Магнитопорошковый метод

Магнитопорошковый метод контроля деталей, выполненных из магнитных сталей, основан на обнаружении магнитных полей рассеяния над дефектами с помощью ферромагнитных частиц.

Если деталь 1 (рис. 4.6) поместить в магнитное поле, то в ней возникает магнитный поток. Проходя по бездефектным зонам, он не изменит направления и не выйдет за пределы детали. Когда на пути магнитного потока встречаются участки с пониженной магнитной проницаемостью, например трещины 2, то часть магнитного потока выходит за пределы детали, образуя неоднородное магнитное поле рассеяния 3.

Рис. 4.6. Схема образования магнитных полей рассеяния над трещинами и вид осевшего над дефектами порошка: 1 - деталь; 2 - трещина; 3 - поле рассеяния

Для отыскания магнитных полей рассеяния и соответственно несплошности материала на поверхность контролируемых участков детали наносят ферромагнитные частицы, которые находятся во взвешенном состоянии в жидкости (минеральном масле, керосине, воде и т.п.) или в воздухе.

Информативным параметром магнитопорошкового метода является неоднородный индикаторный рисунок в виде полосок или валиков осевшего на проверяемой детали порошка. По количеству порошка и форме рисунка можно оценивать и характер дефекта.

4.4. Визуально-оптическая диагностика

Этот метод позволяет выявить различные дефекты, которые расположены на поверхности детали.

В настоящее время нашли широкое применение линзовые эндоскопы, обладающие высокой разрешающей способностью.

Для осмотра криволинейных поверхностей применяются гибкие стекловолоконные устройства. Такие устройства представляют собой два жгута, находящиеся в металлической оплетке. Один жгут служит для передачи изображения, а другой для подвода света к месту осмотра.

При выборе места расположения отверстия для введения в агрегат эндоскопа учитываются следующие требования:

1. Целесообразность диагностирования с помощью визуально-оптических средств.

2. Отверстия желательно располагать вдоль одной и той же образующей для осмотра всех ступеней компрессора или турбины без перекантовки двигателя.

3. Отверстия не должны снижать прочность конструкции.

4. Доступ к отверстиям должен быть свободным и осуществляться без снятия элементов внешней обвязки.

Принципиальная схема эндоскопа представлена на рис. 4.7.

Наряду с обычными техническими эндоскопами, применяются специализированные эндоскопы. Мини-эндоскопы (диаметр трубки менее 2 мм) создаются на основе специальных материалов - сельфока или градана и выполняются в виде миниатюрных цилиндрических стержней с коэффициентом преломления по поперечному сечению, меняющимся по заданному закону. Сельфок передает изображение на расстояние без промежуточных оборачивающих линз. На выходном торце световода изображение рассматривают через линзовый окуляр.

Рис. 4.7.

1 - выходной зрачок; 2 - окуляр; 3 - жесткий корпус или гибкий световод; 4 - объектив; 5 - осветитель; 6 - блок осветителя; 7 - исследуемая поверхность.

В измерительном эндоскопе обеспечивается возможность определения расстояния между эндоскопом и изучаемым объектом, а также измерение размеров самого объекта с помощью специальной сетки.

Эндоскопы с манипуляторами имеют свободный канал для ввода захвата или крючка.

В ультрафиолетовых эндоскопах в качестве световода используют жидкость с ультрафиолетовой проводимостью. Такие эндоскопы позволяют контролировать труднодоступные детали капиллярным методом с применением проникающих жидкостей и флуоресцентных красителей.

При работе с эндоскопами существенное влияние на точность измерений оказывает субъективный фактор - утомляемость оператора. Для устранения этого недостатка применяют регистрацию информации на видеомагнитофон с последующим анализом в стационарных условиях.

Применение фотографий и видеозаписей позволяет организовывать анализ тенденций изменения состояния двигателя по серии последовательно полученных снимков.

Минимальная ширина раскрытия трещины или иного дефекта, контролируемая указанным методом, составляет 0,01…0,10 мм.

4.5. Радиационная дефектоскопия (РД)

Радиационная дефектоскопия – это совокупность методов контроля качества материалов и неразъемных соединений сборочных едениц посредством просвечивания их различными видами ионизирующих излучений.

Радиационные методы контроля основаны на явлении взаимодействия пучка ионизирующего излучения с веществами контролируемого объекта, в результате чего его интенсивность падает по экспоненциальному закону, называемому законом ослабления излучения:

, (4.3)

где - интенсивность пучка, прошедшего дефект, ;

- интенсивность падающего пучка, ;

- линейный коэффициент ослабления излучения;

- полная толщина слоя вещества, .

