飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)腐蝕損傷的工業(yè)CT可行性分析

多層結(jié)構(gòu)是飛機(jī)重要的結(jié)構(gòu)件，常用于飛機(jī)蒙皮等部位。在使用過程中，受多種因素的影響，其底面或者中間夾層難免會(huì)出現(xiàn)腐蝕損傷。飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)的腐蝕規(guī)律與飛機(jī)的使用環(huán)境及特點(diǎn)有著極大的聯(lián)系，不同的飛行環(huán)境、不同的飛行強(qiáng)度等都會(huì)直接或間接影響著飛機(jī)的腐蝕特點(diǎn)。多層結(jié)構(gòu)腐蝕給飛行安全帶來了極大的危害，內(nèi)部和中間夾層的腐蝕損傷無法直接目視觀察。渦流、超聲波以及紅外等傳統(tǒng)的腐蝕檢測(cè)方法對(duì)于內(nèi)部腐蝕的檢測(cè)效果不佳，特別是對(duì)于部位較深的腐蝕，檢測(cè)比較困難。在能夠檢測(cè)內(nèi)部缺陷且定量較為準(zhǔn)確的方法中，工業(yè)CT(計(jì)算機(jī)斷層掃描)是較為理想的方法。工業(yè)CT與其他一些常用的無損檢測(cè)方法相比，工業(yè)CT有許多突出的特點(diǎn)。工業(yè)CT通過設(shè)備檢測(cè)得到的是被檢件的斷層圖像，可以清晰地得到被檢件的某一層結(jié)構(gòu)，易于識(shí)別。這樣的圖像不存在圖像重疊的問題，沒有識(shí)圖經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)人員對(duì)物件進(jìn)行檢測(cè)也不存在障礙。同時(shí)，從檢測(cè)圖像上還可以獲得缺陷的相關(guān)信息，包括缺陷的位置、形狀、長(zhǎng)度等。那么，這種方法是否真的好用呢？還是通過一個(gè)試驗(yàn)來嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目剂恳幌掳蓗制作腐蝕試件腐蝕試件選用飛機(jī)常用的2A12鋁板，根據(jù)飛機(jī)的腐蝕特點(diǎn)，腐蝕試件主要模擬飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)面腐蝕和腐蝕裂紋，選用三層平板結(jié)構(gòu)模擬飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)。圖1試件1結(jié)構(gòu)示意試件1采用3塊尺寸為140mm×80mm×1.5mm(長(zhǎng)×寬×高)的2A12鋁板作為材料，在鋁板上模擬加工腐蝕缺陷。試件1的下層鋁板的下表面制作了兩種模擬腐蝕缺陷：(1)半徑為8mm，深0.5mm的圓形平底槽模擬腐蝕缺陷。(2)加工長(zhǎng)為20mm，深為1mm的直線槽模擬腐蝕缺陷。完成模擬腐蝕缺陷的制作后，在鋁板的4個(gè)角上用螺栓把3塊鋁板緊密結(jié)合。圖2試件2結(jié)構(gòu)示意試件2采用3塊尺寸為250mm×150mm×1mm(長(zhǎng)×寬×高)的2A12鋁板作為材料，然后在鋁板上進(jìn)行模擬腐蝕缺陷的加工。(1)分別在上層板和下層板加工半徑為6.5mm，深分別為板厚的5%，10%，15%的圓形平底槽模擬腐蝕缺陷。(2)分別在上層板和下層板加工長(zhǎng)為150mm，寬為13mm，深為板厚的20%的直線槽模擬腐蝕缺陷。(3)在試件上鉚接6個(gè)鉚釘，選擇5個(gè)鉚釘?shù)你T接點(diǎn)，加工長(zhǎng)短方向各異的模擬裂紋腐蝕缺陷。檢測(cè)試驗(yàn)工業(yè)CT試驗(yàn)采用的CT設(shè)備型號(hào)為CAPE-450kV-CT。圖3工業(yè)CT設(shè)備外觀檢測(cè)試驗(yàn)開始前，要對(duì)探測(cè)器進(jìn)行本地校正和增益校正。探測(cè)器校正完后，將平板放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整機(jī)械系統(tǒng)，設(shè)置射線源?探測(cè)器及機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)。具體參數(shù)為：管電壓400kV，管電流1.7mA，射線源焦點(diǎn)尺寸0.4mm，探測(cè)器像素大小0.254mm，探測(cè)器積分時(shí)間50ms，射線源到探測(cè)器的距離1138mm，射線源到平板中心的距離600mm。試驗(yàn)采用三代掃描方法進(jìn)行CT掃描，調(diào)整試件的位置，對(duì)掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法重建，獲得需要的試件截面圖像。圖像分析為了達(dá)到更好的顯示效果，有時(shí)需要利用軟件對(duì)工業(yè)CT的檢測(cè)圖像進(jìn)行處理，常用的圖像處理方法有圖像銳化、邊緣增強(qiáng)以及偽彩色等。圖4軟件處理后的試件1的工業(yè)CT檢測(cè)圖像上圖為經(jīng)過軟件處理后的試件1的三個(gè)不同截面的斷層掃描圖像。在圖4(a)中，沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，說明在試件的這一斷層內(nèi)不存在腐蝕缺陷；在圖4(b)中，可以清楚地看到試件上的直線槽模擬缺陷，通過檢測(cè)圖像能夠獲得缺陷的形狀、尺寸以及在試件中的位置等信息；在圖4(c)中，能夠看到在試件上模擬的兩種腐蝕缺陷，圖像清晰直觀。這說明工業(yè)CT具備檢測(cè)面缺陷和裂紋的能力。同時(shí)，通過對(duì)比圖4(b)和(c)可以發(fā)現(xiàn)，圓形腐蝕缺陷與直線槽腐蝕缺陷的腐蝕深度存在差別，即直線槽腐蝕缺陷較圓形腐蝕缺陷更深。這說明工業(yè)CT檢測(cè)可以通過對(duì)比不同斷層檢測(cè)圖像的差別來判定腐蝕缺陷的深度，以確定其在試件內(nèi)部的位置，這是其他檢測(cè)方法無法實(shí)現(xiàn)的。圖5處理后的試件2的工業(yè)CT檢測(cè)圖像上圖為經(jīng)過軟件處理后的試件2的三個(gè)不同截面的斷層掃描圖像。工業(yè)CT能夠檢測(cè)到試件上制作的腐蝕缺陷，但檢測(cè)情況較試件1的差。圖5(a)為工業(yè)CT在下層板的斷層掃描圖像，圖像中能夠看到存在的腐蝕缺陷，并且根據(jù)腐蝕程度的不同，缺陷的成像情況也不相同；圖5(b)為工業(yè)CT在上層板的斷層掃描圖像，與上層板的掃描圖像相同，圖像很直接地反映了缺陷的情況；圖5(c)為工業(yè)CT在鉚接處的斷層掃描圖像。從檢測(cè)圖像上無法觀察到試件上的裂紋缺陷。試件2的檢測(cè)圖像出現(xiàn)了環(huán)狀偽影，如圖5(a)所示，試件中間部位出現(xiàn)了一圈圈環(huán)形影像，這非常容易導(dǎo)致缺陷的誤判。偽影通常是指圖像中出現(xiàn)了與試件結(jié)構(gòu)不符的特征，是表征CT檢測(cè)質(zhì)量的重要性能指標(biāo)。工業(yè)CT的檢測(cè)精度高，對(duì)信號(hào)非常敏感，較易產(chǎn)生偽影現(xiàn)象。另外，工業(yè)CT較擅長(zhǎng)于長(zhǎng)寬比小的物件的檢測(cè)，對(duì)于長(zhǎng)寬比較大的物件檢測(cè)效果相對(duì)較差，也更容易出現(xiàn)偽影。產(chǎn)生偽影的原因有很多，通常可以劃為兩類，一類是由CT的原理造成的，另一類是由CT的設(shè)備造成的。平板件主要是射線束硬化造成的，可以通過采用預(yù)先濾波法或軟件校正法等進(jìn)行校正。同時(shí)，試件2的CT檢測(cè)圖像受斷層厚度的影響出現(xiàn)了其他斷層的影像，對(duì)圖像分析造成了影響。接下來，利用軟件的測(cè)量功能對(duì)試件缺陷進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)量。圖6試件1的圓形缺陷測(cè)量曲線根據(jù)圖6的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得到，模擬腐蝕的圓形缺陷直徑為15.6mm，誤差為2.5%。圖7試件1直線槽缺陷測(cè)量曲線根據(jù)圖7的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得到，模擬腐蝕的直線槽缺陷長(zhǎng)度為20.4mm，誤差為2.00%。圖8試件2的長(zhǎng)條形缺陷的測(cè)量曲線根據(jù)圖8的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得到，長(zhǎng)條形模擬缺陷的寬度檢測(cè)值為12.77mm，誤差為1.77%。圖9試件2的圓形缺陷的測(cè)量曲線根據(jù)圖9的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得到，圓形缺陷的直徑為12.8mm，誤差為1.54%。試驗(yàn)結(jié)論(1)工業(yè)CT能夠?qū)υ嚰母g進(jìn)行有效檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確直觀，但對(duì)于試件2鉚釘處裂紋的檢測(cè)效果不明顯，說明工業(yè)CT對(duì)裂紋的檢測(cè)能力偏弱。(2)工業(yè)CT對(duì)缺陷的測(cè)量誤差最大為2.5%，測(cè)量精度滿足要求，且測(cè)量結(jié)果更為穩(wěn)定。(3)

