Технологический процесс дефектации деталей авиационной техники при ремонте

Содержание

 

Введение

1. Аналитическая часть

1.1 Общие принципы технической диагностики при ремонте АТ

1.2 Применение технических средств измерений

1.3 Применение физических методов контроля

1.3.1 Оптические методы контроля

1.3.2 Методы течеискания

1.3.3 Капиллярные методы неразрушающего контроля

1.3.4 Цветной контроль

1.3.5 Люминесцентный контроль

1.3.6 Люминесцентно-цветной контроль

1.4 Акустический неразрушающий контроль

1.4.1 Метод отраженного излучения (эхо-метод)

1.4.2 Резонансный метод

1.4.3 Импедансный метод

1.4.4 Метод акустической эмиссии

1.5 Магнитные методы неразрушающего контроля

1.5.1 Магнитопорошковый метод

1.5.2 Феррозондовая дефектоскопия

1.5.3 Магнитографический методконтроля

1.6. Вихретоковый неразрушающий контроль

1.7 Автоматизированные системы контроля

Выводы к аналитической части

2. Проектная часть

2.1 Причины отказов, неисправностей и дефектов деталей и агрегатов

2.2 Виды и классификация дефектов машин и их частей

2.3 Микроструктурные механизмы разрушения

2.3.1 Виды объемного разрушения

2.3.2 Виды поверхностного разрушения

Выводы к проектной части

3. Эксплуатационная часть

3.1 Применение оптической техники при предварительном осмотре

3.2 Видеоскоп "Крот" визуального контроля в условиях труднодоступных мест

3.3 Расчет оперативных показателей надежности воздушных судов

Выводы к эксплуатационной части

4. Общие выводы и рекомендации

Перечень принятых сокращений

5. Список литературы

Введение

Ремонт авиационной техники выполняется в соответствии с документами, разрабатываемыми заводами-изготовителями и ремонтными предприятиями ГА. В состав документов по ремонту АТ, разрабатываемых заводами-поставщиками авиационной техники, входят: руководство по ремонту, каталог деталей и сборочных единиц, нормы расхода запасных частей.

Руководство по ремонту включает в себя технические условия на ремонт, технические требования к отремонтированным объектам, указания по организации и оснащению ремонтах [1].

Технические условия на ремонт содержат указания о порядке выполнения демонтажно-монтажных работ, о методах восстановления деталей в зависимости от характера выявленных дефектов, о методах испытаний после ремонта. Руководством по ремонту определяется также номенклатура приспособлений и инструментов, необходимых для выполнения ремонта и поставляемых заводами-изготовителями авиационной техники.

На основе руководства по ремонту отдел главного технолога АРЗ разрабатывает внутреннюю технологическую документацию по выполнению всех ремонтных работ (технологии ремонта, технологические инструкции и карты) и производственно-контрольную документацию по оформлению результатов этих работ. К производственно-контрольной документации относятся: документы по приемке АT в ремонт; карты дефектации; протоколы испытаний; карты выполненных доработок; акты сдачи отремонтированной техники. Все эти документы образуют дело ремонта.

авиационная техника дефектация деталь

1. Аналитическая часть

1.1 Общие принципы технической диагностики при ремонте АТ

Основу процесса управления качеством эксплуатирующейся авиатехники составляют сведения о ее состоянии, т.е. о совокупности свойств, не только определяющих надежность работы, но и являющихся важным для принятия тех или иных организационных и технических решений. В объекте возможно множество состояний, так как процессы утраты работоспособности деталями и агрегатами ЛА протекают непрерывно с различной интенсивностью [2].

Технической диагностикой называется наука о распознавании состояния технической системы. Техническая диагностика как метод измерения должна удовлетворять требованиям однозначности и повторяемости.

Первое требование обусловливает объективность получаемой информации, которая должна определяться только состоянием диагностируемого объекта и не зависеть от внешних условий. Второе требование обусловливает идентичность оценок одного и того же состояния объекта независимо от количества повторов диагностического процесса, в том числе различными диагностическими средствами.

Развитие средств и методов технической диагностики в конечном итоге приводит к качественным изменениям организации и технологии технического обслуживания и ремонта авиатехники. На большинстве крупных ремонтных широко используются автоматизированные системы управления (АСУ), базирующиеся на современных электронных вычислительных машинах и позволяющие получать необходимую информацию о количественных показателях производственного процесса, потребностях в материалах, полуфабрикатах и комплектующих изделиях (системы АСУМС) и т.д. Применение АСУ обеспечивает ритмичность в работе ремонтных предприятий. За счет рационального планирования повышается качество выпускаемой продукции. Однако непосредственно управлять качеством выпускаемой продукции с помощью таких систем нельзя.

В настоящее время одной из важнейших задач является создание систем управления с учетом качества выпускаемой продукции. В основе системы лежат принципы количественной оценки качества труда, сдачи продукции заказчику (ОТК) с первого предъявления. В развитых в промышленном отношении странах эта система позднее получила название программы "нуль дефектов" и является в настоящее время основной в связи с необходимостью подъема качества промышленной продукции. Развивается новая наука - квалиметрия, объединяющая методы и способы оценки качества продукции.

Таким образом, методы технической диагностики, позволяющие получить количественные критерии качества продукции и в конечном счете ее эксплуатационной надежности и долговечности, начинают играть все более важную роль.

Отбраковка деталей при ремонте происходит по следующим причинам:

Ø  отработка ресурса;

Ø  исчерпывание существующих допусков на ремонт; эксплуатационные разрушения деталей, превышающие допустимые для восстановления;

Ø  отсутствие объективных методов определения технического состояния деталей и агрегатов;

Ø  отсутствие соответствующих технологических методов ремонта деталей.

Многие причины отбраковки прямо или косвенно связаны с техническими возможностями средств и методов контроля и дефектации. Например, детали в связи с отработкой ресурса отбраковываются при допущении, что после назначенного, срока службы надежность работы материала в изделии недостаточна. При этом ведущими физическими процессами, приводящими к необходимости прекращения дальнейшей эксплуатации той или иной детали, являются снижение сопротивления усталости (объемной или контактной), физическое "старение" материалов (особенно неметаллических), потеря физико-механических свойств и т.п.

Несмотря на большие успехи общей теории надежности, а также разработку специальных способов испытаний ЛА и авиадвигателей, такой подход является, во-первых, приближенным и, во-вторых, он недостаточно учитывает неравнопрочность отдельных деталей и элементов авиационных конструкций [3]. Поэтому часто оказывается, что весь сложный процесс ремонта авиационной техники направлен на восстановление сравнительно небольшой группы неисправных деталей, подвергшихся тем или иным повреждениям, при совершенно исправном состоянии большинства остальных. Не случайны поэтому нарастающие в мировой авиационной технике тенденции технического обслуживания и ремонта "по состоянию", т.е. без установления фиксированных ресурсов.

Трудности здесь заключаются в том, чтобы, во-первых, правильно поставить диагностическую задачу, т.е. обозначить и охарактеризовать те состояния ЛА, его систем, агрегатов и деталей, которые необходимо опознать. Во-вторых, техническое состояние должно оцениваться без ущерба для диагностируемого объекта в связи с большой вероятностью пригодности объекта для дальнейшей эксплуатации. Последняя задача решается с помощью так называемых неразрушающих испытаний, или неразрушающего контроля.

Неразрушающий контроль (НК) является основой специальной дефектации при ремонте, производимой после разборки и промывки агрегатов и систем ЛА. Это основной вид дефектации при ремонте, позволяющий судить о каждой детали в отдельности. В этом процессе основное место принадлежит дефектации материалов, из которых изготовлены детали.

Предполагается, что если агрегат собран из деталей, отвечающих установленным техническим условиям, и правильно отрегулирован, то и параметры системы, собранной из таких агрегатов, будут соответствовать требованиям.

В связи со спецификой ремонтного производства контроль применяют на различных стадиях производственного процесса, однако общей является схема, представленная на рис. 1.1 По этой схеме контроль применяется как в качестве "входного", так и в качестве "выходного" процесса. Разделение продукции на три основных класса - безусловный брак, с исправимыми дефектами, бездефектная продукция - осуществляется на основании выбора соответствующего метода контроля, норм допустимых дефектов и технологических возможностей восстановления деталей с допустимыми дефектами.

Рисунок 1. 1. - Элементарная схема последовательности технологического процесса при ремонте

Универсального метода, который был бы пригоден для контроля любого материала, детали или конструкции, нет. Для разработки и применения какого-либо определенного метода контроля нужно иметь, прежде всего, полную информацию о нагрузках и условиях работы детали, агрегата, системы. Все полученные сведения обязательно должны быть подтверждены результатами обычных разрушающих испытаний, обоснованы методами, используемыми в сопротивлении материалов и строительной механике. На основании полученных, а также статистических данных выбирают метод контроля и доказывают экспериментально его эффективность и достоверность.

Экспериментальные работы могут выполняться и на ремонтных предприятиях (особенно на ведущих ремонтных заводах), имеющих хорошо оснащенные заводские лаборатории, технологические конструкторские бюро, призванные не только разрабатывать технологию ремонта, но и совершенствовать технологический процесс за счет применения новейших методов повышения эффективности производства, одним из которых являются неразрушающие испытания.

Результатами информационной, экспериментальной и статистической обработки данных являются технологические карты эксплуатационного контроля изделий, объединенные в альбомы карт контроля, на которых указываются наиболее вероятные места расположения дефектов, их вид, рекомендуются соответствующие методы и приводятся все необходимые сведения для контроля как при техническом обслуживании ЛА, так и при их ремонте.

Руководящим документом для проведения неразрушающего контроля является также "Перечень мест конструкции, подлежащих систематическому контролю в эксплуатации и ремонте", составляемому обычно по условиям выносливости конструкции планера.

Нормы на допустимые дефекты устанавливаются исходя из требований длительной надежной работы детали в течение назначенного ресурса. Допустимое снижение несущей способности детали в связи с наличием дефектов каждого типа устанавливает главный конструктор. Например, при контроле детали авиационного компрессора могут быть приняты нормы допустимых дефектов.

Документирование результатов дефектации производится обычно с помощью карт технических условий на дефектацию и ремонт, в которых приводятся основные характеристики детали, возможные дефекты, способы обнаружения дефектов, допуски на отбраковку, способы устранения дефектов и необходимые дополнительные сведения и указания.

Технология проведения НК регламентируется соответствующими картами, в которых указывается последовательность операций контроля и приводятся необходимые данные для оценки технического состояния контролируемого объекта.

Система документирования нуждается в совершенствовании, что связано прежде всего с необходимостью оперативной обработки результатов дефектации и удобного кодирования для ввода в ЭВМ автоматизированных систем управления. Поэтому предложены и другие системы выражения результатов дефектации, например бинарная, позволяющая использовать возможности современных АСУ.

Неразрушающий контроль деталей при ремонте авиационной техники с целью определения ее технического состояния проводится по двум основным направлениям:

Ø  применение технических средств измерений;

Ø  применение физических методов контроля.

1.2 Применение технических средств измерений

Виды неразрушающего контроля классифицируются по ряду признаков: характеру взаимодействия полей или веществ (средств испытания) с контролируемым объектом, первичным информативным параметрам, способу получения первичной информации.

