從曾經(jīng)用手工敲擊錘檢測(cè)，到如今一鍵3D掃描成像的智能檢測(cè)，無損檢測(cè)技術(shù)始終在看不見的角落，與金屬疲勞、腐蝕、裂紋這些微觀世界的“敵人”作斗爭。

在萬米高空之上，一架民航客機(jī)正以900公里/小時(shí)的速度穿越云層。機(jī)艙內(nèi)旅客安然入夢(mèng)，而他們腳下的金屬結(jié)構(gòu)卻承受著劇烈溫差、氣流沖擊和金屬疲勞的考驗(yàn)，哪怕一道0.1毫米的裂紋，都可能演變成致命威脅。在人類征服天空的征程中，飛行器的壽命不取決于最堅(jiān)固的部件，而在于最脆弱的裂痕，因此如何提前察覺到航空器的“危險(xiǎn)信號(hào)”，始終是航空領(lǐng)域關(guān)乎生死的重大技術(shù)命題。

現(xiàn)代民航客機(jī)的機(jī)體需要承受2萬次起降的金屬疲勞考驗(yàn)，航天發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁更要耐受高溫的反復(fù)炙烤。在這些極端環(huán)境下，一道只有頭發(fā)絲1%細(xì)的裂紋，都可能引發(fā)蝴蝶效應(yīng)，讓整個(gè)航空器陷入危險(xiǎn)。誰能發(fā)現(xiàn)這些“隱形的殺手”呢？答案正是被稱為“工業(yè)體檢師”的無損檢測(cè)技術(shù)。

當(dāng)工業(yè)檢測(cè)遇見航天精度，無損檢測(cè)技術(shù)始終在“不拆解、不破壞”的原則下，巧用聲、光、電、磁等物理手段透視航空結(jié)構(gòu)內(nèi)部，為航空器診斷“隱藏的缺陷”。

從“聽診器”到“一鍵掃描”的百年跨越

無損檢測(cè)，顧名思義，是在不破壞或損傷被檢測(cè)對(duì)象的前提下，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷、性能等進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估的技術(shù)。這就好比為航空器配備了一位超級(jí) “體檢師”，在航空器的全生命周期里，從開發(fā)材料、制造裝配部件、整機(jī)服役和后續(xù)維修的各個(gè)階段，深入了解其內(nèi)部的健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。無損檢測(cè)已經(jīng)逐漸成為航空航天公司的必備技術(shù)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，用于機(jī)體的無損檢測(cè)占民用飛機(jī)無損檢測(cè)的70%～80%，剩余20%左右的檢測(cè)是用于發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇葉片、粘接件等其他相關(guān)部件。

目視檢查算得上是最原始、最簡單的無損檢測(cè)方法了，其可利用放大鏡和鏡子觀察結(jié)構(gòu)是否存在裂紋等缺陷，但這個(gè)方法有很大局限，不是所有地方都能看到，人眼也沒辦法檢測(cè)出所有損傷。據(jù)傳古羅馬人曾用面粉和油脂來尋找大理石中的裂紋，而幾個(gè)世紀(jì)后的鐵匠們?cè)阱N煉金屬成型時(shí)，根據(jù)其發(fā)出的聲波來分辨不同的金屬圓環(huán)，這大概是最早利用敲擊錘來測(cè)試的記錄?，F(xiàn)代無損檢測(cè)起源可追溯到一百多年前，隨著德國物理學(xué)家康拉德·倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)X射線，1929年前蘇聯(lián)科學(xué)家索科夫率先提出利用超聲波去探測(cè)物體內(nèi)部缺陷和結(jié)構(gòu)，人們開始采用X射線技術(shù)、磁粉檢測(cè)、渦流檢測(cè)和各種模式的超聲波，例如脈沖回波和透射等手段，探測(cè)損傷的存在。這個(gè)階段的方法雖然簡單粗糙，但開啟了人類對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)探索的大門。

隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，僅僅檢測(cè)缺陷是否存在已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)生活的需求，無損檢測(cè)在二戰(zhàn)以及戰(zhàn)后一段時(shí)期里被證明其對(duì)于大范圍的工業(yè)化生產(chǎn)是不可或缺的，其不僅用來檢測(cè)產(chǎn)品是否合格，也在降低次品率的同時(shí)凸顯經(jīng)濟(jì)效益。這一階段，除了傳統(tǒng)的無損探傷技術(shù)外，還發(fā)展了微波檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)、紅外探測(cè)、紅外熱像、激光檢測(cè)等技術(shù)，以及探測(cè)試件的一些其他信息，比如缺陷的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、位置等。對(duì)于發(fā)達(dá)國家，這一階段大致開始于20世紀(jì)70年代末或80年代初。

隨著對(duì)材料、構(gòu)件的質(zhì)量要求不斷提高，特別是在役設(shè)備的安全性和經(jīng)濟(jì)性的需求更加突出，這時(shí)候，無損檢測(cè)結(jié)合了各種光成像技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析和處理等技術(shù)，例如太赫茲成像技術(shù)、光學(xué)內(nèi)窺鏡、光纖光柵傳感器、超聲水浸自動(dòng)化檢驗(yàn)、相控陣超聲檢測(cè)等，人們不僅要掌握缺陷的有無、屬性、位置、大小等信息，還要進(jìn)一步評(píng)估分析缺陷對(duì)被測(cè)試件的綜合性指標(biāo)，比如壽命、穩(wěn)定性、強(qiáng)度等。近期的無損檢測(cè)技術(shù)，又融合了人工智能、機(jī)器人技術(shù)、信息融合技術(shù)等，像超聲掃描顯微鏡、激光超聲技術(shù)、3D計(jì)算機(jī)斷層掃描成像等，讓無損檢測(cè)技術(shù)變得更強(qiáng)大。

無損檢測(cè)技術(shù)：商業(yè)航空發(fā)展的核心力量

隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)合材料作為軍用飛機(jī)以及民用航空器重要的減重材料，在單機(jī)中的應(yīng)用占比大幅提升，例如新型飛機(jī)波音787和空中客車A350中，復(fù)合材料的使用占比達(dá)到了一半以上。因此，對(duì)航空器中所使用的復(fù)合材料進(jìn)行“探傷”，一直是業(yè)界關(guān)注和研究的重點(diǎn)。

超聲檢測(cè)：材料結(jié)構(gòu)的“B超醫(yī)生”

超聲無損檢測(cè)主要是根據(jù)材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織變化，檢測(cè)超聲波傳播的阻礙情況，以此來判斷材料的缺陷情況，如同為金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次全面細(xì)致的“B超檢查”，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的裂紋、分層等缺陷。因?qū)κ褂铆h(huán)境沒有硬性要求，超聲檢測(cè)法是航空航天領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的無損檢測(cè)近表面技術(shù)。幾乎所有成型的產(chǎn)品，包含鑄件、鍛件、焊縫等，以及合金和非金屬復(fù)合材料，例如纖維復(fù)合層壓材料等，均可以通過超聲無損檢測(cè)來檢測(cè)出物體內(nèi)部的缺陷。除了傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)技術(shù)，超聲相控陣技術(shù)、空氣耦合超聲技術(shù)、激光超聲技術(shù)等也日趨成熟。

不過，對(duì)于一些多孔的材料，或內(nèi)部存在大量孔隙的材料，會(huì)因超聲波損耗無法實(shí)現(xiàn)對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的表面，則需要定制相應(yīng)的超聲探頭，才能準(zhǔn)確地對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)。

X射線檢測(cè)：透視材料的“X光眼”

X射線檢測(cè)就像為金屬材料配備了一雙“X光眼”，通過調(diào)整X射線的能量，能夠根據(jù)穿透金屬、非金屬和復(fù)合材料時(shí)的吸收和衰減特性，直觀清晰地展現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，技術(shù)相當(dāng)成熟。在航空領(lǐng)域，射線檢測(cè)常用于檢測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、起落架等關(guān)鍵部件。通過對(duì)射線穿透材料后的強(qiáng)度分布進(jìn)行精確測(cè)量和分析，對(duì)裂紋、發(fā)泡膠空洞、玻纖金屬夾雜缺陷等都有非常好的效果。近年來，計(jì)算機(jī)射線成像技術(shù)（CR）、數(shù)字化射線成像技術(shù)（DR）、計(jì)算機(jī)層析成像檢測(cè)（CT）等發(fā)展迅速，使復(fù)合材料X射線檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示與數(shù)字化存儲(chǔ)，大幅提升了復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)精密測(cè)量和表征能力。

