Рекомендации по применению основных методов неразрушающего контроля

В гражданской авиации СССР действуют руководства по применению отдельных видов МНК, в которых детально излагается технология проведения контроля основных узлов и деталей авиационной техники.

Применительно к ГТД авиационной наземной техники наиболее эффективны оптический, акустический, вихретоковый МНК. ГТД, установленные на СМ, контролируются в соответствии с регламентами ТО данного типа двигателя и соответствующими перечнями мест конструкции, подлежащих периодическому контролю. Это основной способ безразборной диагностики, предотвращающий разрушение наиболее нагруженных узлов двигателя (компрессор, камера сгорания, турбина) и обеспечивающий безопасную работу газотурбинных силовых установок и рабочих органов СМ. Для контроля систем подвески ГТД, силовых узлов, изготовленных из высокопрочных сталей, широко используют магнитный неразрушающий контроль.

Оптический контроль. Он основан на взаимодействии электромагнитного излучения в диапазоне длин волн 10 -5... 103 мкм с объектом контроля. Это взаимодействие связано с поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией и другими оптическими эффектами. Он используется в основном для контроля геометрии микро- и макрообъектов, обнаружения поверхностных дефектов, получения дополнительной информации о структуре материалов и изделий, в том числе при контроле материалов, не прозрачных в видимой части спектра. В этом случае используют источники ультрафиолетового, инфракрасного излучения, лазеры различных типов. При контроле деталей авиатехники, помимо оптических приборов и инструментов общего назначения (лупы, оптические проекторы и компараторы), широко используют специальные оптические приборы. К последним относятся технические эндоскопы (рис. 139). Это—точные оптические приборы со встроенными источниками света, используемые для прямого наблюдения.

Эндоскопы позволяют при относительно большом увеличении (до 15-кратного) наблюдать исследуемый объект вдоль оси прибора (видение вперед), под прямым углом к оси, а также наклонно по отношению к объективу.

Например, приборы типа РВП могут быть использованы для осмотра внутренних полостей узлов и трубопроводов диаметром 1,5...1,7 см с увеличением (0,9...15,5) и разрешающей способностью 5...70 мм-1.

Приборы типа ПДК (перископические дефектоскопы) представляют собой специализированные устройства для дистанционного контроля камер сгорания (с подходом через отверстия форсунок), узлов крепления силовых установок и других деталей и узлов. Для безразборного диагностирования отдельных деталей и узлов авиадвигателей используют эндоскопы Н-280, Н-320 и др. В практике НК технические эндоскопы используются также для проверки рабочей поверхности гильз цилиндров, головок поршней, клапанов поршневых ДВС, камер сгорания, лопаток турбин, соединительных муфт, внутренних поверхностей баков и т д.

Наиболее совершенные технические эндоскопы снабжены световодом, выполненным в виде жгута из прозрачных диэлектрических стержней и волокон. Число элементарных волокон может превышать 106 на 1 см2. Разрешающая способность серийных световодов составляет в среднем 15...20 мм-1 (отдельные образцы до 50-1) Если на один конец световода спроецировать какое-либо изображение, то оно будет передано на другой.

Чем меньше диаметр отдельных волокон, тем выше разрешающая способность световода. Гибкие жгуты могут использоваться для передачи изображения по криволинейному пути, что значительно расширяет возможности эндоскопа, учитывая малый диаметр световода (до 2,5 мм) Длина световода может достигать нескольких метров.

Исследуемый участок объекта освещается несколькими способами, с помощью проектора, передающего «холодный» свет через световодный жгут, миниатюрных ламп накаливания, ламп-вспышек, позволяющих производить цветное фотографирование исследуемого участка и т. д.

Развитие голографии позволяет надеяться, что в ближайшее время появятся эндоскопы с объемным голографическим изображением контролируемого объекта.

Акустический неразрушающий контроль. Он основан на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых и (или) возникающих в контролируемом объекте. Этот вид контроля применяют для обнаружения несплошности (трещины, поры, раковины, расслоения и т. п ), структурного анализа (определение размеров зерен, наличия примесей и неоднородностей и т д.), измерения толщин при одностороннем доступе к деталям, определения уровня жидкости в сосудах и решения многих других дефектоскопических и измерительных задач. По универсальности это один из лучших методов неразрушающего контроля, который может применяться для исследования как твердых, так и жидких тел.