Выбор того или иного метода контроля должен основываться не только на требованиях технической документации (методы, обязательные для применения при оценке технического состояния того или иного объекта). Сама сущность методов (неразрушающие) предопределяет целесообразность их применения во всех случаях, когда нельзя однозначно судить о качестве того или иного объекта. С этой целью предложены различные диаграммы сравнения эффективности неразрушающих методов, позволяющие в каждом конкретном случае выбрать группу наиболее подходящих методов контроля.

Технические измерения деталей применяются для определения геометрических параметров деталей, величины износа деталей, оценки деформации, определения взаимного положения деталей и их поверхностей, оценки качества поверхности, измерения глубины коррозионного поражения и т.д. Под измерением понимают нахождение значений физической величины опытным путем с помощью специально для этого предназначенных технических средств. Технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерений. К основным метрологическим показателям средств измерений (метрология - наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства) относятся: деление шкалы прибора, длина (интервал) деления шкалы, цена деления шкалы, диапазон показаний, диапазон измерений, предел измерений, измерительная сила, предел допустимой погрешности средства измерения, стабильность измерения, чувствительность измерительного прибора, поправка.

Основные принципы измерений, способы выражения точности измерений, методы учета погрешностей измерений стандартизированы и детально изложены в специальных курсах. При ремонте используют соответствующую техническую документацию, руководства по ремонту. К этой документации относятся таблицы зазоров и натягов, таблицы сочленяющихся деталей, карты измерения деталей.

Карты измерения деталей являются руководящим документом для назначения соответствующих ремонтных технологических операций или отбраковки деталей, вышедших за пределы допуска для восстановления.

Способы и схемы измерений определяются размерными параметрами общего вида. К ним относятся: отклонения расположения и формы; волнистости и шероховатости поверхности; размеры гладких цилиндрических соединений; размеры, входящие в размерные цепи; размеры конических соединений и угловые размеры; размеры резьбовых соединений и передач; размерные параметры зубчатых и червячных передач; размеры шпоночных и шлицевых соединений.

Основные принципы выбора заключаются в следующем: точность измерительного средства должна быть выше точности выполнения измеряемого параметра изделия, а трудоемкость измерений и их стоимость должны быть возможно более низкими. Рекомендуется соотношение между погрешностью метода измерения и допуском изделия выбирать в пределах от 1: 10 до 1: 5. Во всех случаях измерений необходимо сопоставить ожидаемую погрешность результата с допуском или заданным значением измеряемого параметра. Допустимые погрешности измерений δ_измв зависимости от допуска на изготовление изделия Δ_изди номинального измеряемого.

По расчетной предельной погрешности измерений можно выбрать подходящее средство измерений по справочникам или в специальной литературе.

При выборе средств измерений следует также учитывать организационно-технические условия контроля, т.е. процесса получения и обработки информации об объекте для определения его годности или необходимости введения управляющих воздействий на факторы, влияющие на объект. Так, при контроле идентичных деталей, подвергающихся одним и тем же технологическим воздействиям, можно ограничиться выборочным контролем с применением обычных простых измерительных средств. При большом различии контролируемых параметров, например при сортировке деталей, на годные для ремонта и негодные, применяется 100% -ый контроль. В этом случае необходимо использовать высокопроизводительные измерительные средства и специальные механизированные или автоматизированные устройства, с помощью которых осуществляют контактный метод измерения, при котором происходит непосредственный контакт детали с измерительным элементом, или бесконтактный.

При окончательном контроле прошедших ремонт деталей для выявления брака применяют комплексный метод измерений и соответствующие средства измерений.

Выбор универсальных, механизированных или автоматических средств измерений зависит от объема производства и стабильности измеряемых параметров. Соответственно колеблется и производительность измерений - от 600 - 3000 при измерении универсальными измерительными средствами до 25 - 30 тыс. при измерении автоматами.

При ремонте деталей наибольшее распространение получили универсальные измерительные приборы и инструменты. По принципу действия они могут быть разделены на следующие виды.

. Механические приборы - линейки, штангенциркули, пружинные приборы, микрометрические и т.д. Как правило, механические приборы и инструменты отличаются простотой, высокой надежностью измерений, однако имеют сравнительно невысокую точность и производительность контроля.

. Пневматические приборы - длиномеры. Этот вид приборов используется в основном для измерений наружных и внутренних размеров, отклонений формы поверхностей (в том числе внутренних), конусов и т.п. Пневматические приборы имеют высокую точность и быстродействие. Ряд измерительных задач, например точные измерения в отверстиях малого диаметра, решается только приборами пневматического типа. Однако приборы этого вида чаще всего требуют индивидуальной тарировки шкалы с использованием эталонов.

. Электрические приборы. Они получают все большее распространение в автоматической контрольно-измерительной аппаратуре. Перспективность приборов обусловлена их быстродействием, возможностью документирования результатов измерений, удобством управления.

. Оптические приборы - окулярные микрометры, измерительные микроскопы, коллимационные и пружинно-оптические приборы, проекторы, интерференционные средства и т.д. С помощью оптических приборов достигается наивысшая точность измерений. Однако приборы этого вида сложны, их настройка и измерение требуют больших затрат времени. Приборы дороги и часто не обладают высокой надежностью и долговечностью.

Основным элементом электрических измерительных приборов является; измерительный преобразователь (датчик), воспринимающий измеряемую величину и вырабатывающий сигнал измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования и интерпретации. Преобразователи (датчики) классифицируются на электроконтактные, электроконтактные шкальные головки, пневмоэлектроконтактные, фотоэлектрические, индуктивные, емкостные, радиоизотопные, механотронные.

Промышленность выпускает нормализованные узлы средства втоматического контроля, что позволило создать блочную конструкцию автоматических измерительных средств. Помимо преобразователя, такие средства содержат измерительную станцию, пороговое, загрузочное, транспортирующее, запоминающее, исполнительное (сортировочное) и преобразующее устройства.

Общим направлением развития измерительных средств для мелкосерийного, индивидуального и специализированного производства является создание универсальных сборных, легко переналаживаемых приспособлений, состоящих из агрегатных узлов серийного производства. Такие узлы сборных приспособлений широко выпускаются как в нашей стране, так и за рубежом. Выбор тех или иных узлов и приспособлений производят по соответствующей справочной литературе.

Все большее распространение получают автоматическое и автоматизированное технологическое оборудование, станки и инструмент. Технологическим процессом на таком оборудовании управляют с помощью средств активного контроля.

Активный контроль производится до обработки детали на технологическом оборудовании (защитно-блокировочные устройства), в процессе обработки и после обработки - для подналадки оборудования. Наиболее разработаны средства активного контроля при абразивной обработке деталей, токарных, фрезерных и других технологических операциях, при шлифовании и хонинговании, которые широко используются в авиаремонтном производстве и, как правило, являются заключительной операцией ремонта детали.

Активный контроль позволяет увеличить производительность труда, уменьшить количество брака. Однако необходимо иметь в виду, что средства активного контроля целесообразно применять только в том случае, если исполнительные органы технологического оборудования могут воспринимать и осуществлять с заданной точностью принятые команды.

1.3 Применение физических методов контроля

Методы неразрушающего контроля в зависимости от физических явлений, положенных в их основу, подразделяются на девять основных видов: магнитный, электрический, вихретоковый, радио-волновой, тепловой, оптический, радиационный, акустический, проникающими веществами (капиллярные и течеискания).

Среди перечисленных видов наиболее широкое распространение при техническом обслуживании и ремонте ЛА получили акустические, магнитные, оптические, радиационные, вихретоковые, проникающими веществами - капиллярные и течеисканием.

1.3.1 Оптические методы контроля

Физической основой оптических методов контроля (ГОСТ 23479-79) является взаимодействие электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 10^-5 до 10³ мкм с объектом контроля. Это взаимодействие связано с поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией и другими оптическими эффектами. Методы используются 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 (УФ), инфракрасного (ИК) 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. 1.2) - точные оптические приборы со встроенным источником света, используемые для визуальной проверки внутренних поверхностей, скрытых от 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.

Рисунок 1.2 - Схема технического эндоскопа

Например, приборы типа РВП могут быть использованы для осмотра внутренних полостей узлов и трубопроводов диаметром 1,5-1,7 см, внутренних элементов крыла, стабилизаторов и т.д. при увеличении 0,9-15,5 и разрешающей способности 5-70 мм^-1.

Приборы типа ПДК (перископический дефектоскоп) представляют собой специализированные устройства для дистанционного контроля камер сгорания (с подходом через отверстия форсунок), узлов крепления силовых установок и других деталей и узлов. Для безразборной диагностики отдельных деталей и узлов авиадвигателей используют эндоскопы Н-280, Н-320 и др.

Наиболее совершенные технические эндоскопы снабжены световодом, выполненным в виде жгута из прозрачных диэлектрических стержней и волокон (рис.1.3). 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, оно будет передано на другой конец. 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.

Рисунок 1.3 - Эндоскоп с гибким световодом:  - кабель питания; 2 - головка с объективом; 3 - окно подсвета; 4 - окно наблюдения; 5 - световод; 6 - проектор; 7 - трансформатор; 8 - шнур питания лампы; 9 - окуляр; 10 - устройства управления световодом; 11 - рукоятка

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.

В практике ремонтного производства технические эндоскопы используются для проверки рабочей поверхности гильз цилиндров, головок поршней, клапанов поршневых авиадвигателей, камер сгорания, лопаток турбин, соединительных муфт, внутренних поверхностей баков, стенок и полок лонжеронов планера ЛА и т.д. Развитие голографии позволяет надеяться, что в ближайшее время появятся эндоскопы с объемным голографическим изображением контролируемого объекта (рис.1.4).

Рисунок 1.4 - Схема получения голограмм с помощью волоконных световодов:  - зеркало; 2 - фотопластинка; 3, 5 - световоды; 4 - объект контроля; 6 - светоделительное зеркало; 7 - лазер

1.3.2 Методы течеискания

Многочисленные системы ЛА должны удовлетворять требованиям внешней и внутренней герметичности. Особенно высокие требования предъявляются к герметичности топливных и гидрогазовых систем, системы жизнеобеспечения пассажиров и экипажа. Основным методом контроля герметичности является течеискание - вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации индикаторных веществ (жидкостей или газов), проникающих в сквозные дефекты контролируемого объекта.

По характеру взаимодействия физических полей или веществ с контролируемым объектом течеискание может быть вакуумным и компрессионным. Первый метод основан на регистрации падения вакуума в замкнутом объеме контролируемого объекта из-за наличия дефектов, второй - на регистрации параметров индикаторной жидкости и газов, проникающих под давлением через дефекты контролируемого объекта.

В зависимости от способа индикации первичной информации методы течеискания делят на пузырьковый, манометрический, галоидный, газоаналитический, высокочастотного разряда и химический. Наиболее широко распространены первые три метода.

Среди технических средств течеискания наибольшей чувствительностью обладает гелиевый течеискатель, в котором в качеств рабочего тела используется гелий, а в качестве детектора - масспектрометр. Такой течеискатель обнаруживает присутствие 1 части гелия в 10 млн. частей воздуха, что соответствует утечке не более 10 см³ в год при нормальных температуре и давлении.

При пузырьковом методе течеискания испытуемое изделие погружается в жидкость и в него подается под давлением газ. Способ основан на регистрации пузырьков индикаторного газа или жидкости, проникших через дефекты контролируемого объекта. Чувствительность пузырькового метода в значительной степени зависит от выбора газа и жидкости. При использовании воды и воздуха чувствительность метода невысока, так как воздушные пузырьки в воде растут медленно и их отрыв от поверхности происходит при достижении пузырьками достаточно больших размеров. Наибольшая чувствительность метода достигается при использовании в качестве газа водорода. Для ускорения пузырьковых испытаний можно рекомендовать наложение на проверяемое изделие низкочастотной вибрации 10-20 Гц.

