基于氦质谱检漏仪的飞机机翼整体油箱检漏技术.pdf

学术论文 基于氦质谱检漏仪的飞机机翼整体油箱检漏技术 L e a k a g eT e s t i n gT e c h n O I O g yb yM e a n s o fH e l i u mM a s s S p e c t r u mf o rI n t e g r a lo i IT a n k o f A i r c r a f tW i n g 中航_ 业西安飞机丁业( 集团) 有限责任公司蒋永宏 【摘要】介绍了氯质谱检漏的原理，基于氯质谱检 漏技术，提出面向机翼整体油箱的栓漏方案包括粗漏 检测方法和细漏检测方法，在此基础上，开展氦气- 航 空煤油泄漏对比试验确定了能够应用于生产的初步标 准。 关键词：氪质谱检漏整体油箱检漏方案 I A B S T R A C T l T h eb a s i cp “n c i p l eo ft h el e a k a g e t e s t i n gt e c h n o l o g yb ym e a n so f h e I i u mm a s ss p e c t n I mi s i n t r o d u c e dT h e1 e a k a g et e s t i n gs c h e m ef o rt h ei n t e g m lo i l t a n ko fw i n gi sp r o p o s e db a s e do nh e l i u mm a s ss p e c t m l e a l ( a g ct e c h n o l o g yT h es c h e m ec o n s i s t so f M op a r t s ，o n e j sF o s sl e a l c a g et e s t i n gm e t h o d ，a f I dt h eo t h e ri s 丘n el e a l ( - a g et e s t i n gm e t h o d T h e n ，t h eI l ( a g er e I a t i o n s h i pb e t w e e n h e l i u ma n da e r ok e f o s e n ei sc o m p a r e d T h ep r e l j m i n a r y s t a n d a r dw h i c hc a nb eu s e d mp r o d u c t i o ni se s t a b l i s h e d K e y w O r d s ：L e a h g et e s n n gb yh e u mm a s ss p e c _ t r u m h t e g n I o nt a n k L 聃k a g et 鹤H n gs c h e m e 机翼整体油箱的密封是机翼翼盒制造技术中的关 键其密封性能直接影响飞机的服役与安全。 某型机机翼整体油箱容积大、密封性要求高，传统 的检漏方法采用气密试验和油密试验，这些方法存在精 度低、成本高、定量困难、效率不高等缺点，而且进行油 密试验需要向整体油箱中注人大量的航空煤油，在没有 配备专用油密防爆厂房和专用油密试验台的条件下，存 在巨大的安全隐患。因此，急需一种检测精度和效率高、 安全可靠的先进泄漏检测技术来克服上述困难，以提高 整体油箱的制造水平和生产效率。 氦质谱检测技术以其灵敏度高、速度快、使用安全、 适用范围广以及可以量化漏点的漏率等特点在航空、 航天、汽车和电力行业得到了广泛的应用，与其他诸多 传统检漏方法相比，氦质谱检漏具有不可比拟的技术优 越性。 在某型号飞机研制中采用氦质谱检漏技术可以 实现飞机机翼整体油箱渗漏点的快速定位检测与修补， 保证机翼翼盒的高质量、高效率装配。 