風(fēng)加熱被檢區(qū)域并標(biāo)記，另一人負(fù)責(zé)使用熱像儀掃查檢測（見圖1）。環(huán)境溫度在 10 -35°C 之間，直接采用電吹風(fēng)加熱；如果環(huán)境溫度大于 35°C，應(yīng)采用在被檢表面施加薄水層的方式。加熱前應(yīng)目視檢查被檢升降舵表面的狀況，確保被檢表面清潔平滑，特別注意那些可能影響最終結(jié)果判斷的表面狀況。

圖1　現(xiàn)場操作范例

圖2　操作原理示意圖

采用邊加熱邊檢測的方式進(jìn)行，加熱和檢測應(yīng)在方向舵的同一面進(jìn)行，當(dāng)完成一面的工作后，換到方向舵的另一面重復(fù)進(jìn)行相關(guān)工作（見圖2）。對于有顯示的被檢區(qū)域，如果不能確切判斷為方向舵的構(gòu)型結(jié)構(gòu)、形狀變化、內(nèi)部有其他填充物等帶來的顯示，即可判斷為積水區(qū)域。應(yīng)繪出詳細(xì)的積水區(qū)域分布圖并在原位標(biāo)記（見圖3、4）。

2.2電熱毯加熱方式檢查升降舵積水情況

在嚴(yán)寒地區(qū)開展此項工作時需要合適溫度的機(jī)庫而炎熱地區(qū)需要避開高溫時段。加熱前應(yīng)目視檢查被檢升降舵表面的狀況，特別是那些可能影響最終結(jié)果判斷的表面狀況；被檢表面應(yīng)清潔干燥，避免影響檢測結(jié)果。將電熱毯均勻平放在被檢升降舵的上表面，保持電熱毯與升降舵蒙皮面板的良好接觸，避免加熱局部不均勻。（見圖5）

完成加熱后，將電熱毯移除檢測區(qū)域。將紅外儀對準(zhǔn)被檢表面并盡量與被檢表面保持垂直，被檢區(qū)域應(yīng)納入成像儀視場中，其他背景不應(yīng)出現(xiàn)在視場中；對成像儀進(jìn)行預(yù)調(diào)整；調(diào)整焦距使視場中的任何被檢區(qū)域中不連續(xù)的結(jié)構(gòu)，如緊固件孔、加強(qiáng)肋等顯示清晰。對升降舵進(jìn)行分區(qū)域掃查檢測，應(yīng)采用先下表面后上表面的順序進(jìn)行檢測，每面檢查應(yīng)控制在10分鐘內(nèi)完成。

對于所有有顯示的被檢區(qū)域，如果不能確切判斷為升降舵的構(gòu)型結(jié)構(gòu)、形狀變化等帶來的顯示，即可判斷為積水區(qū)域。

2.3實際操作中的經(jīng)驗總結(jié)

2.3.1環(huán)境對檢測的影響

無論是采用何種方式都應(yīng)盡量避免在高溫高熱壞境和風(fēng)力較大的天氣環(huán)境下進(jìn)行檢測工作，以減少對紅外成像儀工作的干擾。

2.3.2檢測距離對結(jié)果的影響

在被檢表面與成像儀之間的的距離應(yīng)在一定范圍之內(nèi)，適當(dāng)調(diào)整成像距離，即保證檢測的靈敏度又兼顧檢測效率。

2.3.3檢測結(jié)果的判定

在判定結(jié)果之前，應(yīng)先了解被檢工件的構(gòu)型結(jié)構(gòu)、形狀變化、內(nèi)部有其他填充物或外部冷/熱源的反射等帶來的顯示；對疑似缺陷工件也可進(jìn)一步采用其它無損檢測方法進(jìn)行驗證。

3　開展紅外檢測項目所需具備條件

3.1開展紅外檢測工作對檢測程序和標(biāo)準(zhǔn)的要求

各航空大國已把紅外熱像檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)部缺陷及膠接質(zhì)量檢測、 蒙皮鉚接質(zhì)量檢測。美國還把它用于航天飛機(jī)耐熱保護(hù)層潮濕檢測，空間發(fā)射艙復(fù)合材料的脫粘檢測。紅外檢測應(yīng)按相應(yīng)的檢測程序進(jìn)行。應(yīng)能檢測出驗收標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的拒收不連續(xù)。檢測程序應(yīng)提交被認(rèn)可的工程機(jī)構(gòu)審核和（或）批準(zhǔn)。

