航空制造无损检测市场未来趋势分析

国际金属加工网 2016年10月11日

随着航空乘客的增多和新一代飞机机队规模的壮大,无损检测在民航运输安全领域中扮演着越来越重要的角色。

无损检测最初的应用要追溯到1914年民用航空刚兴起的那段时间,因此无损检测堪称是幕后英雄。

在制造业中,使用无损检测方法评估结构或部件的完整性和损伤状况。在飞机投入使用后,无损检测仪更是检测飞机健康状况的重要工具,如金属疲劳和材料应力问题。

无损检测可检测飞机的所有部分出现的任何损伤,包括确定材料厚度、裂纹、腐蚀、复合材料的脱层和焊接缺陷等,同时也可检测整架飞机。

统计数据显示,用于机体的无损检测占民用飞机无损检测的70%~80%,剩余20%左右的检测是用于发动机和其他相关部件。

无损检测方法在检测部件时不会破坏材料,可为航空公司节约维修成本、缩短停场时间,有利于航空公司的飞机尽快投入运营。

鉴于无损检测具有降低成本和确保安全性的重要作用,当前维修企业都在不断探索更快、更有效的无损检测方法。

无损检测的常见方法

虽然无损检测在维修服务中扮演着重要的角色,但其适用的流程相对较少。据美国无损检测学会称,最常用的6种检测方法是磁粉检测、液体渗透检测、射线检测、超声检测、涡流探伤和目视检查。这些方法均适用于航空领域。

2014年无损检测的市值为14亿美元,其中在民用航空领域,目视检查是最常用的无损检测方法。因为技术人员不需要太多的专用设备、相关培训和认证就能执行。

此外,技术人员在检查难以接近的区域时也会使用内窥镜,无需拆解被检结构即可探测到内部结构。其他目视检查的工具还包括具有内置图像捕捉功能和录制功能的视频内窥镜,以及使用光纤电缆传输图像的纤维内窥镜。

除了目视检查,无损检测最常用的方法还有起源于医疗行业的射线检测和涡流探伤检测。射线检测是通过使用X射线和γ射线检测缺陷,其使用已超过100多年。

而涡流探伤检测是一种可以检测机体、结构部件、螺栓孔等表面裂纹和腐蚀以及导电材料缺陷的检测技术。在波音747的无损检测手册中,涡流探伤占了一半的篇幅,由此可以看出,涡流探伤检测在维修中非常重要。

市场现状

北美和欧洲是当前最成熟的无损检测市场,这些地区有很多能够提供全方位无损检测服务的维修企业和独立第三方企业。

如美国的达美运营、德国的汉莎技术、西班牙航空维修公司以及法国的法荷航工程维修公司等。

其中,法荷航工程维修公司在提供无损检测时使用技术组合的方式,在检测材料时使用磁粉探伤和涡流检测;在检测裂纹、水泡和核心损伤时使用X射线。

法荷航工程维修公司表示,过去20年里尽管在航空制造领域无损检测的新工艺发展很快,但航空维修领域使用的无损检测方法却基本保持不变。

尽管有人认为无损检测业属于保守行业,接受新工艺的变化很慢,但这并不代表无损检测相关的技术创新设备应用也很慢。

例如,法荷航工程维修公司率先开创了磁粉探伤测试平台,旨在通过一些新技术辅助传统的测试方法。再如,西班牙航空维修公司提供的全方位无损检测服务中也包含了一些新技术,如WiFi连接和数据计算等,使其无损检测工艺达到更高的可靠性和工作效率。

可用于复合材料

飞机材料的改变也会影响其对无损检测的要求。铝曾经是全球最常用的制造材料,但现在其用量远低于十年前。

相比之下,更多的碳纤维复合材料被用于飞机制造中,给无损检测带来了新的要求和挑战。因为复合材料结构更为复杂,由多层和多种元素组成,制成的零件发生厚度变化和弯曲的现象非常常见,而且这类部件极易出现故障。