Чаше всего для контроля деталей и узлов ВС используют ультразвуковой вид акустического контроля. Излучение и прием ультразвуковых колебаний (УЗК) осуществляют с помощью пьезоэлектрических преобразователей специальных пластин из кварца, сульфата лития, титаната бария и т. и. Пьезоэлектрический преобразователь является основным элементом искателя устройства, пред назначенного для изучения и (или) приема акустических колебаний и входящего в комплект ультразвукового дефектоскопа. Для контроля объектов применяют несколько видов ультразвуковых волн продольные, поперечные и поверхностные.

При акустическом контроле чрезвычайно важен ввод УЗК в контролируемое изделие с минимальными потерями энергии колебаний в месте контакта преобразователя с деталью. Это достигается вводом УЗК через тонкий слой жидкости (например, масла для деталей простой конфигурации) или через слой иммерсионной жидкости, а также применением специальных искателей (рис. 140).

При больших скоростях и вибрациях контролируемого объекта начинают использоваться бесконтактные преобразователи основанные на воздушной акустической связи преобразователей с объектом контроля, термоакустическом эффекте, эффектах электрического и электромагнитного полей.

Для обеспечения ультразвукового контроля деталей сложной конфигурации необходимо фиксировать нормальные или наклонные искатели в строго определенном месте контактной поверхности. Для этого рекомендуется изготавливать специальные фиксирующие приспособления, обеспечивающие ввод УЗК в тело деталей в строго определенном направлении с учетом геометрических особенностей контрольного участка и характера искомого дефекта. При настройке дефектоскопа часто используют безразмерные и размерные диаграммы АРД (амплитуды расстояние дефект). При контроле деталей ВС используется ряд методов акустической дефектоскопии.

При контроле по методу прошедшего излучения (теневом) УЗК, как правило, вводятся с одной стороны, а принимаются с другой (рис. 141), а в зеркальном варианте с одной. УЗК, встретившие иа пути дефект в виде несплошности, отражаются в обратном направлении, что приводит к уменьшению амплитуды либо изменению фазы УЗК, воспринимаемых приемным элементом искателя. В общем случае для контроля теневым методом необходим доступ к изделию с обеих сторон УЗК могут излучаться в непрерывном или импульсном режиме.

Метод отраженного излучении (эхо-метод). При испытаниях по этому методу в изделие через связывающую среду вводится направленный импульс УЗК. Ультразвуковые волны отражаются от противоположной поверхности, и отраженный сигнал (эхо-сигнал), или «донный» импульс, воспринимается преобразователем (рис. 142).

Излучающий преобразователь можно одновременно использовать в качестве приемника сигналов. Наличие в изделии дефекта (несплошности) сопровождается возникновением отраженного сигнала. Интервал между вводом в изделие начального импульса и приемом отраженного сигнала измеряется и наблюдается на экране дефектоскопа. Об очертаниях и виде дефекта можно судить на основании положения и амплитуды отраженного от него импульса (рис. 143). Реальные схемы эхо-дефектоскопов различны в зависимости от способов индикации и представления окончательной информации.

Импульсный эхо-метод находит все более широкое применение при неразрушающем контроле авиационной техники. Этим методом проверяются лопатки роторов турбин и компрессоров авиационных двигателей, цилиндры двигателей внутреннего сгорания, барабаны колес, ответственные крепежные и некоторые другие детали. Однако он выявляет в основном дефекты типа нарушения сплошности, т. е. практически одну из стадий разрушения. Если, например, такой дефект развивается быстро, то своевременность обнаружения его ультразвуковым методом становится проблематичной.