При манометрическом методе измеряется давление индикаторной жидкости, газа или рабочего тела контролируемого объекта с использованием в качестве индикатора манометров.

В практике ремонта воздушных судов манометрический метод применяется для определения как внешней, так и внутренней негерметичности. Например, при испытании герметичности кабины ЛА после подготовительных операций к специальному штуцеру на внешней стороне обшивки фюзеляжа, снабженному обратным клапаном, подключают наземный источник наддува. Скорость нарастания давления ограничена, обычно она не должна превышать 15 МПа/мин. После достижения нужного перепада давлений и выдержки при этом давлении в течение нескольких минут перекрывается доступ воздуха. По секундомеру и манометру определяют время и величину падения давления (для каждого типа ЛА они указываются в соответствующей документации). Манометрический метод дает общую оценку герметичности изделия, но не Позволяет определить место течи.

Галоидный способ течеискания основан на регистрации индикаторного газа по увеличению эмиссии ионов примесей щелочных металлов (галоидный эффект, обусловленный изменением условий поверхностной ионизации) или по изменению цвета газового пламени при проникновении галоидов в сквозные дефекты контролируемого объекта.

Для галоидного течеискания изделие подвергают опрессовке галоидосодержащим газом (фреон, четыреххлористый углерод, хлороформ) при небольшом избыточном давлении, т.е. используют компрессорный метод течеискания. Поиск течи осуществляют обычно с помощью галоидного течеискателя (ГТИ), блочная схема которого приведена на рис.1.5 Датчиком прибора является диод с платиновыми электродами. Вентиляционное устройство непрерывно протягивает воздух через межэлектродное пространство датчика. Попадание в это пространство галоидов резко увеличивает ионный ток между электродами датчика.

Рисунок1.5 - Блочная схема галоидного течеискателя: 1 - датчик; 2 - усилитель постоянного тока; 3 - предварительный усилитель; 4 - генератор звуковых колебаний; 5 - усилитель низкой частоты; 6 - выпрямитель; 7 - стабилизатор напряжения; 8 - трансформатор; 9 - электродвигатель; Т - телефон

Напряжения питания электродов датчика и элементов измерительной системы и величина ионного тока регистрируются измерительным блоком. Индикация течи производится стрелочным прибором. Для большего удобства работы прибор снабжен звуковым индикатором, на выходе которого включен телефон. При ремонте галоидный способ успешно применяется для проверки герметичности и поиска мест течи баков-кессонов.

1.3.3 Капиллярные методы неразрушающего контроля

Капиллярные методы НК (методы проникающих жидкостей) основаны на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных дефектов и регистрации индикаторного рисунка.

По способу получения первичной информации капиллярные методы делят на следующие.

. Цветной (хроматический) метод, основанный на регистрации цветного контраста индикаторной жидкости или газа и фона поверхности контролируемого объекта.

. Люминесцентный метод, основанный на регистрации параметров флуоресцирующей индикаторной жидкости, проникающей в полости дефектов при облучении ультрафиолетовыми лучами.

. Люминесцентно-цветной метод, основанный на регистрации параметров индикаторной жидкости, проникающей в полости дефектов в видимом свете или при облучении ультрафиолетовыми лучами.

. Метод фильтрующихся частиц, основанный на регистрации яркостного и цветового контрастов, скопления индикаторных частиц в зоне дефекта на поверхности контролируемого объекта.

. Яркостный (ахроматический) метод, основанный на регистрации яркостного контраста индикаторной жидкости или газа и фона поверхности контролируемого объекта.

При ремонте ЛА наибольшее распространение получили первые три метода, которые применяют для определения поверхностных дефектов типа трещин, пор, рыхлот, неспаев, волосовин и т.п. на поверхностях деталей сложной конфигурации из жаропрочных неферромагнитных материалов, алюминиевых, магниевых сплавов, сплавов на основе меди, а также из пластмасс. Выявляются трещины шириной раскрытия 0,001 мм и более и глубиной 0,01 мм и более.

Сущность методов заключается в следующем. На предварительно очищенную контролируемую поверхность детали наносят жидкость с большой смачивающей способностью и большим капиллярным давлением, которое заставляет жидкость проникать в мельчайшие поверхностные трещины и поры (рис.1.6). Скорость затекания жидкости в полость дефекта определяется поверхностным натяжением, углом смачивания и вязкостью жидкости. Заполнение полостей дефектов может производиться при пониженном давлении в полостях (вакуумный метод), при воздействии на проникающую жидкость повышенного давления или ультразвуковых колебаний (компрессионный и ультразвуковой методы), при статическом нагружении объекта контроля (в пределах упругости) с целью раскрытия трещины (деформационный метод).

Рисунок 1.6. - Схема капиллярной дефектоскопии: а - нанесение индикаторной жидкости; б - удаление излишков жидкости; в - нанесение проявляющей смеси; г - наблюдение индикаторного рисунка

В проникающую жидкость в качестве индикатора добавляют либо краситель (при цветном методе), либо люминесцирующую добавку-люминофор (при люминесцентном методе). После проникновения жидкости в капиллярные дефекты (для чего деталь выдерживают в проникающей среде некоторое время) избыток жидкости, остающийся на поверхности, удаляют. Какая-то часть проникающей жидкости с введенным в нее красителем или люминофором остается в дефекте. Далее на поверхность детали наносят проявляющий слой (проявитель), например порошок с большой абсорбирующей способностью. Нанесенное на поверхность вещество абсорбирует оставшуюся в дефекте жидкость и при этом либо окрашивается в яркий цвет красителя в месте расположения дефекта (при цветном методе), либо смачивается жидкостью с люминесцирующей добавкой, которая при облучении ультрафиолетовыми лучами начинает флуоресцировать.

Чувствительность капиллярных методов дефектоскопии зависит от следующих факторов: выбора красителей или люминофора, смачивающей способности основного компонента, свойств абсорбирующего вещества и качества подготовки поверхности детали. Методики цветного, люминесцентного и люминесцентно-цветного контроля отличаются некоторыми особенностями.

1.3.4 Цветной контроль

При цветном контроле деталь или часть ее поверхности перед началом обработки проникающей жидкостью очищают от лакокрасочных покрытий, масла, стружки и других загрязнений. Применять механические методы очистки не следует, так как при этом в результате контактных деформаций поверхностного слоя вскрытие дефектов может существенно уменьшиться. Проникающая жидкость с добавкой красителя (индикаторная краска) наносится на поверхность детали кисточкой или погружением детали в жидкость. После выдержки в течение 5 - 10 мин жидкость удаляют с поверхности водой либо растворителем в зависимости от применяемых дефектоскопических материалов.

После очистки поверхности детали на нее путем напыления или мягкой кисточкой наносят слой белой проявляющей смеси. Через 15 - 20 мин на белом фоне в местах расположения дефектов появляются характерные яркие полоски или пятна. Трещины обнаруживаются в виде тонких линий, степень яркости которых зависит от глубины трещин. Поры проявляются в виде точек различной величины, а межкристаллитная коррозия - в виде тонкой сетки. Очень мелкие дефекты можно наблюдать через лупу или бинокулярный микроскоп.

По окончании контроля проявляющую смесь удаляют с поверхности, протирая деталь ветошью, смоченной в растворителе, затем присушивают.

Д - М и Д - В - для контроля деталей при температуре от+5° С и выше;

Е - Г - для контроля деталей при температуре от +5 до - 40° С;

К - М - для контроля деталей при температуре от +50 до - 50° С.

Дефектоскопические материалы могут находиться в обычной посуде, а также в аэрозольных флаконах, что делает их использование особенно удобным.

1.3.5 Люминесцентный контроль

При люминесцентном контроле после очистки на поверхность детали наносят флуоресцирующую проникающую жидкость, для чего деталь погружают в резервуар. После нанесения жидкости детали выдерживают на воздухе 5 - 10 мин, чтобы раствор мог проникнусь в микроскопические дефекты на ее поверхности. Удаляют раствор, обдувая деталь сжатым воздухом, промывая струей воды или обтирая ветошью, смоченной в растворителе. После промывки деталь просушивают при 50° С. Для ускорения выхода из плоскости дефекта на поверхность флуоресцирующей жидкости поверхность опыляют дисперсным порошком, обладающим абсорбирующими свойствами (сухой проявитель), либо погружают в ванну с "мокрым" проявителем.

При использовании сухого проявителя обычно применяют окись магния, силикагель или тальк. Опыленную деталь выдерживают в течение 8 - 10 мин. Продолжительность выдержки зависит от качества адсорбирующего порошка и характера (глубины) трещины. После этой операции излишки порошка удаляют. Адсорбирующий порошок, пропитанный флуоресцирующей жидкостью, остается лишь в местах расположения дефектов. Облучая деталь ультрафиолетовыми лучами, уточняют расположение дефекта на темной поверхности детали в виде яркого свечения различных цветов и оттенков (например, темно-зеленого, зелено-голубого в зависимости от применяемых люминофоров).

Дефектоскопические материалы для люминесцентной дефектоскопии также применяют комплектно. Они включают проникающую индикаторную (люминесцентную) жидкость, очищающую жидкость и проявитель.

Так, комплект "Люм-1 водосмываемый" предназначен для выявления главным образом тонких несплошностей при высокой производительности труда, обеспечиваемой водосмываемостью материалов.

Комплект "Люм-2 с последующей эмульсификацией" предназначен для выявления микроскопических и более крупных раскрытых на поверхности несплошностей при индивидуальном контроле деталей. Этим комплектом могут быть выявлены слабозаметные неровности (царапины, следы обработки режущими инструментами и т.п.) благодаря высокой липкости люминесцирующего раствора.

1.3.6 Люминесцентно-цветной контроль

Является комбинированным методом, совмещает и расширяет возможность выявлять поверхностные дефекты в дневном и невидимом ультрафиолетовом свете с наивысшей чувствительностью без применения при осмотре оптики (за редким исключением)

Этот метод позволяет усовершенствовать люминесцентный метод с помощью диффузионно-сорбционного пленочного проявления и применения красной люминесценции, использовать водосмываемую индикаторную жидкость, снизить токсичность составов.

Люминесцентно-цветной метод обладает следующими особенностями:

дефекты выявляются либо по люминесцентному, либо по цветному способу, т.е. при ультрафиолетовом, дневном или смешанном освещении;

выявляются весьма малые по раскрытию на поверхности трещины (порядка 1 мкм);

применяемая индикаторная жидкость сохраняет способность флуоресцировать после высыхания проявителя;

смывающее вещество (очиститель) плохо смачивает металл, но является растворителем индикатора, что обеспечивает удаление последнего лишь с поверхности изделия;

проявитель представляет собой нитроцеллюлозное, быстросохнущее вещество, в которое при высыхании переходит флуорокраситель индикаторной жидкости.

Флуорокраситель при этом сохраняет способность люминесцировать, имеет достаточную адгезию. При нанесении пленки повышенной толщины возможно ее отделение от контролируемой поверхности для документации результатов дефектоскопии.