В соответствии с (6.3) интенсивность пучка, прошедшего объект с дефектом:

, (4.4)

где - величина дефекта в направлении просвечивания (лучевой размер), ;

- линейный коэффициент ослабления излучения в месте дефекта.

Разделив (7.4) на (7.3), получим соотношение:

. (4.5)

Таким образом, разница интенсивности излучений при контроле будет определяться разницей между коэффициентами ослабления и лучевым размером дефекта .

Для получения первичной информации в производстве используются два метода: радиографический, основанный на свойстве рентгеновского и - излучений вызывать почернение эмульсии пленки (рис. 4.8) и радиоскопический, основанный на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в световое изображение на выходном экране радиационно-оптического преобразователя; при этом полученное изображение анализируется в процессе контроля в реальном масштабе времени. Объектами контроля могут быть отливки, неразъемные сварные и паяные соединения, узлы и агрегаты.

Рис. 4.8. Схема контроля объекта рентгенографическим методом:

1 - пульт; 2 - высоковольтное питающее устройство; 3 - рентгеновская трубка; 4 - деталь; 5 - раковина; 6 - плотное включение; 7 - рентгеновская пленка; 8 - кассета; 9 - диафрагма; 10 - рентгенограмма (позитив)

При контроле просвечиванием могут быть обнаружены:

1) в отливках – рыхлоты, пористость, газовые и усадочные раковины, трещины, инородные включения, окисные плены, недоливы, ликвации;

2) в швах сварных соединений и околошовной зоне – непровары, трещины, окисные пленки, газовые поры, шлаковые и вольфрамовые включения, а также свищи и проплавления;

3) в паяных соединениях – непропаи, поры, трещины, заплавление припоем внутренних каналов, неравномерное растекание припоя;

4) контроль просвечиванием позволяет определять внутреннюю геометрию сварных и паяных деталей (разностенность и отклонение формы внутренних контуров от заданных чертежом в деталях с закрытыми полостями, неправильную сборку узлов, зазоры, металлическую стружку, неплотное прилегание в соединениях и др.), а также дефекты, появившиеся в процессе эксплуатации (внутренние неисправности, нарушение правильности взаимного расположения деталей и др.).

Просвечивание не выявляет:

1) непровары, непропаи и трещины с раскрытием менее 0.3 мм при просвечиваемой толщине до 40 мм и менее 0.25 мм при просвечиваемой толщине более 40 мм;

2) непровары, трещины, непропаи и другие дефекты, плоскость которых не совпадает с направлением измерения;

3) дефекты, протяженность которых в направлениях измерения менее 2% от суммарной просвечиваемой толщины;

4) дефекты расшифровка изображения которых на детекторе излучения затрудняется наложением изображений сопутствующих элементов конструкции (резких перепадов толщин, посторонних деталей, конструктивных непроваров и др.);

5) посторонние включения с коэффициентом ослабление излучения, близким к коэффициенту металла сварного шва;

6) непропаи, если коэффициенты ослабления проникающего излучения припоя и паяемого материала близки по величине или, если толщина припоя значительно меньше общей просвечиваемой толщины металла.

При проектировании изделий и выборе метода контроля отливок, сварных и паяных соединений необходимо учитывать следующее:

1) контроль просвечиванием может быть осуществлен только при наличие двустороннего доступа к контролируемым участкам, обеспечивающего возможность установки источника и детектора излучения;

2) контролю просвечиванием целесообразно подвергать только такие сварные соединения или отливки, толщина контролируемого металла которых составляет не менее 20% от суммарной просвечиваемой толщины;

3) герметичность сварного и паяного соединений просвечиванием не устанавливается;

4) глубина нахождения дефектов и их величина просвечиванием не определяется, за исключением тех случаев, когда возможен контроль отливок в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

В процессе производства изделий контроль просвечиванием производится:

- подетально (контроль отливок);

- поблочно (контроль сварных и паяных соединений, входящих в состав отдельных узлов);

- общей сборки (контроль монтажных сварных соединений).

4.6. Контроль методами вихревых токов

Вихретоковый метод неразрушающего контроля деталей из немагнитных материалов основан на возбуждении в материале вихревых токов Фуко и оценке их влияния на магнитный поток, создаваемый катушкой индуктивности.