Наиболее широкое применение в гражданской авиации нашли ультразвуковые дефектоскопы типа УДМ-3, ДУК-66, ДУК-66ПМ. В настоящее время промышленностью выпускаются более современные приборы общего назначения — дефектоскопы УД 11ПУ (экон-2), УД-23УМ (экон-6) и др. Так, дефектоскоп УД 11ПУ выявляет внутренние дефекты в сталях, сплавах и неметаллических материалах, позволяет контролировать сварные соединения, определяет координаты дефектов и измеряет толщину изделий. Масса дефектоскопа 1,5 кг (питание от сети) и 2 кг (питание от аккумуляторной батареи 10НКГК-ЗС-ПУ2).

Новый ультразвуковой толщиномер УТ-92П содержит блок цифровой индикации, позволяет определять локальные утонения в конструкциях, вызванные, например, коррозией внутренних поверхностен изделий из металлов, сплавов, неметаллических материалов при толщине стенки от 0,8 до 3000 мм (стали) и от 1,0 до 1000 мм (сплавы типа Д16). Аппаратура ультразвукового контроля продолжает интенсивно разрабатываться.

Вихретоковый неразрушающий контроль. Он основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Этот метод предназначен для выявления трещин усталости, несплошностей структуры поверхностных слоев изделий из немагнитных и некоторых ферромагнитных металлов и сплавов, в том числе выявления дефектов, расположенных под неэлектропроводящим покрытием.

Сущность метода заключается в следующем. Когда к поверхности металлического изделия подносится катушка, по которой протекает переменный электрический ток, в металле наводятся вихревые токи (рис. 144). Значение наведенных токов зависит от частоты переменного тока, электропроводности, магнитной проницаемости и формы изделий, относительного расположения катушки и изделия, а также от наличия в изделии неоднородностей или несплошностей.

Электромагнитное поле вихревых токов по направлению противоположно наводящему. Вследствие этого вихревые токи влияют на общее сопротивление (импеданс) катушки возбуждения, находящейся в непосредственной близости к изделию. Определение значения и характера изменений вносимых сопротивлений (активных и индуктивных) основа для обнаружения дефектов или различий в физической и химической структуре материала. Зависимость сигналов преобразователя от параметров объекта и от режима контроля выражается годографами,

так как сигналы представляются векторами на комплексной плоскости напряжений. Годографы могут быть получены теоретическим или экспериментальным путем.

Таким образом, ток, протекающий в катушке, несет информацию об изделии, его размерах, механических и химических свойствах, а также о наличии или отсутствии дефектов, т. е. происходит своеобразное отражение электромагнитной энергии. Характер отраженного поля определяется в основном двумя явлениями, происходящими в испытуемом изделии: возбуждающее поле индуктирует в металле вихревые токи и изменяет магнитную доменную структуру испытуемого изделия. В неферромагнитных металлах происходит только первое явление, в то время как в ферромагнитных металлах действуют оба явления, причем на результаты измерения преобладающее влияние оказывает второе явление.
В различных вихретоковых приборах используется несколько способов возбуждения вихревых токов в объекте: помещение объекта в катушке или катушки в объект (метод охватывающего или проходного преобразователи), накладывание преобразователя на объект (так называемые накладные преобразователи) с помощью комбинированных преобразователей. Кроме того, преобразователи делят на абсолютные и дифференциальные.

Выявляемость дефектов зависит от глубины проникновения вихревых токов (рис. 145), размеров преобразователя и чувствительности дефектоскопов. Большое влияние оказывают электрофизические характеристики контролируемого материала: электропроводность и магнитопроницаемость.

Контроль проводится на деталях из немагнитных и некоторых ферромагнитных материалов с электропроводностью в нормальных условиях 0,4...61 мСм/м.

Ширина раскрытия усталостных трещин 20...30 мкм не влияет на их выявляемость. Шероховатость поверхности контролируемой детали существенно влияет на чувствительность метода и износостойкость датчика. Максимальная чувствительность достигается при контроле деталей с шероховатостью не более Rz=20.

Наличие зазора между датчиком и контролируемой поверхностью или наличие неэлектропроводящего покрытия на ней в пределах, указанных в паспорте, требует изменения настройки дефектоскопа, за исключением дефектоскопов типа Д 28 и Д-29.