1 氯质谮检漏的原理 网I 是氦质谱检漏的示意图，灯丝电离出来的电子 经加速进入电离室，在电离室内与残余气体分子和经被检 件漏孔进入电离室的氦气相互碰撞，使氦分子发生电离。 这些离子在加速电场的作用下进入磁场洛伦兹力使得 氦离子发生偏转，形成圆弧形轨道，半径公式为”o ：f 尺= 警堋4 愿i ， 式( I ) 中，R 为离子偏转轨道半径，口为磁场强度， 押z 为离子的质量与电荷之比，u 为离子的加速电压。由此 可见，当R 、日为固定值时，改变加速电压，可使氦离子 到达固定的接收极而其余离子则被屏蔽掉，这样检漏 仪不仅能够通过是否接收到氦离子而判断出可疑漏点 是否泄漏，而且还能根据氦离子的浓度确定出该漏点处 的漏气率大小。 发生器 外壳 离心孔 放大器 中间孔 图1 氯质谱检漏示意图 F i g1P n n c I p I eo fh e “u mm a s ss p e c 【mI k a g el e s t i n g 器 2 整体油箱检漏方案 整体油箱采用整体设计、整体装配即将整体壁板、 2 0 1 2 年第1 6 期航宅制造技术7 7 万方数据 学术论文 梁以及肋采用高锁螺栓进行连接，内部肋开有通孔，机 翼前后梁不开孔，高锁螺栓的夹层处涂密封胶使之密 封，形成一个密封的翼盒。在实际生产中，由于各种不 确定的因素，使得一些螺栓和夹层处的密封性达不到要 求，因而存在漏油的现象。为了解决这一问题，有必要 对油箱进行密封性检测，找出准确的漏点并加以修补。 采用试验件对机翼整体油箱漏率进行摸索整体油 箱试验件检漏总体上分为两个部分：一是粗漏漏点检测 与工艺修补；二是氦质谱细漏检测，其总体方案如图2 所示。 图2 整体油箱检祸总体方案 F j g2L e a l ( a g et e s t i n g8 c h e m e f o ri n t e g m lo t a n k 2 1 粗漏检测方法 粗漏检测过程涉及的主要设备有压缩空气气源、自 动配气平台、控制阀等，其检测示意图如图3 所示。试 验时，首先接通压缩空气气源，启动整体油箱快速检漏 设备，设定充气气压。充气过程结束后稳压1 5 m i n ，观 测检漏设备上的压降曲线，确定是否存在粗漏。若压降 明显，说明有粗漏漏点存在。经肥皂泡方法确定粗漏漏 点位置后，利用涂密封胶的方法对粗漏漏点进行工艺修 补，重复检测修补后，至油箱试验件在规定时间内的压 降符合技术要求后，可以进行氦质谱细漏检测。 整件油稍 图3 油箱粗精检测示意图 F 暗3D i a g 怕m o fI a r g el e a k a g e t e s “n g 7 8 航空制造技术2 0 1 2 年第1 6 期 2 2 细漏检测方法 油箱试验件的细漏漏点采用正压法检测。试验时， 向油箱试验件内部充人氦气和压缩空气的混合气体，使 油箱内部压力大于外界大气压，如果有漏点存在，氦气 就通过漏点泄漏出来，用吸枪进行探测，就能确定是否 存在泄漏。 检测过程要保证在吸枪上加罩盒罩盒结构如图4 所示。一是为了防止环境中氦浓度过高影响检测；二 是为了防止一大片的漏点同时泄漏，不能检测到漏点的 确切位置及单个漏点的漏率。检测时，吸枪要沿着可疑 诵点缓慢移动，以便能够检测出漏源的准确反应值；再 应用氦质谱吸枪法对标准漏f L ( 充人的混合气体压力和 氦浓度与油箱试验件相同) 进行检测，得到已知漏率标 准漏孔的反应值，由此可计算出漏源点的漏率数值；记 录超过临界值漏率、可能漏油的漏源点然后通过油密 试骑加以验证。 图4 罩盒结构与工作原理 F i g4 S t r u c t u r ea n dp n n c l p bO fc a v e rb o x 细漏检测过程涉及的主要设备有压缩空气气源、氦 气气源、自动配气平台、氦质谱检测仪、吸枪、罩盒、控制 阀等其检测示意图如图5 所示。本试验采用正压法对 油箱试验件进行氦质谱细漏检测。 