然而，X射線檢測(cè)對(duì)裂紋類的缺陷檢測(cè)受到透射角度的影響，且對(duì)薄膜或檢測(cè)厚度非常小的層狀復(fù)合材料時(shí)，難以區(qū)分分層和脫粘類缺陷。

渦流檢測(cè)：電磁場(chǎng)中的“指紋偵探”

渦流檢測(cè)是利用電磁感應(yīng)原理且根據(jù)探測(cè)線圈阻抗變化進(jìn)行工作，可對(duì)鐵磁、少數(shù)石墨或碳纖維復(fù)合材料等非鐵磁、奧氏體等材料的不連續(xù)性進(jìn)行探測(cè)，從而達(dá)到探傷的目的。渦流檢測(cè)無需使用耦合劑，能夠在高溫環(huán)境下工作，甚至能夠探測(cè)到工件狹窄處或深孔壁等難以觸及的地方。

由于渦流滲透效應(yīng)影響，渦流檢測(cè)僅能檢測(cè)出材料表面及近表面的缺陷，無法深入探測(cè)材料深層的內(nèi)部缺陷。

多種光電磁手段對(duì)飛機(jī)進(jìn)行無損檢測(cè)。圖/AI合成

紅外檢測(cè)：捕捉大面積材料的異常警報(bào)

紅外探測(cè)和紅外熱成像技術(shù)基于物體表面溫度分布與內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷的相關(guān)性，非常適合大型部件的快速檢測(cè)，像飛機(jī)蒙皮這些部位，如果存在內(nèi)部缺陷，表面溫度分布就會(huì)異常，紅外熱像儀能夠快速地將這種溫度差異以熱圖像的形式直觀呈現(xiàn)出來。通過對(duì)熱圖像的分析，檢測(cè)人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)蒙皮內(nèi)部的脫粘、分層等缺陷，如同為航空器蒙皮安裝了一個(gè)敏銳的 “溫度報(bào)警器”，提前預(yù)警可能存在的安全隱患。

不過，對(duì)于具有一定厚度、熱傳導(dǎo)較困難的材料，熱量很難滲透到材料的內(nèi)部。其次，受被檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面的涂料、漆層等殘留或零件表面顏色不均勻等的影響，紅外檢測(cè)經(jīng)常會(huì)造成缺陷偽像，從而影響缺陷的判別。

激光檢測(cè)：光之探針的納米級(jí)觸感

激光全息檢測(cè)技術(shù)是利用光的干涉和衍射原理，將物體發(fā)射的特定光波以干涉條紋的形式記錄并再現(xiàn)，進(jìn)行三維成像，它能記錄物體的完整信息，包括相位和振幅等，主要用于對(duì)航空器設(shè)備變量參數(shù)的檢測(cè)。而激光散斑干涉技術(shù)，則是通過激光束照亮固體漫射表面，把表面漫散射后在空間形成的激光散斑，作為被測(cè)物變化信息的載體，適合蜂窩夾層結(jié)構(gòu)、橡膠輪胎、復(fù)合材料粘結(jié)質(zhì)量等的檢測(cè)。

其他檢測(cè)：多維空間的復(fù)合感官

太赫茲波段介于微波和紅外之間，該波段的光子能量較低，憑借THz射線對(duì)非極性材料的穿透性和對(duì)金屬材料的強(qiáng)反射特性，太赫茲技術(shù)堪稱工業(yè)檢測(cè)的“透視眼”。而且，太赫茲檢測(cè)成像具備更高的分辨率，能夠?qū)Π雽?dǎo)體、電介質(zhì)薄膜及體材料的物理信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)量，還具備三維成像檢測(cè)能力，對(duì)玻纖缺陷、隔熱材料、涂層等的檢測(cè)都有非常理想的檢測(cè)效果。

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)如同監(jiān)聽金屬材料的“心跳”，無需外部激勵(lì)，便能檢測(cè)材料在承載過程中，因發(fā)生塑性變形、裂紋形成與擴(kuò)展、脫粘等變化而產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)。該技術(shù)對(duì)大型構(gòu)件，尤其是對(duì)那些具有復(fù)雜外形、混合材質(zhì)，且界面豐富的大型復(fù)合材料構(gòu)件而言，能夠即時(shí)標(biāo)定出構(gòu)件內(nèi)部缺陷的位置和種類。