Технология контроля описываемым способом сводится к следующей последовательности:

)        обезжиривание поверхности растворителями;

2)      нанесение проникающей индикаторной жидкости кистью или любым другим методом;

)        промывка детали проточной холодной водой с последующим тщательным протиранием марлевым тампоном, смоченным очищаемой жидкостью;

)        проявление дефектов нанесением ровного одинарного тонкого слоя проявителя. Наиболее удобны для этой цели аэрозольные флаконы;

)        осмотр в видимом дневном свете (ДС) либо фильтрованном ультрафиолетовом (УФС).

При осмотре деталей в ДС дефекты представляются, пурпурно-красными следами на белом фоне. При осмотре в УФС дефекты имеют вид ярких оранжево-красных следов на темном фиолетовом фоне. Наивысшая чувствительность достигается при осмотре в возможно более концентрированных пучках УФС (так называемая первая ступень чувствительности).

В комплект дефектоскопических люминесцентно-цветных материалов входят: проникающая жидкость, очищающая жидкость, проявляющий лак. Комплекты дефектоскопических материалов имеют сложный состав. При ремонте ЛА используют комплекты типа АЭРО.

Все материалы для капиллярной дефектоскопии необходимо контролировать по специальным методикам. В частности, контролируется качество люминесцирующих жидкостей (интенсивность люминесценции концентрата, оценка цвета, смачивающая способность и критическая толщина слоя раствора, дающего люминесценцию), проверяется качество индикаторных жидкостей и проявляющих порошков. Кроме того, на конечном этапе контроля необходимо проверять выявляемость эталонных дефектов. Необходимость контроля качества материалов для капиллярной дефектоскопии обусловливается определенной субъективностью метода, зависимостью выявляемости дефектов от цветного и светового контраста и даже остроты зрения или психологического состояния наблюдателя-дефектовщика.

1.4 Акустический неразрушающий контроль

К акустическому НК относят многочисленные методы, основанные на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых и (или) возникающих в контролируемом объекте [4].

По характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом акустический вид НК делят на методы прошедшего излучения, отраженного излучения (эхо-метод), резонансный, импедансный, свободных колебаний и акустико-эмиссионный.

Для целей НК в настоящее время используют упругие колебания частотой от нескольких десятков до миллионов герц. При частоте колебаний, например, 10⁹ Гц в твердых телах возбуждаются волны длиной около 1 мкм, что и определяет высокое разрешение метода. Акустический контроль применяют для обнаружения несплошностей (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 для решения многих других дефектоскопических и измерительных задач. По универсальности это один из лучших методов НК, который может применяться для исследования как твердых, так и жидких тел.

Чаще всего для контроля деталей и узлов ЛА используют ультразвуковой вид акустического НК. Излучение и прием ультразвуковых колебаний (УЗК) осуществляют с помощью пьезоэлектрических преобразователей - специальных пластинок из кварца, сульфата лития, титаната бария и т.п. Пьезоэлектрический преобразователь является основным элементом искателя - устройства, предназначенного для излучения и (или) приема акустических колебаний и входящего в комплект ультразвукового дефектоскопа.

Ультразвуковые колебания (УЗК), генерируемые пьезопреобразователем, представляют собой импульс, или, точнее, волновой пакет, основная частота которого соответствует собственной частоте колебаний пластины. Для контроля объектов применяют несколько видов ультразвуковых волн: продольные, поперечные и поверхностные.

Продольными называют такие волны, в процессе прохождения которых через некоторую среду частицы среды смещаются в направлении движения волн. Эти волны иногда называют также волнами расширения или сжатия, или невращающимися волнами. В поперечных, или сдвиговых, волнах частицы среды колеблются в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волн.

При определенных условиях УЗК с достаточно большой амплитудой могут распространяться по поверхности. Перемещение частиц в этом случае происходит в продольном и поперечном направлениях. Колебания происходят в плоскости направления распространения волн и нормали к поверхности тела.

Потеря энергии при прохождении УЗК через вещество обусловлена четырьмя основными процессами: теплопроводностью, внутренним трением, упругим гистерезисом и рассеянием. Потери зависят главным образом от частоты ультразвуковых колебаний, структуры материала, а также геометрических особенностей детали.

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.

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 детали в строго определенном направлении с учетом геометрических особенностей контрольного участка и характера искомого дефекта. В некоторых случаях при отсутствии доступа к участкам возникновения дефектов бывает целесообразным использовать побочные поверхности деталей, которые могут способствовать преломлению падающих на них колебаний в необходимом по отношению к дефекту направлении. Влияние формы импульса и его частоты на распределение отраженной от дефекта и рассеянной энергии носит весьма сложный характер. Однако для получения достаточного по амплитуде отражения от дефекта колебания должны иметь длину волны по крайней мере одного порядка с размерами дефекта. Следовательно, для обнаружения небольших дефектов частоту следует увеличивать.

При контроле деталей ЛА [5] используется ряд методов акустической дефектоскопии (рис.1.7). При контроле по методу прошедшего излучения (теневом) УЗК, как правило, вводятся с одной стороны, а принимаются с другой, а в зеркальном варианте - с одной. УЗК, встретившие на 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.

Рисунок 1.7 - Схема работы импульсного ультразвукового дефектоскопа

Развитие теневого метода связано с возможностями визуализации волнового поля для получения изображения контролируемого участка деталей, изготовленных из оптически непрозрачных материалов.

 

.4.1 Метод отраженного излучения (эхо-метод)

Метод отраженного излучения (эхо-метод) получил в настоящее время наибольшее распространение.

При испытаниях по этому методу в изделие через связывающую среду вводится направленный импульс УЗК. Ультразвуковые волны отражаются от противоположной поверхности изделия, и отраженный сигнал (эхо-сигнал, или "донный" импульс) воспринимается преобразователе.

Излучающий преобразователь можно одновременно использовать в качестве приемника сигналов. Наличие в изделии дефекта (несплошности) сопровождается возникновением отраженного сигнала. Интервал между вводом в изделие начального импульсу и приемом отраженного сигнала измеряется и наблюдается на экране дефектоскопа. Об очертаниях дефекта можно судить на основании положения и амплитуды отраженного от него импульса.

Реальные схемы эхо-дефектоскопов различны в зависимости от способа индикации и способа представления окончательной информации о дефектах.

Импульсный эхо-метод находит все более широкое применение при ремонте авиационной техники. Этим методом проверяются лопатки роторов турбин и компрессоров авиационных двигателей, контролируются цапфы осевых шарниров втулок роторов вертолетов, цилиндры двигателей внутреннего сгорания, барабаны колес, ответственные крепежные и некоторые другие детали. Однако следует отметить, что импульсный эхо-метод 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 эхо - методом становится проблематичной.

1.4.2 Резонансный метод

Резонансный метод основан на регистрации параметров резонансных колебаний, возбуждаемых в контролируемом объекте.

Метод позволяет, определяя резонансные частоты системы, измерить толщину изделий (например, толщину стенок резервуаров) в контролируемой зоне, обнаружить некоторые дефекты в этой зоне (например, расслоение), определить уровень жидкости в закрытых резервуарах.

При контроле резонансным методом для возбуждения преобразователя используют настраиваемый генератор переменной частоты. Если изделие имеет толщину, соответствующую резонансным частотам в пределах диапазона настройки генератора, то в момент прохождения резонансных частот изделие будет вибрировать в резонанс с искателем, что приведет к увеличению энергии, выделяемой преобразователем. Это увеличение энергии можно измерить. Резонанс при подобных испытаниях наступает в том случае, если толщина изделия равна целому числу полуволн упругой акустической волны.

Наибольшее практическое применение резонансный метод нашел при контроле паяных, клеевых и клеемеханических соединений.

1.4.3 Импедансный метод

Импедансный метод является в настоящее время одним из самых надежных и перспективных для контроля конструкций из слоистых элементов, все более широко применяемых в современных летательных аппаратах. Он основан на использовании зависимости полного механического сопротивления (импеданса) контролируемого изделия от качества соединения отдельных его элементов между собой. Изменение входного импеданса системы может быть обнаружено, например, по изменению амплитуды (прибор ИАД-2) или фазы силы реакции (прибор ИАД-3), оказываемой на датчик, возбуждающий в изделии упругие, главным образом изгибные колебания. Датчиком является стержень, совершающий продольные колебания. Если стержень контактирует с участком обшивки, жестко склеенной с внутренним листом, вся конструкция колеблется как единое целое и механическое сопротивление (механический импеданс), оказываемое изделием стержню, определяется жесткостью всей конструкции. При этом сила реакции изделия на стержень имеет значительную величину. Если стержень расположен над дефектом соединения, то участок обшивки колеблется независимо от внутреннего листа-подложки и сила реакции резко уменьшается. Изменение силы реакции фиксируется пьезоэлементом на конце датчика (рис.1.8).

Рисунок 1.8 - Блок-схема импедансного акустического дефектоскопа ИАД-3: 1-излучающий пьезоэлемент; 2 - силоизмерительный пьезоэлемент; 3 - сигнальная лампочка

Техника контроля импедансным акустическим прибором весьма проста и заключается в том, что предварительно настроенный в резонанс (резонансный режим) или не в резонанс (нерезонансный режим) датчик перемещается по контролируемой поверхности.

Изменение силы реакции фиксируется загоранием лампочки или с помощью стрелочного индикатора. Возможен также контроль изделий в полуавтоматическом режиме (дефектоскоп АД-40И).

Режим работы выбирают в зависимости от свойств контролируемых материалов, особенностей конструкции, толщины.

Для контроля описанным выше методом отечественной промышленностью и за рубежом выпускается обширная номенклатура дефектоскопов и измерителей толщин при одностороннем доступе. В практике ультразвукового контроля деталей и агрегатов ЛА применяются универсальные дефектоскопы УДМ-3, ДУК-66, ДУК-66П и ДУК-13ИМ (с комбинированным питанием), специализированные дефектоскопы ДУК-8М, АД-404, УЗДЛ, толщиномеры УТ-30К, УТ-31МЦ и др.

1.4.4 Метод акустической эмиссии

В последнее время получает распространение метод акустической эмиссии. В настоящее время этот метод привлекает внимание исследователей и практиков и является одним из наиболее динамично развивающихся. Метод успешно применяется для контроля сосудов высокого давления, тонкостенных оболочек и т.д. Соответствующая аппаратура начинает использоваться для контроля и управления некоторыми технологическими процессами.

Интерес к методу акустической эмиссии обусловлен прежде всего тем, что он позволяет определить наличие, величину и месторасположение развивающихся микротрещин, причем дистанционно с значительным быстродействием. Применительно к практике технического обслуживания и ремонта ЛА использование метода акустической эмиссии может явиться одним из интегральных способов оценки технического состояния планера и основных силовых узлов в связи с развитием усталостной повреждаемости конструкции при длительной эксплуатации.

Акустическая эмиссия - это явление распространения в твердом теле волн упругой деформации вследствие освобождения энергии при пластической деформации или разрушении (изломе) локального объема.

Акустическая эмиссия в металле представляет собой волны упругой деформации небольшой амплитуды, создаваемые дискретными (разрывными, прерывистыми) движениями, которые сопутствуют неупругой деформации и развитию трещины. Волны упругой деформации, являющиеся результатом деформации или развития источников разрушения, обнаруживаются как небольшие смещения на поверхности контролируемого объекта. Явления акустической эмиссии возникают и при внешнем трении сопряженных поверхностей, формируя ультразвуковую часть спектра модулирующего поля, а также при технологической обработке поверхностного слоя деталей.