图5 细漏检测示意图 F i g5D i a g r a mO ff i n 0I e a k a g et e s t i n g 试验时，接通压缩空气气源和氦气气源，通过整体 油箱快速检漏设备，设定配气比例和充气压力( 如图6 所示) ，分别向油箱试验件内部充一定气压的混合气体， i 燮 商鬟 q 惘均耳 控 L 1 拧铿蒸 万方数据 瞄脚。学术论文 使油箱内部压力大于外界大气压，如果有漏点存在氦 气就会通过漏点泄漏出来，再利用氦质谱检测仪( 如图 7 、图8 所示) 配合吸枪和罩盒沿连接件表面进行检测， 就能确定是否存在泄漏和具体的漏率大小。 L 菜单 啦不晖 图6 配气比例设定用户界面 R g 6U s e rI n t e a c eo fg a sd I s b u f i o nr a d l O 图7 氦质谱检漏仪、吸枪、罩盒 F l g - 7 H e l i u mm a s ss p e c l r u ml e a k a g ed e l e c l O r s u c t i o ng u na n dc O v e rb o x a ) 卡浆单线罔模， ( c ) B a r 模式( d ) 连接图 图8 氮质谱检漏仪操作界面 F i g8U s e r n t e a 0 fh e u mm a s ss p e c t n J mI e a k a g ed e l e c l o r 3 漏率标定试验 应用氦质谱检漏技术检测出的漏点的漏率都是该 漏点处氦气的漏率，并不是航空煤油的漏率，油箱检测 的目的是确定漏点处是否漏油，对于漏油的漏点进行修 补而对于那些只漏氦气而不漏油的漏点则不必进行修 补。一个漏点处的氦气的漏率值超过一定上限值时，漏 点处就会漏油。因此亟需开展氦气一航空煤油泄漏对 比试验，以期找出一个能够判断整体油箱是否漏油的初 步标准。 3 1 试验件及泄漏判断 试验件为一带口盖的长方形容器，在容器底面安装 有高锁螺栓，其材料与整体油箱所用材料相同或相近， 口盖通过托板螺母实现与容器的连接。由于托板螺母 可拆卸，检漏时可根据测定的漏气率值略微调整螺母的 松紧程度，达到所期望的漏气率值后即可将试验件取 下，实现整体油箱试验件的缺陷设计。 由于对漏点处航空煤油的漏油率值进行定量测试 是一项十分复杂的工艺，因而我们仅仅作了定性判断， 即借用传统的油静眭试验方法来判断试验件是否漏油。 油密检测过程涉及的物品和主要设备有压缩空气气源、 1 5 # 航空煤油、油密试验平台、精密气压表、白垩粉等， 其检测示意图如图9 所示。 f _ | ，南气H 表 国9 试验件油密试验原理国 F i g 9D I a g 陀m 0 fo i g h tI e s t f O rt e s ts a m p I e s 试验过程中，向试验件内部充注入一定量的航空煤 油( 占容积的8 0 ) 连接气源、气压调整试验台、精密 气压表，检查气源与气压调整试验台进气口、气压调整 试验台与精密气压表、气压调整试验台出气口与试验件 接口等各部分连接接头有无漏气情况如有漏气，及时 修补并重新检测，直至密封性完好。试验连接件上刷涂 白垩粉以便观测煤油泄漏情况。接通气源，打开试验 台气压调整控制开关，向试验件内部充气，在充气过程 中实时观测精密气压表的读数，待气压表读数达到预定 气压值时，关闭试验台气压控制开关，保压1 8 h 后，观察 连接件处的煤油渗漏情况，并记录在保压时间内试验件 内部压力下降数值，同时观察预定压力状态下白垩粉是 否变色，一旦变色，就说明有漏油现象存在，即可终止试 验。( 下转第8 3 页) 2 0 1 2 年第1 6 期航空制造技术7 9 万方数据 。队。学术论文 为吻合，均呈现电子束焊接典型的“钉子形”焊缝。 由于数值模拟中受到热源模型计算参数、高温区 物理性能参数难以精确的制约，模拟结果与实际试验 结果存在误差。从表1 不同深度熔池尺寸计算值与试 验值对比可知，上表面误差为6 7 7 ，熔池底部误差为 7 ，6 5 ，整体误差在允许范围之内。从而验证了传热方 式为深熔焊的电子束焊