技術(shù)爭鋒，市場(chǎng)逐鹿

根據(jù)MarketsandMarkets統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，無損檢測(cè)2024年全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到116億美元，預(yù)計(jì)2025年約為275億美元。北美和歐洲是當(dāng)前最成熟的航空無損檢測(cè)市場(chǎng)，這些地區(qū)有很多獨(dú)立第三方企業(yè)，能夠提供全方位無損檢測(cè)服務(wù)。在國內(nèi)，中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司占據(jù)了國內(nèi)市場(chǎng)25%的份額，而上海航天技術(shù)研究院和北京航空材料研究院，也憑借技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，擁有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力和市場(chǎng)競(jìng)爭力。

在專利申請(qǐng)方面，有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，全球航空無損檢測(cè)技術(shù)在經(jīng)過1970-1990年的快速發(fā)展階段后，其專利申請(qǐng)量在1991年開始下降。從1995年起，申請(qǐng)量又逐年上升，原因在于中國的相關(guān)專利申請(qǐng)開始逐步增長。截至2025年4月，全球航空無損檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)專利申請(qǐng)量為15.4萬多件，其中美國通用電氣公司和波音公司的申請(qǐng)量占全球25%，優(yōu)勢(shì)明顯。在亞洲地區(qū)，日本的東芝株式會(huì)社、日立株式會(huì)社等公司也排名前列。而我國發(fā)明專利申請(qǐng)量在前的申請(qǐng)人多為科研院所和高校，偏重于技術(shù)研究，與國外存在明顯差異。

國外航空巨頭在高端檢測(cè)設(shè)備制造方面，掌握著先進(jìn)的核心技術(shù)，如高精度的射線源制造技術(shù)、高分辨率的超聲換能器技術(shù)等。在檢測(cè)工藝和標(biāo)準(zhǔn)制定上，一些國際組織，包括美國無損檢測(cè)學(xué)會(huì)（ASNT）、歐洲無損檢測(cè)協(xié)會(huì)（EFNDT）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和美國測(cè)試和材料學(xué)會(huì)（ASTM International），也占據(jù)主導(dǎo)地位，其制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范被廣泛應(yīng)用于全球航空領(lǐng)域，新進(jìn)入者需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力去適應(yīng)和遵循這些標(biāo)準(zhǔn)。此外，他們還通過專利布局，保護(hù)其技術(shù)創(chuàng)新成果，進(jìn)一步鞏固自身的技術(shù)領(lǐng)先地位。

盡管我國的航空航天和國防領(lǐng)域的檢測(cè)技術(shù)取得了一定進(jìn)步，但相較于國際先進(jìn)水平，在部分高端精密檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備上仍存在差距，如電子元器件的深度篩選、復(fù)雜環(huán)境條件下的可靠性測(cè)試以及新型材料的無損檢測(cè)等方面，國產(chǎn)化和自主研發(fā)能力有待進(jìn)一步提升。

中國在核心原材料和高端傳感器（例如高端超聲換能器）主要依賴進(jìn)口的情況下，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)核心卡脖子技術(shù)。面對(duì)國外的技術(shù)壁壘，中國企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)積極開展技術(shù)攻關(guān)，增大研發(fā)投入，努力突破卡脖子困局。其中，中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院利用激光超聲表面波幅度的變化檢測(cè)增材制造過程產(chǎn)生的冶金缺陷，檢測(cè)裝置與增材制造設(shè)備的高能束發(fā)生裝置相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在增材制造過程中同步對(duì)零件缺陷進(jìn)行檢測(cè)，避免了零件制造完成后因形狀復(fù)雜帶來的檢測(cè)盲區(qū)。廣州多浦樂電子科技股份有限公司以相控陣技術(shù)為基礎(chǔ)，攻克高通道并行發(fā)射/接收采集處理、2.5ns高準(zhǔn)確度聲束延時(shí)控制、低功耗超聲相控陣收發(fā)技術(shù)、相控陣實(shí)時(shí)3D成像技術(shù)等關(guān)鍵核心技術(shù)，在航空航天領(lǐng)域定制化線性摩擦焊葉片檢測(cè)用的線性相控陣探頭，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片線性摩擦焊檢測(cè)難題。