Обнаружение волн акустической эмиссии осуществляется непосредственно путем присоединения пассивных пьезоэлектрических датчиков к поверхности, преобразования и считывания быстрых электрических импульсов, вызванных смещением чувствительного элемента датчика в виде ряда одиночных импульсов или количества энергии. Принятые импульсы или сигналы имеют сравнительно высокую частоту - в пределах от 100 кГц до 1 МГц и более.

Аппаратура для неразрушающего контроля эмиссионным методом содержит чувствительные высокочастотные преобразователи (приемные элементы), фильтры для устранения фоновых посторонних шумов, усилители с высоким коэффициентом усиления и малым уровнем собственных шумов, выходные устройства (регистраторы, счетно-решающие устройства и т.п.).

.        Оборудование, фиксирующее только скорость (темп) и общее число вспышек акустической эмиссии. Полученные данные накапливаются для последующего анализа.

2.      Оборудование, содержащее анализаторы для автоматического или полуавтоматического определения относительного времени поступления сигналов на различные преобразователи в реальном масштабе времени и последующей ручной обработки.

.        Автоматическое оборудование, включающее в себя специализированную ЭВМ, с помощью которой немедленно определяется месторасположение и мощность источника импульсов акустической эмиссии.

1.5 Магнитные методы неразрушающего контроля

Методы основаны на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. При ремонте ЛА чаще всего используют следующие виды магнитного контроля (классифицируемые но способу получения первичной информации): магнитопорошковый, магниторезисторный (магнитоферрозондовый), магнитографический.

 

.5.1 Магнитопорошковый метод

Магнитопорошковый метод (метод магнитных частиц) основан на обнаружении магнитных полей рассеяния с помощью ферромагнитных порошков. Он широко используется на авиаремонтных предприятиях для обнаружения дефектов в виде нарушения сплошности на ферромагнитных деталях как выходящих на поверхность (видимых), так и лежащих на небольшой глубине под поверхностью (до 3 мм в зависимости от характера дефекта, режима и способа контроля). Магнитопорошковым методом наиболее просто определяются закалочные, термические, шлифовочные, усталостные и усадочные трещины, неметаллические включения, ковочные дефекты и т.п. в виде нарушения сплошности с шириной раскрытия 0,001 - 0,03 мм и глубиной 0,01 - 0,04 мм.

При контроле используются как обычные, или окрашенные, ферромагнитные порошки, так и магнитолюминесцентные - для контроля деталей, имеющих темную, а также блестящую поверхность.

Если дефект поверхностный или расположен близко к поверхности, то на его месте при намагничивании возникает пара магнитных полюсов, удерживающих на поверхности нанесенные магнитные частицы (порошок). В результате образуется изображение контуров дефекта, определяющее его расположение и протяженность.

Состояние поверхности контролируемого изделия существенно влияет на обнаружение дефектов магнитопорошковым методом (особенно это относится к под поверхностным дефектам). Поверхность должна быть чистой, сухой и свободной от коррозии.

Магнитопорошковый метод допускает контроль деталей после оксидирования, окраски или нанесения металлического покрытия (цинкование, кадмирование, хромирование). Если толщина покрытия более 30 мкм, при контроле могут быть выявлены только грубые дефекты. Поверхностные дефекты, как правило, вызывают образование порошковых рисунков с резкими очертаниями, под поверхностным дефектам обычно соответствуют рисунки с менее резкими очертаниями.

Напряженность поля рассеяния от дефектов определяется различными факторами: величиной намагничивания, магнитной проницаемостью материала и формой изделия, формой, размером, расположением и ориентацией дефектов.

После магнитного контроля необходимо снять остаточное намагничивание (магнитное поле может вызвать ошибки в показаниях компаса и других чувствительных электрических приборов, а также интенсифицировать процессы поверхностного разрушения контактирующих деталей). Для этого изделие подвергают действию переменного магнитного поля, непрерывно уменьшающегося по величине.

Применяют три способа намагничивания детали.

.        Циркулярное намагничивание, когда через деталь или проводник, на который надета испытуемая деталь, пропускают ток. При этом создается магнитное циркулярное поле, плоскость которого перпендикулярна к направлению тока, протекающего по детали или проводнику. Метод удобен при контроле деталей малого диаметра и большой длине с продольными дефектами.

2.      Продольное намагничивание, когда деталь помещают между полюсами электромагнита или в поле соленоида. Метод эффективен при контроле деталей из магнитотвердых материалов с коэрцитивной силой около 795 А/м (10 Э).

.        Комбинированное намагничивание (продольное и циркулярное), что позволяет контролировать детали с любой ориентацией дефектов.

Применяют также намагничивание в приложенном магнитном поле, когда контроль осуществляется без вынесения детали из поля электромагнита. Этот метод пригоден для контроля магнитомягких материалов.

Для намагничивания используется постоянный, переменный, однополупериодный выпрямленный и импульсный токи, причем интенсивность магнитного поля зависит от величины тока. Напряжение источника тока должно быть сравнительно низким в целях безопасности работы и сведения к минимуму возможности повреждения изделия.

Постоянный ток создает магнитное поле, глубоко проникающее в металл. Действие магнитного поля, создаваемого высокочастотным переменным током, ограничено в силу поверхностного эффекта лишь наружными слоями металла. Поэтому переменный ток находит наибольшее применение при выявлении поверхностных дефектов.

1.5.2 Феррозондовая дефектоскопия

Феррозондовая дефектоскопия основана на измерении полей рассеяния от дефектов с помощью чувствительных к магнитным полям датчиков (феррозондов).

Современные феррозондовые датчики состоят из двух одинаковых полузондов, каждый из которых представляет собой пермаллоемый сердечник с двумя катушками. Одна из катушек служит для возбуждения в сердечнике переменного магнитного потока, а вторая - для измерения э. д. с. Если сердечник находится только в магнитном поле катушки возбуждения, то э. д. с. второй катушки содержит составляющие нечетных гармоник и, в частности, первой гармоники, определяемой частотой тока, питающей катушку возбуждения. При введении феррозондов в исследуемое магнитное поле изменяется э. д. с. измерительной катушки и в ее составе одновременно появляются гармоники (в частности, вторая), величина которых обусловлена величиной поля. Измерительные катушки полузондов соединяются так, чтобы при отсутствии измеряемого поля выходное напряжение было равно нулю.

Феррозондовый дефектоскоп обычно состоит из высокочастотного источника питания, феррозондов, усилителя, детектора и измерительного прибора. Хотя метод отличается большой чувствительностью, феррозондовая дефектоскопия разработана пока что недостаточно. На практике в основном используются феррозбндовые магнитометры или полюсоискатели (например, МФ-21Ф, ФП-1).

Приборы позволяют определить наличие и направление локальных магнитных полюсов и величину остаточной намагниченности деталей в относительных единицах. Приборы весьма эффективны при проверке качества размагничивания деталей, подвергнутых магнитопорошковому контролю.

1.5.3 Магнитографический методконтроля

Магнитографический метод контроля заключается в намагничивании зоны контролируемого металла вместе с наложенной или протягиваемой по поверхности лентой эластичного магнитоносителя, фиксации на ней возникающих в местах дефектов полей рассеяния и последующем воспроизведении полученной записи.

Особенно эффективен магнитографический метод контроля при дефектации сварных соединений. Его принципиальные отличия заключаются в следующем:

ферромагнитные частицы магнитоносителя не могут перемещаться, а под воздействием имеющихся на данном участке поле рассеяния изменяют только свою полярность и намагниченность;

при считывании записи полей рассеяния осуществляется не только количественная, но и качественная оценка дефектов;

магнитная лента может служить документом, сохраняющим данные о дефектах контролируемого участка детали.

Современная аппаратура для магнитографического контроля обеспечивает оценку качества сварных швов ферромагнитных деталей, а также основного металла при толщине от 1 до 16 мм. Чувствительность магнитографического метода определяется как отношение высоты выявляемого дефекта к общей толщине основного металла контролируемой детали и составляет 5-10% (применительно к сварным соединениям).

Для магнитографического контроля сварных соединений наибольшее распространение получила схема поперечного (по отношению к продольной оси шва) намагничивания в наиболее благоприятном для создания полей направлении в соответствии с расположением дефектов.

Намагничивание обычно осуществляется постоянным током с помощью: дисковых магнитов, используемых для контроля листовых конструкций и труб толщиной стенки до 5 - 6 мм; подвижных намагничивающих устройств, применяемых при контроле труб большого диаметра и листовых конструкций толщиной до 16 мм; устройств типа намагничивающих клещей, поясов и вилок, используемых при контроле деталей трубчатой конфигурации.

В качестве магнитоносителей используются ленты МК-1 на триацетатной основе, МК-2 на лавсановой основе, магнитоносители на эластичной (резиновые ленты) и на полиамидной основе.

В качестве магнитного порошка, наносимого на ленты или входящего в состав ленты, используется порошок типа "1", имеющий коэрцитивную силу 90 - 100 Э, максимальную индукцию 0,165 Тл и остаточную индукцию 0,065 Тл.

Для считывания магнитной записи с ленты применяются воспроизводящие магнитные головки, предназначенные для преобразования зафиксированных на ленте "отпечатков магнитных полей и электрические сигналы (э. д. с. электромагнитной индукции). Для этого взаимно перемещают магнитную головку и ленту. При этом часть внешнего магнитного потока, создаваемого намагниченными отпечатками на ленте через сердечник головки, "ответвляется". Считанный сигнал усиливается в воспроизводящем устройстве и используется для образования либо индикаторного, либо телевизионного "теневого" изображения.

В последнее время все большее распространение получают дефектоскопы, снабженные двухлучевыми электронно-лучевыми трубками, позволяющими получить и индикаторное и телевизионное теневое изображения дефектов контролируемого участка (например типа МДУ, МГК и др.).

Однако следует заметить, что магнитографический метод, обладая большими достоинствами, не свободен и от недостатков. Например, при использовании данного метода возможна фиксация на магнитной ленте ложных сигналов при наличии грубой чешуйчатости и других неровностей сварного шва.

Метод недостаточно чувствителен к выявлению широких и округлых дефектов (широкие непровары, шлаковые включения и поры).

1.6. Вихретоковый неразрушающий контроль

Вихретоковый неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. По первичному информативному параметру методы делят на амплитудный, частотный, спектральный, многочастотный.

Методы, основанные на использовании вихревых токов, применяются для обнаружения нарушения сплошности, неоднородностей структуры и отклонений химического состава в электропроводящих изделиях, в структуроскопии. Вихретоковые методы находят также применение при измерении толщин покрытий, листовых материалов и труб.

Сущность метода заключается в следующем. Когда к поверхности металлического изделия подносится катушка, по которой протекает переменный электрический ток, в металле наводятся вихревые токи (рис.1.9). Величина наведенных вихревых токов зависит от величины и частоты переменного тока, электропроводности, магнитной проницаемости и формы изделия, 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 величины и характер изменений вносимых сопротивлений (активных и индуктивных) и является основой для обнаружения дефектов или различий в физической, химической и металлургической 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.

Рисунок 1.9 Схема электромагнитного неразрушающего контроля: а - монолитный металл; б - металл с трещиной; Ф_в - возбуждающее электромагнитное поле; Ф_ф - наведенное электромагнитное поле; I_ф - вихревые токи; δ - глубина проникновения

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 определится в основном двумя явлениями, происходящими в испытуемом изделии: возбуждающее поле индуктирует в металле вихревые токи; возбуждающее поле 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 преобладающим оказывается влияние второго явления.

