[基础知识] 自动无损检测航空发动机中焊接缺陷的新方法——热成像法

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在一项由瑞典和西班牙两个国家合作开展的项目中，研究人员研发出了一种可对航空发动机中某些难以检测的部分进行自动检测的新方法。该方法的研发主要是用于解决航空发动机行业中某些隐藏的难以触及的或者安全要求较高的焊接部位的检测问题。该方法被称为热成像法。

“两年半前，当该研究项目开始时，最初的目标是为了寻找一种能够检测难以触及的焊接部位的新方法”，该项目协调人，同时也是瑞典西部大学力学实验室副教授的 Anna Runnemalm说道：“现在，我们成功了，我们的车间内已经能够提供这种自动检测装置了”。

一个被称为18-WeLdt的联合研究项目，由瑞典西部大学及相关科研企业和西班牙研究团队合作展开。该项目的执行背景是：需进一步降低航空发动机的燃料消耗。研究人员一致认为减少重量将会是一个很可行的方案。但是，更轻量化的结构将会降低飞机的安全系数。解决这一问题的办法之一就是提高并优化生产过程中的质量控制过程，以及定期对发动机进行检查和维护。随着检查要求和检查次数的提高，人们迫切需要一种自动化解决方案。在今天，甚至未来，航空发动机的设计仍然是一大挑战，尤其是涉及到维护及检测时，因为许多焊接部位的位置都很隐蔽，甚至难以直接“触及”。因此，人们需要一种适用于航空发动机的检测新方法。

表面破坏裂纹是重点

在对这种自动检测焊缝的方法进行研发和演算的过程中，表面破坏裂纹一直是研究的重点。对于检测表面破坏裂纹常用到的无损检测方法有渗透法、涡流检测等，在某些情况下还会用到超声波探伤法。但是当涉及到一些难以触及的位置时，这些方法都有局限性。而该18-WeLdt项目中用到的无损检测方法是热成像法。该方法的主要原理是在待检测表面上引入可控制的热量（激发），并利用一个红外热像仪记录下加热和冷却的顺序。热成像法是一种非接触式、全范围的检测方法，这使得它更适合于自动化操作。如今，该方法在无损检测领域内主要用于复合材料方面的检测。对于金属结构的检测在许多方面还需要一些特殊的要求，主要包括对红外热像仪、激发方式以及分析演算等方面的要求。在18-WeLdt项目中，研究人员研究并评估了不同的激发方法，并对这些方法进行了对比，主要有闪光灯法、感应加热法、持续激光和振动法等。该项目中最大的挑战就是实现难以触及部位的检测。

该项目的研究结果是基于一个红外热象仪，一个用于激发和观察的光学孔径仪以及利用连续激光激发的温度记录系统之上的。整套装置被安装在一个机械手臂上以实现自动扫描一些难以触及的部位。该项目于6月中旬在瑞典特罗尔海坦的生产技术中心呈现并进行了展示。相关展示视频可以从网站www.ptw.hv.se/en/projects/films-about-the-research观看。项目资金支持由航空运输网络提供，项目已于2015年7月结题。