При вихретоковом неразрушающем контроле особо оговаривается влияние краевой зоны. Под ней подразумеваются участки контролируемой поверхности шириной в 1...1,5 эффективных диаметров преобразователя, прилегающие к краям контролируемой детали или контурам поверхностей и вырезов. Приближение датчика в процессе контроля к краевой зоне вызывает расстройку дефектоскопа. Чувствительность дефектоскопа к сквозным дефектам, расположенным в краевой зоне, не уступает пороговой. Чувствительность к дефектам, выходящим на кромку детали, как правило, выше по отношению к дефектам, удаленным от края.

В гражданской авиации чаще всего используют дефектоскопы ВД-22П, ППД-1МУ, ППД-2М, ВЛУ-20, ТВД. Разработаны перспективные дефектоскопы, содержащие систему отстойки от мешающих факторов, и блоки обработки информации (Д-28. Д-29), а также сверхпортативные вихретоковые дефектоскопические индикаторы. Масса приборов 150...180 г, потребляемая мощность 120—180 мВт, источник питания — батарея «Крона» или аккумуляторы типа 7Д01. Индикаторы предназначены для оперативного выявления несплошностей (трещины протяженностью от 5 мм с шириной раскрытия 0,02 мм и глубиной 0,5 мм) и других дефектов в поверхностных слоях магнитных и немагнитных металлов и сплавов. Работают приборы следующим образом (рис. 146). При установке датчика 1 на контролируемый объект в контур генератора 2 вносится дополнительное комплексное сопротивление. Режим работы ВЧ генератора 2 можно выбрать вблизи точки срыва генерации. Такой режим получают подбором величины обратной связи в цепи генератора.

При прохождении датчика над трещиной вследствие влияния вносимого сопротивления изменяется комплексное сопротивление. При этом уменьшается добротность контура и происходит срыв генерации. В этом случае от низкого уровня сигнала, поступившего через детектор 3, срабатывает мультивибратор 4, работающий в ждущем режиме. Генерируемые мультивибратором импульсы поступают на вход индикаторного устройства, где они прослушиваются в головных телефонах 6. Одновременно загорается световой индикатор 5, который также сигнализирует о наличии дефекта.

С помощью вихретоковых дефектоскопов контролируют фланцы корпусов сопловых аппаратов ГТД, диски турбины, лопатки компрессора турбины и другие особо нагруженные детали. Контроль должен проводиться по специальной нормативно-технической документации, полностью отражающей все особенности и приемы контроля конкретного изделия. Такая документация разрабатывается предприятием-разработчиком или предприятием-изготовителем изделия, а также организациями МГА.

Технологические особенности вихретокового контроля обычно связаны с необходимостью разметки, подлежащей контролю поверхности на отдельные самостоятельные зоны контроля (ОСЗК). внутри которых перемещение датчика-преобразователя дефектоскопа не приводит к заметному изменению настройки прибора при заданной чувствительности контроля (рис. 147). Сканирование в процессе контроля осуществляется, как правило, перпендикулярно предполагаемому направлению развития дефекта. Скорость сканирования для современных дефектоскопов устанавливается 10...20 мм/с. При наличии запоминающих устройств она может быть еще выше. Большое внимание должно уделяться настройке дефектоскопа, порядок которой указан в описании прибора.

Искусственно образованные дефекты типа прорезей на общих эталонах обладают несколько иными электромагнитными свойствами, чем трещины. Поэтому желательно чувствительность дефектоскопа проверять на «естественных» дефектах, обнаруженных на тех или иных деталях. При контроле детален сложной конфигурации необходимо применять шаблоны-насадки, фиксирующие положение датчика относительно контролируемой поверхности (рис 148).

Оценка результатов контроля проводится в соответствии с типом выходных устройств дефектоскопов (стрелочных и цифровых индикаторов, световой или звуковой сигнализации).