В различных вихретоковых приборах используется несколько способов возбуждения вихревых токов в объекте: помещение объекта в катушке или катушки в объект (метод охватывающего или проходного преобразователя), накладывание преобразователя на объект (так называемые накладные преобразователи) с помощью комбинированных преобразователей. Кроме того, преобразователи делят на абсолютные и дифференциальные.

При использовании абсолютного преобразователя оценивается изменение полного сопротивления при взаимодействии с конкретным участком контролируемого объекта. При использовании дифференциальных типов преобразователей сравниваются электромагнитные характеристики двух сечений изделия или двух различных изделий, одно из которых считается бездефектным. Обычно преобразователи соединяются последовательно таким образом, чтобы в случае контроля бездефектного изделия выходное напряжение было равно нулю. Дифференциальная схема не обладает большой чувствительностью, однако позволяет отстраниться от мешающих факторов, что увеличивает достоверность контроля.

Важной характеристикой детектируемых вихревых токов является глубина их проникновения δ. Это такое расстояние от поверхности, на котором амплитуда падающей электромагнитной волны уменьшится вераз. В соответствии с величиной δ будет изменяться и контролируемая толщина материала изделия. Глубину проникновения вихревых токов в зависимости от частоты тока катушки можно определить по номограмме.

Особое внимание при контроле вихретоковым методом следует обратить на зазор между преобразователем и образцом, наличие которого сказывается на результатах. Этот же фактор значительно ограничивает возможности метода для дефектации НК деталей сложной конфигурации. Для уменьшения влияния величины зазора на показания прибора предусматриваются такие меры, как стабилизация зазора калиброванными прокладками, использование автоматических корректирующих устройств и др. Однако часто и эти приемы не обеспечивают необходимой стабильности и достоверности результатов контроля. Это объективно обусловлено интегральностью выходного сигнала вихретокового преобразователя, несущего информацию и о электромагнитах, и о геометрических, механических и других свойствах изделия, особенно при контроле ферромагнитных сплавов. Поэтому в настоящее время разрабатываются специальные методы так называемого многопараметрового вихретокового контроля, позволяющие раздельно оценить как интересующие, так и мешающие факторы на свойства изделия. К ним относятся метод измерения на нескольких частотах, метод гармонического анализа сигнала датчика и др.

Для проведения вихретокового контроля выпускается обширная номенклатура приборов, многие из которых используются при ремонте ЛА (например, дефектоскопы ППД-1МУ, ВД-20Н-СТ, ВД-20Н-Д и др.). Для измерения толщин различных покрытий используются вихретоковые толщиномеры ВТ-40НЦ, ВТ-50Н в диапазоне от 0 до 10000 мкм.

Рисунок 1.10 - Структурная схема вихретокового дефектоскопического индикатора

Помимо дефектоскопов широкого назначения, используются также специальные, например ТВД, ЭИТ-С1МА и некоторые другие. С их помощью контролируются фланцы корпусов сопловых аппаратов газотурбинных двигателей, лопасти воздушных винтов, барабаны и съемные реборды колес самолетов, диски турбины и другие детали.

Для сортировки металлов по маркам, оценки качества термообработки используют вихретоковые измерители электропроводимости (например, ВЭ-20И) и твердомеры (например, ВФ-10К).

На сегодня разработаны сверх портативные вихретоковые дефектоскопы, так называемые дефектоскопические индикаторы. Масса приборов 150 - 180 г, потребляемая мощность 120-180 мВт, источник питания - батарея "Крона" или аккумуляторы типа 7Д-01. Индикаторы предназначены для оперативного выявления несплошностей (трещины протяженностью от 5 мм с шириной раскрытия от 0,02 мм и глубиной от 0,5 мм) и других дефектов в поверхностных слоях магнитных и немагнитных металлов и сплавов. Работают приборы следующим образом (рис.1.10). 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 АМ-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.

1.7 Автоматизированные системы контроля

Приборные методы НК успешно используются для оценки технического состояния материалов, некоторых конструкций и частично агрегатов. Однако эксплуатационный автоматизированный контроль и прогнозирование технического состояния систем практически только начинают внедряться. Хотя методы теории вероятностей и математической статистики получили в автоматизированном контроле и прогнозировании большое развитие, они не обеспечивают пока в полной мере оценку текущего технического состояния конкретного объекта наблюдения, а следовательно, и стратегию ремонта ЛА по техническому состоянию.

Одним из путей решения задачи оценки технического состояния сложных систем является применение автоматизированных систем контроля (АСК), работающих на принципах оценки параметров системы, непосредственно связанных с надежностью ее работы (преобразованных в постоянное или переменное напряжение), обработки регистрируемых параметров вычислительными управляющими комплексами и представлением (информацией) результатов сравнения оцениваемых параметров с нормально допустимыми. На основании такого анализа выдаются информация о состоянии контролируемой системы и соответствующие рекомендации или команды летному и техническому персоналу во время полета (системами телеметрии) или после приземления ЛА.

Разработке таких комплексов уделяется большое внимание как в нашей стране, так и за рубежом, хотя для их применения требуется выполнение обширной исследовательской программы.

Автоматизированные системы контроля особенно эффективны при проведении наземных испытаний настраиваемых систем (например, после капитального ремонта), когда полностью используются возможности измерения сотен параметров.

Системы контроля классифицируются по нескольким признакам. По месту расположения они делятся на бортовые (например, АСК-1), наземно-бортовые (САРП, МСРП и др.), наземные. Большое распространение получили наземно-бортовые системы, отличающиеся относительной простотой бортовой части и совершенством и большим быстродействием обрабатывающей и расшифровывающей наземной части. Целесообразность применения в настоящее время наземнобортовых систем в значительной степени связана с возможностью использования на земле (и только на земле) современных больших вычислительных машин. Например, системы дешифрирования "Луч-71" и "Луч-74", укомплектованные устройствами перезаписи информации, позволяют успешно решать задачи технического обслуживания АТ путем эффективного использования полетных данных. Однако развитие микроэлектроники, миниатюризация и расширение технических возможностей средств обработки информации обуславливают тенденцию развития бортовых систем контроля как более универсальных и быстродействующих. Под быстродействием в этом случае следует понимать общее время от момента получения информации о техническом состоянии объекта контроля до момента ее расшифровки и выдачи рекомендаций.

Такого рода системы предназначены для автоматического контроля технического состояния основных систем и агрегатов объекта контроля (ЛА) в полете и для автоматизированного контроля технического состояния основных систем и агрегатов объекта контроля в процессе ремонтов и при техническом обслуживании.

Аппаратура для контроля обеспечивает:

а) в полете:

автоматический количественный контроль параметров оборудования объекта контроля с записью информации о результатах контроля на магнитную ленту устройства спасения информации контроля;

выдачу речевых сообщений экипажу через СПУ в случае возникновения аварийных ситуаций на объекте контроля;

запись переговоров по СПУ и речевых сообщений на магнитную ленту устройства спасения информации контроля;

содержание записанной на магнитную ленту информации в случае летного происшествия;

б) на земле:

автоматизированный количественный контроль параметров оборудования объекта контроля с выдачей информации о результатах контроля на световое табло, с фиксированием информации на бумажной ленте, с записью на магнитную ленту устройства спасения информации контроля и с выдачей речевых сообщений экипажу через СПУ;

поиск неисправностей (место неисправности определяется с помощью каталога решений);

выборочный контроль отдельных систем и агрегатов по желанию оператора;

ручную настройку параметров оборудования объекта контроля штатными средствами регулировки, имеющимися на контролируемом объекте.

Принцип работы системы заключается в следующем. С датчиков и первичных преобразователей, установленных в агрегатах и систем мах объекта контроля, контролируемые параметры подаются на входы первичных коммутаторов аппаратуры контроля.

Согласно программе контроля по командам устройства управления производятся установка соответствующего первичного коммутатора, блока преобразования параметров по виду и диапазону измерения, установка признаков, датчика времени для образования временного интервала между измерениями.

Контролируемый параметр в виде электрического сигнала через первичный коммутатор и блок управления коммутацией подается на вход блока преобразования параметров, где происходит преобразование электрического сигнала-аналога в числовой двоично-десятичный код. Данный код является результатом измерения в приведенных единицах и передается в вычислительно-управляющий комплекс (в арифметическое устройство). По командам устройства управления арифметическое устройство сравнивает результат измерения с номинальным значением параметра, хранящимся в запоминающем устройстве, производя математические операции согласно программе контроля.

Обнаруженные дефекты фиксируются в специальных ведомостях. Кроме того, на детали и сочленения, подвергаемые микрометрическому обмеру, заполняются карты обмера. Ведомость дефектации должна содержать эскиз детали, на котором специальными индексами отмечаются места, имеющие дефекты. В ведомости указан также маршрут дефектации.

По результатам дефектации все детали, узлы и агрегаты подразделяются на три группы:

не требующие ремонта и годные к дальнейшей эксплуатации;

требующие ремонта;

не подлежащие ремонту ввиду его технической невозможности или экономической нецелесообразности.

Поскольку элементы конструкции авиационной техники изготовлены из различных материалов, имеют различные форму и размеры, работают в разных условиях, то и дефекты их могут иметь самый разный характер. Поэтому универсального метода, пригодного для контроля любого материала или детали, нет.

Среди большого разнообразия видов контроля, существующих в настоящее время, при техническом обслуживании и ремонте наиболее часто применяются следующие методы: оптические, капиллярные, акустические, с использованием проникающих излучений, магнитные, токовихревые, а также технические измерения и испытания на прочность и герметичность.

2. Проектная часть

2.1 Причины отказов, неисправностей и дефектов деталей и агрегатов

Для выявления неисправностей и дефектов, разработки технологических процессов их устранения важно установить физические процессы, приводящие к их появлению. Многообразие условий, в которых эксплуатируется ЛА, приводят к весьма сложным процессам, протекающим в материалах, сопряжениях и агрегатах в целом. Тем не менее может быть указана достаточно четкая классификация этих процессов, позволяющая целенаправленно вести поиск и устранение неисправностей и дефектов.

Среди отказов, которые могут возникнуть в эксплуатации, наиболее серьезные, угрожающие безопасности полетов, связаны с разрушениями отдельных элементов и частей (например, силовых элементов планера ЛА), коррозией, приводящей к потере герметичности (например, к течи в топливной системе) с нарушениями кинематических связей в механизмах из-за повышенного износа (например, зависание шасси при его уборке).

Рассмотрим возникновение отказа из-за разрушения частей и деталей ЛА. Различают разрушения хрупкие (схема мгновенных повреждений), усталостные и под воздействием длительной статической нагрузки.

Несмотря на развитие и совершенствование методов расчетов на прочность наблюдается большой разрыв между расчетными и фактическими характеристиками.

Многочисленные факторы, приводящие к снижению прочности и долговечности, могут быть связаны со свойствами материалов, характеристиками деталей и условиями нагружения.

В авиастроении широко применяются высокопрочные, жаропрочные, металлические и неметаллические материалы: стали, сплавы, металлокерамические композиции, пластмассы, обладающие высокими пределами прочности, ползучести, выносливости, сопротивлением термической усталости, коррозионной стойкостью и т.д. Стали, сплавы и композиции, удовлетворяющие этим требованиям, как правило, обладая сложным составом, отличаются низкой технологичностью. Типичным и общим дефектом такого рода материалов является их микроструктурная неравнопрочность, вследствие чего возникает несоответствие между напряженностью и сопротивлением разрушению отдельных элементов структуры. При этом необходимо учитывать, что авиационные конструкции весьма чувствительны к наличию локальных зон с пониженными механическими свойствами.

