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先进航空材料和结构无损检测技术的应用与发展 损伤检测的初衷是建立物理或化学等方法、方法和设备，建立不损害检测对象的适应性，进行试验和评估，并为材料、结构和产品的决策提供信息和数据支持。 由于航空材料及其结构与产品的特殊性, 任何质量隐患或者超过设计允许值缺陷的存在, 都可能在航空结构及其产品的后续服役中引发质量事故, 甚至造成重大的人员财产损失。在航空史上因所装机使用的材料与结构的质量出现意外偏离, 造成重大事故或者灾难的案例, 不甚枚举。因此, 自从航空工业诞生之日起, 人们就在不断探索和寻找各种方法和技术手段, 以实现对航空材料及结构与产品设计、制造和服役中有关的材料、工艺和结构损伤 (缺陷) 等进行非破坏性无损检测, 努力做到防患于未然, 不出现或尽可能少出现质量事故。 保证航空结构及其产品的质量, 有两个十分重要的技术途径:一是基于航空结构及其产品的全寿命周期内的全程质量控制, 努力实现材料与结构和产品的质量控制在设计余度范围内;二是通过无损检测, 确保设计所选用的材料、工艺和结构实际达到了预期的使用性能和余度以及质量要求。 由于缺陷的存在和制造质量的不稳定或离散属性, 会产生超过设计允许的缺陷, 航空材料结构及其产品在服役过程中也可能因受力承载, 产生损伤或者疲劳, 从而影响航空结构及其产品的质量和使用安全。因此, 作为质量控制的重要技术手段和终极检验方法的无损检测技术, 在现代航空领域就有着十分重要的作用。无损检测技术先进和完善与否, 已成为先进材料工艺与结构能否在航空工业领域得到推广应用的重要标志。 笔者结合航空材料工艺结构和航空工业领域特点, 回顾和分析了航空新材料新结构无损检测技术进展与应用以及所面临的现实与问题, 以期为该领域读者提供一点参考或者启发。 1 航空材料、结构和损伤检测 1.1 航空材料的主要特点 减重和可靠性一直是航空领域为之不懈努力的方向。因此, 现代航空材料和结构的重点发展方向或者趋势之一就是设计采用了大量的轻质材料, 包括复合材料和轻质合金材料, 以及那些能够起到减轻效果的轻质结构。 现代航空材料和结构的重要特点包括但不限于: (1) 大量采用了复合材料、轻质合金等轻型材料, 以追求航空结构及其产品的减重, 而且不同的轻质材料, 其内部微结构差别十分明显。 (2) 尽量多地采用了整体结构, 减少中间制造过程, 减少机械连接, 既能帮助减重, 又有利于提高结构寿命和材料利用率。 (3) 损伤容限设计思路的引入, 要求对材料及其结构内部的损伤或者缺陷要有一个准确的量化掌握。 (4) 不同材料, 其成型工艺可能差别很大, 不同结构, 其制造工艺可能完全不同, 由此带来的检测方法、检测工序安排、检测要求、缺陷特征等都将显著不同。航空材料结构的这些特点给无损检测带来巨大的挑战和技术难度。 1.2 航空材料结构无损检测的展望 对于航空材料和结构的无损检测, 一方面, 航空材料和结构具有自身鲜明的特点, 必须制定针对性的无损检测技术;另一方面, 航空产品的高质量、高可靠性和长寿命设计理念, 要求必须有效可靠地解决航空材料及其结构问题的无损检测方法。而且与其他材料与结构及其产品的无损检测不同的是, 航空材料和结构及其产品的无损检测必须从始至终牢记, 所采用或者研究制定的无损检测方法、技术及其仪器设备与检测工艺方法、标准, 是否能够保证实现航空材料结构的高灵敏度、高可靠性检测;而且一定要适应航空材料结构及其环境特点。切记任何仅基于试样试块的检测方法或技术, 往往离解决工程上航空材料结构的实际无损检测是相差甚远的。那些仅基于实验室的检测案例或者试验结果, 要推广到实际航空材料结构的无损检测, 其代表性和成熟性往往是相当不够的。 现代航空材料结构及其产品, 无论是从设计, 还是选材、制造、服役等各个方面都有了空前的理念进步和技术提升, 在选材、结构设计、制造工艺和航空产品的整体质量性能、功能、寿命、成本要求等方面比以往都有了巨大提高。因此, 航空材料和结构的无损检测, 首先需要从理念上与时俱进, 跟上其发展的新要求。其次, 必须充分结合现代航空材料和结构“设计-材料-结构制造-环境”等特点, 选择无损检测方法与技术以及仪器设备, 制定检测工艺等。第三, 检测灵敏度和可检性以及检测的可靠性是航空材料和结构的无损检测根本。第四, 航空材料和结构的无损检测既要做到定量定性, 同时还必须给出明确的检测结果或者结论。 航空材料和结构的无损检测, 通常需要结合不同的阶段、不同检测对象和检测环境, 试验和制定相应的无损检测方法, 选择可靠有效的无损检测手段, 制定相应的无损检测工艺, 同时对检测工艺进行针对性试验与验证, 并对检测人员进行针对性培训。 2 无损检测的种类 按检测对象和应用阶段, 现代航空材料和结构无损检测