Магнитный неразрушающий контроль. Он основан на анализе взаимодействия
магнитного поля с контролируемым объектом. При контроле особо ферромагнитных деталей авиационной техники чаще всего используют магнитопорошковый метод (магнитных частиц). Он основан на обнаружении магнитных полей рассеяния с помощью ферромагнитных порошков. Наиболее ответственная технологическая операция магнитопорошкового контроля — намагничивание. С этой целью используют циркулярное, продольное (полюсное) и комбинированное намагничивание. Чаще всего используют циркулярное намагничивание. Режимы намагничивания рассчитывают либо по формулам, либо по специальным таблицам и графикам, имеющимся в руководствах. Чувствительность магнитопорошкового неразрушающего контроля определяется условным уровнем (А, Б или В), который зависит от шероховатости поверхности и магнитных характеристик изделия. Так, для уровня А при ширине выявляемого дефекта 2,5 мкм, для уровня Б при 10,0 мкм и уровня С при 25,0 мкм минимальная протяженность выявляемой части дефекта — свыше 0,5 мм.

Индикатором дефектов в магнитопорошковом НК служат магнитные и магнитолюминесцентные порошки, пасты, суспензии. В качестве основы индикаторных сред чаще всего используют магнетит, имеющий плотность около 5-103 кг/м3, коэрцитивную силу 55...65 А/см и величину частиц 5...10 мкм.

Современные суспензии представляют собой взвесь магнитного порошка в жидкой негорючей дисперсной среде, например, в воде с добавлением хромпика и нитрата натрия. Применять керосино-масляные смеси для этой цели не рекомендуется. Концентрация порошка составляет от 4. .5 г/л (магнитолюминесцентный) до 25 г/л (»черный» порошок).

Технология контроля определяется способом намагничивания (рис. 149). Рекомендуемые схемы намагничивания учитывают опыт магнитопорошкового контроля авиационной техники. По виду осаждений при таком контроле выявляются следующие виды дефектов:

заклепочные, ковочные, штамповочные, сварочные и усталостные трещины — в виде ломаных линий различного направления, обычно с резким, плотным осаждением порошка;

флокены — в виде отдельных черточек длиной до 30 мм, располагающихся преимущественно группами и имеющих различное направление;

шлифовочные трещины — в виде сетки тонких четких линий или коротких черточек. Такие осаждения расположены, как правило, перпендикулярно направлению шлифовки;

надрывы — в виде скобочек по всей или большей части поверхности. Их можно увидеть с помощью лупы. Иногда в поверхностном слое заметны участки с выкрашиванием металла;

термические (ожоговые) трещины — аналогичны шлифовочным и располагаются на поверхности трения в виде параллельных линий;

волосовины — в виде прямых линий различной длины, расположенных вдоль волокон металла, с различной интенсивностью осаждения порошка, зависящей от высоты волосовин и расположения их относительно поверхности;

закаты — в виде извилистых линий и располагаются группами (в приложенном магнитном поле);

неметаллические (шлаковые) включения — в виде цепочек или точечных скоплений.

Все детали, прошедшие магнитопорошковый неразрушающий контроль, должны быть размагничены. Размагничивание осуществляют в специальных устройствах воздействием на деталь знакопеременного магнитного поля с убывающим до нуля значением напряженности. Эти устройства входят в конструкцию наиболее распространенных в гражданской авиации СССР дефектоскопов типа ПМД-70, 77ПМД-3, МД-3, УМДЭ-2500ВИАМ и др. К вспомогательным средствам этого вида контроля относятся кабели, стержни из меди или алюминия, электроконтакты, фиксаторы, контрольные образцы, оптические средства для осмотра и т. д. В качестве вспомогательной аппаратуры используются полюсоискатели, измерители освещенности, анализаторы суспензий, микровеберметры и др.

Порядок подготовки и аттестации дефектоскопистов. Квалификация дефектоскописта считается достаточной, если он имеет удостоверение о том, что он: прошел теоретическую и практическую подготовку по методам контроля, которые он будет применять; изучил действующую документацию на продукцию и на контроль продукции, по которой он будет работать; работал в должности дефектоскописта в течение времени, оговоренном в документации на контроль.

Дефектоскописты, систематически работающие со средствами неразрушающего контроля, подвергаются проверочным испытаниям не реже 1 раза в год. В исключительных случаях дефектоскопистам, систематически работающим по контролю определенного вида продукции и зарекомендовавшим себя высококвалифицированными специалистами, решением квалификационной комиссии может быть продлено удостоверение на право контроля без проведения очередных испытаний.

Смотрите также