Как показывает опыт, прочность конструкций оказывается значительно меньшей, чем прочность материалов, из которых конструкция изготовлена. Причины: масштабный фактор, наличие в деталях остаточных напряжений, анизотропия свойств, различное состояние поверхности, изменение свойств материалов в процессе эксплуатации, в том числе под влиянием рабочих сред, и ряд других. Учесть все факторы, часто не взаимосвязанные на стадии проектирования и постройки ЛА, практически невозможно. Если распределение свойств по зонам твердого тела назвать полем сопротивлений, а совокупность напряженных состояний в разных точках тела - полем напряжений. Уменьшение неравномерности ϭ_н и ϭ_с, вызывающее расхождение эпюр, как правило, снижает прочность данной зоны детали, причем наиболее опасные места в телах постоянной и переменной прочности различны. В телах постоянной прочности такими местами являются зоны наибольших напряжений. В телах переменного сопротивления это распространенное правило не соблюдается.

Трудности практического использования принципа сопоставительного анализа эпюр напряжений и сопротивлений заключаются прежде всего в том, что поля сопротивлений отдельных участков деталей, как правило, неизвестны и могут быть построены только по результатам локальных механических испытаний. В то же время неопределенность зоны ожидаемого разрушения, отнюдь не обязательно совпадающей с зоной наибольших напряжений (что определяется при испытаниях), делает задачу предотвращения отказа (поломки) весьма сложной.

Нагрузки, которые испытывают агрегаты и системы ЛА, по своей структуре весьма своеобразны и связаны с факторами, действующими в полете, на земле и при техническом обслуживании и ремонте.

Все нагрузки, действующие на планер ЛА или детали авиадвигателя можно разделить на две группы - постоянно действующие (детерминированные) и случайные (стохастические). К первым относят нагрузки: от аэродинамических сил при установившихся режимах полета; возникающие при отклонении органов управления и механизации крыла, выпуске и уборке шасси; вызываемые избыточным давлением в кабине; от центробежных сил вращающихся частей двигателя и т.д. Параметры этих нагрузок известны и являются исходными при расчете ЛА или авиадвигателя.

Вторая группа нагрузок носит в общем случайный характер. К ним относят нагрузки: ударные - на шасси и планер при разбеге и пробеге ЛА; от турбулентной воздушной среды; возникающие от маневренных перегрузок; связанные с различной (хотя и в пределах допустимых отклонений) динамической уравновешенностью ротора ГТД и колебаниями температур рабочего тела и т.д. Именно эта группа нагрузок вносит непредельность в общую структуру действующих нагрузок и в значительной степени обусловливает неравнопрочность конструкций ЛА даже одного типа.

При динамических нагрузках, вызываемых, например, порывами ветра, и при полете в турбулентном потоке также возникают упругие колебания конструкции, существенно изменяющие картину нагружения элементов упругие колебания конструкции, существенно изменяющие картину нагружения элементов.

Амплитуды колебаний частей и деталей ЛА зависят от спектрального состава возбуждающих сил, а также от автоколебательных свойств самой конструкции (собственные формы и частоты колебаний). Можно считать, что большинство нагрузок характеризуется некоторым средним значением. Действующие эффективные силы являются результатом сложения детерминированной и случайной (вибрационной) нагрузок.

Современные методы измерения и анализа случайных процессов позволяют определить области существенного влияния случайных нагрузок и их интенсивность путем построения частотных характеристик системы, находящейся под воздействием случайных входных и выходных сигналов. Нетрудно видеть, что сочетание входного спектра, б, с приведенной на рисунке частотной характеристикой приводит к возникновению в анализируемой системе (например, шасси ЛА) нагрузки с острым пиком на частоте f₁, что будет приводить к соответствующим большим напряжениям в силовых элементах, изменяющихся с определенной частотой. В некоторых случаях частотный диапазон нагрузок известен. Так, например, на земле при разбеге или пробеге, а также при рулении возникают колебания частей конструкции с частотой от 1 до 30 Гц (в зависимости от скорости руления и состояния рулежных дорожек и взлетной полосы). Частота колебаний отдельных элементов может достигать 300 Гц и более. Возникновение колебаний звуковой частоты связано, по-видимому, с работой тормозов. Процесс торможения сопровождается возникновением автоколебаний в широком диапазоне частот. Работа такого широкополосного "генератора", каковым является ЛА, как правило, сопровождается резонансными явлениями, которые могут возникнуть даже в зонах, весьма удаленных от источника возбуждения (тормозов).

Методика анализа таких явлений подобна приведенной и заключается в представлении узла трения в виде динамической системы, находящейся под воздействием случайных входных и выходных сигналов.

Значительные нагрузки возникают при посадке. Приземление может происходить на одну, две или три стойки шасси с различной вертикальной и боковой скоростями. Помимо кратковременных ударных (импульсных) нагрузок, возникают также колебания конструкции, имеющие в общем случае стохастический характер.

В полете возникают так называемые аэродинамические колебания, вызванные неравномерностью обтекания частей ЛА турбулентном потоком. Колебания происходят с частотами, близкими к собственным частотам конструкции, в диапазоне 2-30 Гц.

2.2 Виды и классификация дефектов машин и их частей

 

Определяются избранными классификационными принципами. При выборе методов и средств контроля с учетом особенностей продукции, ее назначения, условий использования и т.п. дефекты подразделяют на явные, скрытые, значительные и малозначительные.

Явным считается дефект, для выявления которого в нормативной документации предусмотрены соответствующие правила, методы и средства контроля. Скрытым считается дефект, для выявления которого в нормативной документации не предусмотрены правила, методы и средства контроля. Критический дефект исключает возможность использования продукции по назначению. Значительный дефект существенно влияет на использование продукции по назначению и (или) на ее долговечность, но не является критическим. Малозначительный дефект не оказывает существенного влияния на использование продукции по назначению и на ее долговечность.

Брак - дефектная единица продукции или совокупность таких единиц. Дефект и брак делят на исправимый и неисправимый. Изделие, удовлетворяющее всем требованиям нормативной документации, считается годным. Любое годное изделие имеет допускаемые отклонения параметров или показателей качества.

В теории неразрушающего контроля используются физические принципы классификации дефектов твердого тела: по величине; в зависимости от расположения, природы и происхождения; в зависимости от ориентировки относительно главных действующих напряжений.

. По величине дефекты твердого тела подразделяются на следующие группы:

а) дефекты атомного строения. Это так называемые дислокации, т.е. особые зоны искажений атомной решетки, содержащиеся в реальных кристаллах в огромных количествах (до 10¹⁰ - 10¹² см^-2).

Согласно теориям прочности, именно дислокации и порождаемые их движением другие дефекты кристаллического строения (вакансии, межузельные атомы и т.д.) приводят к низкой по сравнению с теоретической прочности технических металлов и сплавов. Например, для чистого железа теоретическое значение прочности превышает 10000 МПа, а техническое составляет всего 250 МПа. С изменением плотности дислокаций изменяется прочность металлов. Изменение дислокационной структуры может происходить в результате пластической деформации. Развитие дислокационных процессов при деформации вызывает изменение электрических и магнитных характеристик. Так, например, один атомный процент вакансий изменяет электрическое сопротивление меди на 1,5 - 1,7 мкОм·см. Это обстоятельство позволяет, измерив удельное электросопротивление, оценить тонкую структуру материала применительно к конкретным техническим дефектоскопическим задачам. Именно на этом принципе основаны некоторые методы контроля и дефектации материалов на стадиях, предшествующих разрушению.

Дислокационные механизмы во многом определяют строение межзеренных границ и границ тонкой структуры (блоков мозаики). Блоки имеют размер порядка 10^-4 - 10^-5 см. Каждый кубический миллиметр технического металла содержит примерно 10¹² блоков.

Изменение блочной структуры под действием упрочняющих или разупрочняющих процессов также является чрезвычайно важным первичным фактом, несущим информацию как о технологических, так и о эксплуатационных внешних воздействиях и в конечном итоге о техническом состоянии участка или зоны металлической детали. Строение границ как блоков, так и зерен специфично.

Во-первых, границы подвижны вследствие стремления уменьшить свободную энергию сокращением площади границы, либо снижением плотности дислокаций в результате перемещения границы поперек кристалла. В этом процессе важную роль играет температура. При высоких температурах границы переходят к вязкому состоянию, становятся "слабым" местом структуры, по ним происходит скольжение, а в ряде случаев образование несплошностей.

Во-вторых, на границах блоков и зерен более интенсивно протекают процессы диффузии, конденсации дислокаций и атомов примесей. Возможно скопление значительного количества зародышевых трещин.

Описанные процессы являются физической основой технической диагностики материалов деталей, работающих в условиях повышенных температур, циклических нагрузок и агрессивных сред.

В связи с этим особенно важно оценить тонкую структуру поверхностного слоя, наиболее активно подвергающуюся внешним воздействиям;

б) нарушение сплошности материалов субмикро- и микроскопического порядка. К этой группе дефектов твердого тела относят субмикроскопические трещины, по размерам не превышающие предела разрешения оптического микроскопа (≤ 0,2 мкм). Они могут образовываться по границам блоков кристалла в процессе его роста, а также в результате приложения напряжений.

Субмикротрещины в том или ином количестве всегда имеются в реальном металле и являются концентраторами напряжений. Электрические и магнитные характеристики металлов существенно изменяются при появлении субмикроскопических трещин.

Из субмикроскопических трещин развиваются микроскопические (размером >0,2 мкм) - наиболее широкий класс дефектов, встречающихся в технических металлах. Такие трещины образуются на поверхности и в глубине деталей как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации под действием внешнего нагружения. Даже при незначительной глубине (несколько микрометров) эти трещины резко снижают прочностные характеристики деталей;

в) макроскопические дефекты. Это различного рода нарушения сплошности или однородности металла, часто видимые даже невооруженным глазом. Эти дефекты особенно резко снижают прочность деталей и, как правило, приводят к их разрушению при эксплуатации.

Не следует, однако, считать, что относительно большие размеры макроскопических дефектов позволяют их легко обнаружить. Многие методы неразрушающего контроля, обладая большим разрешением, часто оказываются неэффективными для обнаружения скрытых макроскопических дефектов.

Бездефектных деталей не существует. Любая деталь, изготовленная самым тщательным образом, "заряжена" дефектами атомного и субмикроскопического порядка, которые под действием внешнего нагружения могут развиваться в микро - и макроскопические. Поэтому улучшение эксплуатационных характеристик материалов и изготовленных из них деталей - это прежде всего полное исключение наиболее опасных дефектов и сведение до некоторого разумного минимума содержания дефектов, менее опасных в конкретных условиях работы детали, агрегата и системы в целом. Естественно, что этот "безопасный" минимум, определяющий качество детали, зависит от условий внешнего нагружения и возрастает с увеличением энергонапряженности. В связи с этим контроль качества ответственных конструкций, выполненных с минимальным запасом прочности и подвергающихся в работе значительным нагрузкам, - одна из основных задач в процессе ремонта авиационной техники.