圖3　紅外成像儀顯示1

圖4　紅外成像儀顯示2

3.1.1相關(guān)BOEING 787相關(guān)的紅外檢測程序

BOEING NTM手冊的PART 10是關(guān)于熱成像檢測的章節(jié)，對具體的零部件給出了具體的檢查方法和檢查步驟。在手冊的PART 1中，對紅外熱成像的設(shè)備、系統(tǒng)做出了一般性的介紹。

隨著新型復(fù)合材料的不斷出現(xiàn)，越來越多的復(fù)合材料被用于飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼等越來越多的部位。因此，在最新的BOEING787 NTM 手冊中出現(xiàn)了對復(fù)合材料進(jìn)行熱損傷檢查的章節(jié)。該工藝是使用中頻紅外光對復(fù)合材料進(jìn)行掃描，在得到檢查區(qū)域的光譜后與標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對比，從而對檢查區(qū)域進(jìn)行評判。

3.1.2MH T 3022-2011航空器復(fù)合材料構(gòu)件紅外熱像檢測

MH/T3022-2011《航空器復(fù)合材料構(gòu)件紅外熱像檢測》是由中國民航無損檢測資格鑒定與認(rèn)證委員會編寫，由中國民航局批準(zhǔn)實施的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對民用航空器使用的復(fù)合材料構(gòu)件紅外熱像法檢測中的各種數(shù)據(jù)作出了最低的規(guī)定。

本標(biāo)準(zhǔn)參考了ASTM E2582－07《航空應(yīng)用中復(fù)合材料板及其維修區(qū)脈沖紅外無損檢測實施標(biāo)準(zhǔn)》（英文版）和波音公司及空中客車公司的無損檢測手冊（NTM）手冊。

3.2開展紅外檢測工作對檢測人員的要求

標(biāo)準(zhǔn)要求從事熱像檢測的人員應(yīng)按 MH/T 3001的要求通過相應(yīng)的資格鑒定與認(rèn)證，或按合同或采購單中的規(guī)定執(zhí)行。這與航空器維修中涉及的其他六種（MT、PT、ET、UT、RT、VT）常用無損檢測方法的要求一致。

3.3開展紅外檢測工作對設(shè)備的要求

紅外熱像儀在初次使用時以及今后每年應(yīng)送指定機(jī)構(gòu)或儀器制造廠家進(jìn)行校準(zhǔn)。發(fā)現(xiàn)儀器工作不正常時或經(jīng)過可能影響其性能的修理后也應(yīng)及時進(jìn)行校準(zhǔn)。

熱激勵裝置或其上安裝的計量器具應(yīng)按計量器具管理程序定期檢定或按生產(chǎn)廠商的規(guī)定進(jìn)行校驗。參考試件初始使用前應(yīng)經(jīng)過校驗。經(jīng)校驗合格的參考試件應(yīng)有證書。

參考試塊在民航紅外熱成像檢測中對檢測結(jié)果起決定性的作用，因此標(biāo)準(zhǔn)對參考試塊的參數(shù)作了詳細(xì)規(guī)定，并要求每次使用前應(yīng)對參考試塊進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)損傷，應(yīng)進(jìn)行評定，確定是否可用。

4　結(jié)語

從發(fā)展趨勢來看，紅外熱像檢測技術(shù)將會成為航

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The application of infrared thermographic techniques in civil aviation maintenance & develop

Li yi-yang
（XIAMEN AIR， XIAMEN FUJIAN， 361000）

In the Chinese civil aviation maintenance system， infrared thermographic techniques has been more andmore utilized to detect the composite defects produced in the service. From the development trend， infrared thermographic techniques will become a routine non-destructive test method in civil aviation. From the maintenance effect， the use of infrared thermographic techniques have higher efficiency and accurate in detect composite honeycomb internal hydrocephalus.

Civil Aviation， infrared inspection， aircraft， hydrocephalus