波音飞机龙骨梁晶间腐蚀与超声测厚

波音飞机龙骨梁晶间腐蚀与超声测厚

聂有传

广州飞机维修工程有限公司

摘要：结构腐蚀的检查是飞机维修中重要的环节之一。发现腐蚀后需要去除腐蚀并测量腐蚀处的剩余厚度。在测量剩余厚度过程中，发现异常现象，解剖分析表明，测量出现的异常现象是结构产生的晶间腐蚀缺陷引起的。表面粗糙度仪 http://www.biaomiancucaoduyi.com 本文对飞机龙骨梁腐蚀和剩余厚度测量中出现的异常进行了分析和讨论，并且对剩余厚度测量和晶间腐蚀的判断做了简单介绍。

关键词：飞机龙骨梁腐蚀，超声波测厚、金相分析、晶间腐蚀、腐蚀分层

1 概述

飞机在运营过程中，机身结构的腐蚀是非常普遍的现象。对于沿海地区的飞机来说，腐蚀的现象更加突出。腐蚀是飞机结构损伤的主要原因之一。在飞机日常维护和各级维修中，对飞机结构腐蚀的检查、修理、测量、防护、控制是保证飞机结构完整性的重要工作内容。发现腐蚀后的修理步骤通常是；①去除腐蚀；②对去除腐蚀后的区域测量剩余厚度；③根据测量的剩余厚度计算去除量，然后确定修理方案。剩余厚度的测量是腐蚀修理中的重要环节。

飞机结构修理要求发现表面腐蚀后需要去除腐蚀。去除量在原厚度10%以内的，不影响结构的完整性，经过表面处理后可以恢复使用。去除量超过原厚度10%的则要经修理后，才能恢复使用。经过多年对飞机结构腐蚀检查，本文针对飞机龙骨梁腐蚀检查以及检查方法进行了讨论。

2 腐蚀的检查和判断

在波音 737 飞机C 检修理过程中，龙骨梁曾发现很多位置因严重腐蚀超标而需要截除进行修理恢复的，还有要更换整条龙骨梁的。在做某飞机龙骨梁去除腐蚀后的厚度测量时发现厚度变化异常，不是厚度去除量超标的问题而是厚度只有原厚度1/2-1/3 之间变化。图1、图2 是从B737 飞机龙骨梁腐蚀处截下的A、B 两处腐蚀区，图3、图4 是A、B 区去除腐蚀后分别测量得到的剩余厚度。图中数字是测试点的剩余厚度值（单位；英寸）。A 段区显示最大厚度在0.390 英寸，最小厚度在0.172-0.20 英寸之间，厚度相差一倍（见图3 所示）。B 区显示的最大厚度在0.175 英寸，最小厚度在0.118 英寸，厚度相差1/3（见图4 所示）。

图 1 B737 龙骨梁腐蚀截下的A 段腐蚀区域

图 2 B737 龙骨梁腐蚀截下的B 段腐蚀区域

图3 A 段区去除腐蚀后的剩余厚度测量值图 4 B 段区去除腐蚀后的剩余厚度测量值B 段区的剩余厚度在0.118 英寸至0.175 英寸之间变化，薄厚差为0.057 英寸。从以往的经验来看，如果认为这是一个分层显示，则能勉强接受。但是A 段区的剩余厚度在0.200 英寸至0.395 英寸之间变化，薄厚差为0.195 英寸。如果认为这是分层信号则是很难接受的，因为分层缺陷的厚度变化通常是很小的。

那么是什么原因引起这些不规则的厚度变化呢？为了搞清这一问题，我们截取了一段样件送某工学院做金相分析，金相分析没有发现异常，只是提供了材料成分（见表1）。提供的材料成分结果证明龙骨梁的材料是正常的。无损检测资源网这一结论使我们陷入苦恼中。我们拿着测厚仪到现场去测量并标注出厚度变化较大的范围，让他们再次做金相分析，结果还是没有发现异常。我们的心情由苦闷变成恐慌，为什么呢？难道是我们的判断出了问题？难道是我们的仪器组合和校验出了问题？如果是误判，那造成的损失将是巨大的。工程部门质疑这些显示（厚度变化）是缺陷的真实性，我们的压力可想而知。这时，我们找到了波音公司，通过工程部与波音公司联系，截取了厚度差值明显的2 段试样（解剖位置见图１和图２），委托波音公司做分析。

波音公司很快给了我们回复。图5、图6 分别是图1A 段的解剖金相图，图7、图8 分别是图2B 段的解剖金相图。金相分析表明剖面上存在晶间腐蚀缺陷。显微组织显示，晶间腐蚀连成了不规则的连续线，形成了厚度基本相同的分层面，或沿材料晶间腐蚀成厚度不同的分界面。分析结论是材料组织的晶间腐蚀因腐蚀是沿着晶体间隙，形成厚度基本相同和厚度不同的腐蚀连续面。