为此,最常用于检查复合结构的超声波探伤技术应运而生。超声波检测作为近年来无损检测市场最大的增长点,为整体行业收入贡献了31.1%,而且现已成为了创新的温床。

近年来,各种超声检测设备和设备制造商争相涌入市场。利用多种超声波检测新方法开发了多项无损检测应用方案,如检查和维修碳纤维单片和玻璃纤维增强聚合物等主要结构(方向舵和升降舵结构)。相信未来超声相控阵检测技术在下一代飞机中也会有广泛的应用。

成立于2009年的挪威超声波相机供应商DolphiTech,开发了专门用于检测复合材料的DolphiCam产品。该产品是一款移动式的、符合人体工学的超声波无损检测相机。

波音已将该设备应用于上世纪80年代生产的碳纤维复合材料机体的检测中,同时空客也正在考虑将其应用于A350上。该相机可通过二维和三维高分辨率图像检测厚度达16mm的碳纤维增强型复合材料。

此外,DolphiTech还开发了干耦合传感器解决方案,该方案能够解决以往无损检测方法所不能解决的一些问题。传统的超声波需要通过某种类型的耦合剂连接材料和仪器。

而干耦合传感器不需要使用任何耦合剂就能够检查碳纤维结构。这非常有利于钻孔的检查。

而且DolphiTech公司还为DolphiCam设备开发了嵌入式软件程序,并为其建立了专业的检测流程。这就意味着维修人员可直接按照设置好的检测程序进行检测维护,极大地简化了对技术人员的培训。

DolphiTech公司在为飞机制造业推出一系列无损检测设备之后,现已开始设计更具吸引力的适用于维修业的无损检测方案,以满足维修业更快、更高效的检测要求。

更具连通性

无损检测技术最新的发展趋势是与移动通信技术相结合。与很多行业一样,无损检测技术从上世纪90年代发展起来的各种先进通信技术中获益良多,如WiFi、宽带和蓝牙等,这些技术均已被应用于奥林巴斯和英国声纳等供应商的多种设备和仪器中。

美国GE检测控制技术公司已经相继推出了一系列结合了这些先进通信技术的表面检测新设备。

例如,2014年推出的MentorVisualiQVideoProbe,该视频内窥镜具有WiFi和蓝牙功能,还具有三维相位测量功能,可准确确定凹陷裂纹或腐蚀斑的深度和尺寸。

GE检测控制技术公司认为,该设备具有很好的连通性,可实现检测人员与其他维修人员的远程通信,分享采集图像等,有助于加快维护进程。

尤其对于在多个地点实施维护的人员来说,这种实时检测会越来越常见。通过手机和无线网络连接,远程协作,使无损检测成本更低、速度更快,甚至技术人员无需亲赴现场就能观察到飞机的状况。

GE检测控制技术公司预计未来连通性会进一步影响新设备的开发,如出现具有连通性的触屏无损检测设备等。

机遇与挑战

尽管新的测试设备和软件已具备了很好的移动性,但仍有一些局限性。例如,已经使用了50多年的涡流检测仍是一个特别复杂的过程,需要专业的技术人员,而且仅限于导电材料使用,渗透深度也很有限。

与此同时,液体渗透剂也只能在开放的表面上检测缺陷,在粗糙的表面上检测有可能会出错。因此未来还需要设备制造商和用户携手合作共同解决这些问题。

就当前而言,无损检测运营商面临的最大挑战是缺乏新一代无损检测专业技术人员,现有人员正在出现老龄化。

据PQNDT招聘公司2012年调查数据显示,目前无损检测技术人员的平均年龄是45岁。但无损检测运营商认为,未来随着各种具有连通性的无损检测设备陆续投入运营,精通电脑、熟悉移动技术的年轻人会对这项工作越来越感兴趣,愿意成为下一代无损检测专业人员。

虽然对技能方面的担忧依然存在,但相关行业仍认为无损检测的前景将十分广阔。因为随着全球民航机队的快速发展,无损检测在飞机维护中的作用越来越重要。

据MarketsandMarkets2014-2020年无损检测市场趋势预测的研究报告显示,到2020年无损检测市场将增长3.5%,其市值将达到70亿美元。

继美国和欧洲稳固的市场之后,拉丁美洲和亚太地区将成为无损检测的新兴市场,而且巴西、印度和中国等国家也有较大的市场潜力。


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