工業(yè)CT能夠根據(jù)斷層圖像檢測(cè)出腐蝕缺陷的深度，檢測(cè)圖像清晰直觀，易于識(shí)別，這是工業(yè)CT檢測(cè)內(nèi)部腐蝕的突出優(yōu)點(diǎn)。(4)工業(yè)CT擅長(zhǎng)長(zhǎng)寬比較小的物件的檢測(cè)，對(duì)于長(zhǎng)寬比較大的物件檢測(cè)效果相對(duì)較差，也更容易出現(xiàn)偽影，對(duì)圖像質(zhì)量有一定影響。因此，在對(duì)平板構(gòu)件采用工業(yè)CT檢測(cè)時(shí)，必須采取措施降低偽影的影響。結(jié)

語(yǔ)通過工業(yè)CT完成了對(duì)腐蝕試件的檢測(cè)，表明工業(yè)CT具有一定的腐蝕損傷檢測(cè)能力，能夠完成試件內(nèi)部的腐蝕檢測(cè)。與渦流、超聲、紅外等檢測(cè)方法相比，工業(yè)CT在檢測(cè)內(nèi)部腐蝕方面有著自己的突出優(yōu)勢(shì)，其檢測(cè)精度更高，檢測(cè)結(jié)果更穩(wěn)定，能夠?qū)υ嚰M(jìn)行斷層掃描，通過不同斷層圖像的差別來判斷測(cè)量腐蝕缺陷的深度，并對(duì)腐蝕面積進(jìn)行計(jì)算。采用了切槽和切圓孔模擬腐蝕損傷，與實(shí)際的腐蝕還存在差別，試驗(yàn)的