При контроле часть изделия или все изделие помещают в поле датчика (преобразователя). Вихревые токи (ВТ) наводятся с помощью переменного электромагнитного потока . Информацию о свойствах изделия датчик получает через магнитный поток , созданный ВТ с плотностью .

Векторы напряженности возбуждающего поля и поля вихревых потоков направлены навстречу друг другу. ЭДС в обмотке датчика пропорциональна разности потоков .

Возбудителем ВТ может быть поле движущегося магнита, переменное поле тока в проводе, волна радиоизлучения. Самым распространенным источником ВТ является катушка индуктивности или система таких катушек.

При установке преобразователя на поверхность проверяемой детали (рис. 4.9), переменный магнитный поток проникает в металл. При этом в металле возбуждаются вихревые токи, которые протекают по концентрическим окружностям, соосным с преобразователем. На оси преобразователя плотность вихревых токов равна нулю, под витками обмотки она достигает максимума. По мере удаления от преобразователя плотность токов уменьшается. Из этого следует, что вихревой контроль является локальным и для проверки детали преобразователь необходимо перемещать по всей зоне, подлежащей контролю. В связи с затуханием вихревых токов по глубине метод применим для обнаружения только дефектов поверхностного слоя (по глубине около 1 мм).

Рис. 4.9. Схема неразрушающего контроля немагнитных деталей вихретоковым методом: 1 - электронный блок дефектоскопа; 2 - искательная головка; 3 - деталь

Наличие трещины под преобразователем вызывает перераспределение вихревых токов, уменьшение их плотности. Когда искательная головка 2 с преобразователем находится над дефлектором, стрелка микроамперметра электронного блока 1 отклоняется, загораются красные индикаторные лампочки и появляется звуковой сигнал.

Поскольку вихревые токи имеют наибольшую плотность в поверхностных слоях металла, то метод используется в основном для контроля качества поверхностных слоев, например, для обнаружения нарушения сплошности металла в поверхностных слоях, измерения электрической проводимости, измерения толщины покрытий, контроля качества термической обработки, контроля физико-механических свойств материала. МВТ также позволяет обнаружить поверхностные и подповерхностные трещины (усталостные, термические и др.), неметаллические включения, пористость, волосовины, очаги коррозионного поражения и др. Минимальные размеры выявляемых трещин: длина 0,5...1 мм, глубина 0,1...0,2 мм при ширине раскрытия у выхода на поверхность 0,5...1,0 мкм.

МВТ применяется для контроля деталей двигателя: рабочих лопаток турбин, валов, отверстий.

При МВТ не требуется удаления защитных покрытий и наличия механического контакта датчика с проверяемой деталью. Недостатками метода являются: зависимость чувствительности от размеров датчиков; отсутствие наглядности результатов контроля; трудоемкость; сложность контроля деталей из магнитных материалов.

4.7. Голография

Метод основан на получении голографической информации с помощью оптических волн от когерентного источника света (лазера) рис. 4.10.

Свет от источника 1 направляется на полупрозрачное зеркало 2, от которого попадает на фокусирующие линзы 3 и 4. Далее световой поток от линзы 3 направляется диагностируемую поверхность 5 и отразившись от нее достигает фотопластинки 7. Пучок света от линзы 4 попадает непосредственно на пластинку 7.

Для диагностирования применяют эталонную голограмму, снятую с заведомо исправного объекта (длина волны ).

Рис. 4.10

1 - источник света (ЛАЗЕР); 2 - полупрозрачное зеркало; 3, 4 - фокусирующая линза; 5 – диагностируемая поверхность в начальный момент времени; 6 - диагностируемая поверхность через некоторый период времени; 7 - фотопластинка

Если исследуемая поверхность принимает состояние 6, то это приводит к изменению длины отраженной волны , в результате чего происходит интерференция (сложение или вычитание) световых волн.

Применение гелий-неонового лазера позволяет распознать деформации порядка 0.1 мкм.

С помощью голограмм можно регистрировать структурные изменения в материале детали, распределения дефектов в поверхностном слое, вибрации, наличие примесей в жидкостях и газах.

6. ДИАГНОСТИКА ГТД НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИИ, ЗАРЕГИСТРИРОВАННОЙ В ПОЛЕТЕ.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГТД

6.1. Классификация бортовых систем регистрации полетных данных (БСРПД). Магнитные БСРПД

Информация о работе двигателя в полете может быть получена либо путем записи экипажем показаний бортовых приборов, либо путем автоматической регистрации параметров.