波音公司金相分析的结果与我们的实际超声波测量厚度中发现的缺陷是一致的。分析结果不但解决了龙骨梁剩余厚度测厚中出现的疑难问题，而且对指导（去除飞机结构腐蚀后的）剩余厚度测量和晶间腐蚀缺陷的判断有重大意义。

表 I 龙骨梁组织成分数据

图5 图1A 晶间腐蚀的金相图图6 图1A 晶间腐蚀的金相图

图7 图2B 段的晶间腐蚀金相图图8 图2B 段的晶间晶间腐蚀金相图

3 剩余厚度测量和晶间腐蚀判断方法

为使在超声测厚工作中对大家有所帮助，我们介绍龙骨梁去除腐蚀后的超声波测厚和晶间腐蚀的判断经验，与同行共享。

3.1 测试目的与测试设备

内容：波音飞机龙骨梁去除腐蚀后的厚度测量，测量剩余厚度超标和内部晶间腐蚀。

方法：超声波测厚方法。

测厚仪：36DL 或相当的仪器，具有厚度数值数字值显示和脉冲回波显示的超声波测厚仪。

探头：双晶片直探头，频率 5MHZ。

试块：RT6-7075T6-0.030/1.0，试块的厚度要覆盖龙骨梁的厚度，如图9 所示。

图 9.厚度试块（R56-7075T6-0.030/1.0），图中厚度单位为英寸

3.2 仪器校准

1. 开启仪器，连接探头线和探头；

2. 将探头压在0.250 英寸的厚度上，荧屏显示厚度值0.25 英寸。在水平扫描线出现单峰反射回波且测量光标指示第一个回波前缘处，调节增益旋钮和重新输入厚度数值实现如图10 所示。零位调整完成。注：水平线下方的测量光标(▲)指示在第一个反射回波位置。

3. 在试块厚度1.00 英寸上涂上耦合剂，把探头压在上面，显示屏显示厚度值为1.00 英寸。在水平扫描线出现单峰反射回波且测量光标指示第一个回波前缘处，调节增益旋钮和重新输入厚度数值实现，如图11所示。无损检测资源网声速调整完成。

注：水平线下方的测量光标(▲)指示在第一个反射回波前缘位置。

4. 把探头分别压在0.25 英寸；0.50 英寸；0.75 英寸和1.00 英寸位置上，显示屏读数分别应是0.25 英寸；0.50 英寸；0.75 英寸和1.00 英寸。在水平扫描线出现单峰反射回波且测量光标指示第一个回波前缘处，如图12a)、b)、c)、d)所示。

注：如果厚度显示值和反射回波不在上述范围内，则按上述第 2、3 步骤重新校准仪器，直到厚度显示值和反射回波满足第4 步骤的要求，校准完毕。

图10. 0.25 英寸厚度上的显示图 11. 1.00 英寸厚度上的显示

a）0.250 英寸厚度调整示意图b）0.500 英寸厚度调整示意图

c）0.750 英寸厚度调整示意图d）1.000 英寸厚度调整示意图

图 12 厚度调整示意图

3.3 原位测厚

1 腐蚀区域的腐蚀去除干净，且表面光滑；

2 腐蚀较深的位置与腐蚀浅的位置之间过渡要平滑；

3 在完好的龙骨梁表面涂上耦合剂，测量厚度；

4 在打磨较深的位置上（即最薄处）涂上耦合剂，把探头压在上面。在荧屏上显示厚度数值和反射回波满屏宽百分数值相应的位置。此厚度即是去除腐蚀后的剩余厚度；

3.4 结果判断

1 如果荧屏上的水平线下方的测量光标指示不是第一个反射回波前缘的位置上，而是指示在第二个反射回波的位置上，则是因为第一个反射回波比第二个反射回波的波幅小。测量光标始终是指示着最大回波幅度的那个波，此时的厚度读数可能是原厚的2 倍或其它的一些厚度值，此时要提高增益，使第一个回波达到满屏高的50%以上，测量光标指示在第一个脉冲回波的下方。厚度读数得到修正。此时的厚度值是正确的剩余厚度。在测量处标志厚度值，在工卡上填上剩余厚度。

2 如果荧屏厚度值变化异常，则是晶间腐蚀。围绕着此位置进行仔细的测量并标注。每次测量时探头移动间隙为探头直径的二分之一，然后把这些变化异常的位置圈出范围。此范围为晶间腐蚀范围，如图 3 和图4 所示。

结束语：

在后续的飞机修理过程中，以此作为工艺规范检出多架飞机龙骨梁有晶间腐蚀，有的经打磨后去除，有的则要截除后进行接驳修理，有的则要整条更换，在工作中起到了很好的指导作用。