借 AI 之力，航空安全實(shí)現(xiàn)新跨越

在人工智能浪潮席卷全球的今天，航空無損檢測(cè)領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)顛覆性的安全革命。多模態(tài)檢測(cè)儀及集成式檢測(cè)探頭的出現(xiàn)，成為推動(dòng)航空無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)步的強(qiáng)勁引擎。多技術(shù)融合打破了傳統(tǒng)檢測(cè)的局限性，讓不同檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，彌補(bǔ)單一技術(shù)的短板。依據(jù)材料特性與檢測(cè)環(huán)境的差異，檢測(cè)方案得以精準(zhǔn)適配。比如，面對(duì)大型復(fù)合材料的快速檢測(cè)需求，紅外熱波法實(shí)現(xiàn)非接觸的高效檢測(cè)能力；在高溫環(huán)境下，電磁超聲技術(shù)憑借高靈敏度與無需耦合劑的特性，成為檢測(cè)的理想選擇。

數(shù)字孿生技術(shù)與基于大數(shù)據(jù)的壽命監(jiān)測(cè)體系，為航空檢測(cè)構(gòu)建起智能化的“數(shù)字分身”。通過建立精確的材料模型和缺陷模型，實(shí)現(xiàn)超分辨率的二維/三維圖像重建，憑借計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，各種無損檢測(cè)方法在不同情況下的檢測(cè)過程得以模擬，并能預(yù)測(cè)檢測(cè)結(jié)果，為實(shí)際檢測(cè)提供精準(zhǔn)指導(dǎo)。在信號(hào)處理環(huán)節(jié)，目標(biāo)檢測(cè)算法深度融入航空器部件的缺陷檢測(cè)流程。人工智能中的深度學(xué)習(xí)算法，通過多尺度特征提取，對(duì)大量的檢測(cè)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立起高效的缺陷識(shí)別模型，結(jié)合解析重建算法生成二維/三維圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的快速、準(zhǔn)確分類和定量分析，還能預(yù)測(cè)構(gòu)件的壽命。

自動(dòng)化高速檢測(cè)系統(tǒng)的誕生，徹底革新了航空檢測(cè)的作業(yè)模式。相位延時(shí)控制成像檢測(cè)與自適應(yīng)全聚焦成像，通過仿生軟體等機(jī)器人輔助對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)原位檢測(cè)，該系統(tǒng)針對(duì)大型機(jī)身蒙皮、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)自動(dòng)化優(yōu)化聲束路徑，實(shí)現(xiàn)高速檢測(cè)。

無損檢測(cè)，效果直觀。

萬物互聯(lián)技術(shù)與實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)體系的整合，為航空器安全運(yùn)行裝上了“智能心臟”。例如將扁平柔性薄膜狀的渦流檢測(cè)線圈、光纖光柵傳感器等微型傳感器植入或貼附在航空器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)部件等的襯層中，通過萬物互聯(lián)，傳感器實(shí)時(shí)采集部件的應(yīng)力、溫度、振動(dòng)等物理參數(shù)，一旦某處應(yīng)變超過閾值，維修指令將第一時(shí)間推送至工程師或者監(jiān)測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)維修到主動(dòng)預(yù)防的跨越。

從曾經(jīng)用手工敲擊錘檢測(cè)，到如今一鍵3D掃描成像的智能檢測(cè)，無損檢測(cè)技術(shù)始終在看不見的角落，與金屬疲勞、腐蝕、裂紋這些微觀世界的“敵人”作斗爭。當(dāng)國產(chǎn)大飛機(jī)C919翱翔天際，那些隱藏在檢測(cè)儀器背后的超聲波、光波、電磁場(chǎng)和計(jì)算機(jī)軟件等技術(shù)，就像編織了一張安全網(wǎng)，以穩(wěn)定的技術(shù)支撐讓航空器平穩(wěn)飛行，為高空安全筑起堅(jiān)不可摧的防線。

（作者單位：國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作湖北中心）

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2025年6月號(hào)）

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編校：范曉華，審讀：郭麗

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