БСРПД, ранее применявшиеся при испытаниях, получили широкое распространение в эксплуатации с конца 50-х годов. Они позволяют выявить до 60% неисправностей ГТД при эксплуатации.

БСРПД можно классифицировать по следующим признакам:

а) по назначению:

- испытательные; аварийные; эксплуатационные;

б) по принципу регистрации:

- механические; магнитные; оптические;

в) по форме регистрации информации:

- аналоговые; цифровые.

Наибольшими возможностями для диагностирования обладают магнитные цифровые БСРПД. Они имеют следующие достоинства:

1) Большой объем регистрируемой информации ( большая продолжительность записи и значительное число регистрируемых параметров).

2) Высокая точность регистрации параметров. Оперативность передачи информации с борта самолета к наземным устройствам.

3) Возможность обработки получаемой информации на ЭВМ.

Система БСРПД В-747 регистрирует 360 параметров, 200 из которых относятся к силовой установке. Все эти параметры регистрируются двумя самописцами. Первый самописец является аварийным. В нем все время сохраняется информация о пяти последних минутах полета, а предыдущая информация стирается. Второй самописец эксплуатационный и регистрирует параметры путем опроса всех датчиков через заданные интервалы времени или по команде пилота. Запись производится на съемные кассеты, рассчитанные на 10 часов непрерывной работы. Обработка и анализ данных осуществляется на земле.

В случае ограничения возможностей БСРПД следует стремиться к тому, чтобы получаемая информация обеспечивала в первую очередь выявление неисправности, а лишь затем ее локализацию, т.е. определение неисправной системы, блока или узла.

Наземная обработка данных бывает двух видов: оперативная и полная.

Цель оперативной обработки состоит в определении возможности допуска самолета к очередному рейсу. Оперативная обработка производится на аэродроме в процессе послеполетной и предполетной подготовки.

Полная обработка полетной информации выполняется с целью слежения за состоянием авиационной техники и его прогнозированием. На ее основе разрабатываются мероприятия по совершенствованию конструкции, технологии изготовления и эксплуатации.

Для оперативной обработки применяются алгоритмы первичной обработки данных и экспресс-анализ, основной задачей которого является получение информации о выходе контролируемых параметров за нормативные значения.

Сравнение значений регистрируемых параметров может производиться:

- с предельно возможными значениями параметров;

- со среднестатистическим эксплуатационным значением параметра на данном режиме;

- с приведенным значением параметров, рассчитываемых по условиям полета;

- с приведенным значением параметров, рассчитанных по данным, соответствующим началу эксплуатации.

Последние два метода сравнения более трудоемки, но обладают повышенной информативностью.

Магнитные цифровые системы достаточно дороги, потому они не могут в настоящее время полностью вытеснить более простые аналоговые системы регистрации.

6.2. Особенности применения аналоговых БСРПД

Примером аналоговой системы является система автоматической регистрации полетных параметров САРПП-12. Она регистрирует на 35 мм фотопленку 6 непрерывных аналоговых параметров и до 9 разовых команд (РК).

Информацию о работе двигателя в полете, содержащуюся на пленке можно условно разделить на три вида:

1. Аналоговые параметры и РК непосредственно регистрируемые на пленке.

2. Параметры полета, которые могут быть рассчитаны, исходя из данных первого вида (высота, скорость, тяга).

3. Косвенные признаки (разные замки), отражающие реакцию самой системы на удары и вибрации.

Выявление неисправностей основывается на отыскании принципиальных отличий между зарегистрированными на пленке параметрами и эталонными параметрами, записанными для данной ситуации для исправного двигателя.

Из аналоговых параметров наибольшую информацию о работоспособности двигателя несет частота вращения ротора, погрешность измерения которой составляет 2%.

Система САРПП-12 определяет возможность последовательного по времени слежения за изменением параметров и РК, а также обеспечивает оценку происходящих процессов изменения совокупности аналоговых параметров и разовых команд.

Каждому маневру самолета соответствует определенная комбинация параметров, зарегистрированных на пленке. Отклонение от нормативной записи является одним из признаков появления неисправности в системах летательного аппарата.

Информация аналоговых систем регистрации параметров имеет важное значение и для установления причин отказов, происходящих в полете.

С помощью САРПП-12 могут быть выявлены следующие дефекты:

- нарушение в программе управления положением створок регулируемого сопла и автоматики компрессора;

- неисправность автоматики двигателя, систем приводов, розжига и подачи форсажного топлива;

• повышение вибраций двигателя.