. В зависимости от расположения и природы происхождения дефекты твердого тела подразделяют на следующие группы:

а) местные (различные нарушения сплошности - поры, раковины, трещины, расслоения, флокены и т.д.). Эти дефекты, локализованные в ограниченных объемах, могут быть точечными, линейными, плоскостными и объемными. По расположению они разделяются на наружные (поверхностные и подповерхностные) и внутренние (глубинные);

б) распределенные в ограниченных зонах (ликвационные зоны, зоны неполной закалки, коррозионные повреждения и т.д.);

в) распределенные по всему объему детали или по ее поверхности (несоответствие химического состава, повреждения в результате процессов трения, смазки и износа и т.д.).

. В зависимости от ориентировки относительно главных действующих напряжений дефекты твердого тела могут быть резкими и нерезкими концентраторами напряжений. Поэтому в нормативно-технической документации оговаривается не только размер дефекта, но и его месторасположение и ориентировка.

2.3 Микроструктурные механизмы разрушения

Прогресс в области диагностики разрушения, достигнутый за последнее время, является свидетельством успехов физики твердого тела, выявления основных закономерностей и физических проявлений разрушения. Разрушение металлов является сложным процессом.

Для правильного выбора методов контроля, позволяющих выявить разрушение на наиболее ранней стадии и тем самым обеспечить необходимую надежность работы конструкции, важно знать основные механизмы разрушения.

Разрушения деталей АТ условно можно разделить на две группы: объемные, при которых нарушается целостность деталей (детали разделяются на отдельные части); поверхностные, при которых процесс разрушения локализуется в поверхностном слое.

2.3.1 Виды объемного разрушения

К основным видам объемного разрушения относят: низкотемпературное хрупкое, вязкое, усталостное, ползучесть.

В связи с этим наиболее удобно с точки зрения диагностики разделять конструкционные материалы на три группы твердых тел: хрупкие, пластичные и полухрупкие.

Хрупкими считают материалы, которые при нагружении деформируются в основном упруго вплоть до разрушения (деформация может составлять около 1 %). Совершенно хрупкими являются сравнительно немногие металлы, однако хрупкое разрушение характерно для большого числа высокопрочных сплавов, например закаленных сталей 30ХГСА и ШХ-15, керметов и композиционных материалов, применяемых в авиации. Характерной особенностью хрупкого разрушения является быстрое распространение трещины в материале. При этом вероятность хрупкого разрушения углеродистых сталей увеличивается при понижении температуры. Отсюда и название этого вида разрушения - низкотемпературное хрупкое разрушение.

Внешние признаки хрупкого разрушения деталей характеризуются ясно выраженным "шевронным" изломом, причем вершины шевронов направлены к началу трещин. Плоскость излома обычно нормальна к поверхности. Пластическая деформация незначительна (изменение толщины в месте разрушения <2%). Большая часть зерен разрушена сколом.

Особенности хрупкого разрушения:

) разрушение обычно начинается у конструктивных или структурных концентраторов напряжений;

) вероятность хрупкого разрушения мало изменяется со временем наработки детали;

) холодная обработка и остаточные деформации повышают чувствительность к разрушению;

) большое влияние оказывают размер зерна, толщина материала и наличие примесей. Никель и марганец уменьшают, а углерод увеличивает вероятность хрупкого разрушения;

) спокойные стали менее чувствительны к разрушению, чем кипящие и полуспокойные.

Механизм образования трещины хрупкого разрушения окончательно не выяснен. Предложено несколько моделей. Трещина может образоваться в результате взаимодействия дислокаций, движущихся в пересекающихся системах скольжения ("барьерная" модель), объединения цепочек вакансий, изменения направления скольжения в кристалле ("безбарьерные" модели) и ряда других механизмов. Однако любая модель основана на динамическом изменении тонкой кристаллической структуры и субструктуры, что может быть использовано для ранней диагностики хрупкого разрушения соответствующим структурно-чувствительным методом.

Разрушению пластичных тел предшествует значительная пластическая деформация, а медленно распространяющаяся трещина задерживается или "останавливается" при уменьшении нагрузки. Отсюда название этого вида разрушения - вязкое разрушение.

Внешние признаки вязкого разрушения деталей характеризуются так называемым "чашечным" или "ямочным" изломом с явно выраженными следами пластической деформации. При "чашечном" изломе в центре участка детали возникают трещины, которые затем растут в радиальном направлении в плоскости, перпендикулярной к оси растяжения. Вязкое разрушение сопровождается значительной пластической деформацией, и поверхности разрушения обычно невозможно плотно пригнать друг к другу.

Трещины вязкого разрушения могут зарождаться в процессе пластической деформации вследствие различия в упругих и пластических свойствах металла и включений, вдоль плоскостей скольжения и на их пересечениях (в точках с максимальной плотностью дислокаций). Вязкие трещины зарождаются при напряжениях выше предела текучести.

Большинство металлов с гексагональной и объемно-центрированной решеткой относится к так называемым полухрупким телам. В одних условиях эти материалы разрушаются в основном хрупко, а в других - вязко. Характер разрушения обычно зависит от нагрузки и внешних факторов (температура, скорость деформации, рабочая среда и т.д.).

Одними из основных факторов, ограничивающих срок службы авиационных машин и обусловливающих межремонтный ресурс, являются усталостное разрушение или повреждение.

Наиболее важной особенностью усталостного разрушения является зарождение трещины при напряжениях, значительно ниже разрушающих и ниже предела текучести. Такие трещины зарождаются обычно в самом начале работы детали при числе циклов нагружения, составляющих 1 - 10% долговечности; развитие трещины занимает 90 - 97% всей долговечности детали. Трещины образуются преимущественно на поверхности независимо от того, был ли связан способ нагружения с высокими поверхностными напряжениями или нет.

Различают малоцикловую усталость, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упруго-пластическом деформировании, и многоцикловую, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании.

Оба эти вида усталости соответствуют одной и той же кривой усталости (называемой также кривой Велера) и не имеют принципиальных структурных различий. Малоцикловое нагружение осуществляется при более высоких напряжениях, чем предел выносливости. Они и являются расчетными.

Механизм усталостного разрушения можно представить в следующем виде:

Ø  неравномерное развитие локальных зон скольжения. Эти зоны ограничены по длине и обычно меньше размера зерна;

Ø  изменение микропрофиля поверхности (гребень) - активные зоны скольжения развиваются во впадину (углубление) или выступ на поверхности;

Ø  перерастание линий сдвига в устойчивые активные полосы скольжения и образование тонких начальных трещин, охватывающих одно или несколько зерен;

Ø  слияние начальных трещин и образование микротрещины, пересекающей объем материала - разрушение.

Характерной особенностью усталостного разрушения является чередование процессов упрочнения - разупрочнения. Такое чередование затрудняет диагностирование степени усталостной повреждаемости и необходимость применения комплексных методов оценки ранних стадий повреждения.

При усталостном нагружении значительно повышается чувствительность материала к состоянию поверхности, наличию структурных неоднородностей, поверхностной активности рабочей среды, коррозионному воздействию. Многие детали горячей части двигателей разрушаются в результате термической усталости, которая приводит к растрескиванию и короблению лопаток сопловых аппаратов, разрушению лопаток рабочих колес турбины, растрескиванию и разрушению элементов дисков турбины и другим дефектам. Интенсивность возникновения таких дефектов непосредственно зависит от рабочей температуры. Термическая усталость возникает в результате постепенного формоизменения металла при переменных термических напряжениях, возникающих в результате циклических нагревов-охлаждений, сопровождаемых перепадом температур в различных сечениях детали.

Этот процесс сопровождается сложным комплексом физико-химических явлений, связанных с диффузией, окислением поверхностного слоя, релаксацией и т.д.

Разрушение при ползучести характерно для деталей авиационных машин, работающих при повышенной температуре. Как и низко температурное хрупкое и усталостное разрушение, оно зарождается в результате локализации пластической деформации, однако разрушение при ползучести развивается в основном по границам зерен.

Металлы, которые при комнатной температуре разрушаются вязко по телу зерен, при повышенных температурах и низких скоростях деформации могут разрушаться межзеренно.

Возможны различные механизмы возникновения трещин при ползучести, которые и определяют внешние признаки этого вида разрушения: скольжение по границам зерен вызывает в местах стыка трех зерен концентрацию напряжений, достаточную для возникновения трещин; в результате конденсации вакансий на границах зерен могут возникать пустоты, которые затем соединяются, образуя трещины; возникновение пустот на границах возможно вследствие образования ступенек (в местах встречи полос скольжения с границей) и последующего скольжения по границам зерен.

Известно два типа межзеренного разрушения: так называемое разрушение "клиновидной" трещиной (первый механизм) и "кавитационное" разрушение в результате образования пор (второй и третий механизмы). Внешние признаки клиновидных трещин - гладкие поверхности, кавитационных - нерегулярная, зазубренная поверхность.

В зависимости от направления действия разрушающих нагрузок различают два основных типа микроскопического разрушения: разрушение отрывом и разрушение срезом. Знание этих особенностей позволяют применять такие методы ремонта, которые способствуют усилению детали и в направлении действия разрушающих нагрузок.

Технология и организация службы дефектации при ремонте должны соответствовать особенностям разрушения деталей. Так, например, интервалы между отдельными контрольно-дефектоскопическими операциями и их объем должны соответствовать видам разрушения, т.е. они зависят от материала деталей, условий нагружения, а также от технологических операций, которым подвергались детали в процессе ремонта. Интервалы должны быть разными по срокам.

При любом виде разрушения на первой его стадии изменение претерпевает тонкая структура. В одних случаях эти изменения носят ярко выраженный характер (вязкое, усталостное разрушение, разрушение при ползучести). В других случаях существенного предварительного повреждения структуры не происходит (хрупкое и полухрупкое разрушение). Поэтому не все методы контроля одинаково пригодны для прогнозирования долговечности работы деталей и узлов. С помощью методов контроля, оценивающих тонкую структуру по изменению, например, электропроводности, могут определяться ранние стадии усталостного или вязкого (пластического) разрушения. Аналогичную задачу при хрупком разрушении этими же методами решить затруднительно. Методы дефектации, оценивающие различного рода микронесплошности, пригодны для определения различных стадий хрупкого разрушения или разрушения при ползучести. Однако этими же методами нельзя оценить ранние стадии вязкого и усталостного разрушений.

В связи с различной скоростью развития трещин ("заторможенные", "устойчивые" и "неустойчивые" трещины) при дефектации можно по внешним признакам разрушения не только обнаруживать дефекты, но и обоснованно определять причины разрушения деталей. Это позволяет правильно выбрать технологию ремонта и режим эксплуатации ЛА и авиационных двигателей.

2.3.2 Виды поверхностного разрушения

Термин "поверхностное разрушение" означает не только преимущественную локализацию разрушения в поверхностном слое деталей (разрушение может развиться и на большую глубину). Он употребляется главным образом для того, чтобы подчеркнуть, что в основе этих видов разрушений лежат механизмы контактных взаимодействий поверхностей в определенных условиях внешнего нагружения и рабочих сред.

К поверхностным разрушениям могут приводить коррозионные процессы, дефекты химико-термической обработки и т.д., но, как показывает опыт, надежность и долговечность работы машин в основном определяются трением, смазкой и износом деталей.

Многие ответственные дорогостоящие детали авиационных машин и механизмов часто отбраковываются в ремонте только из-за недостаточной поверхностной прочности, под которой понимается сопротивление поверхностных слоев разрушению или остаточной деформации в результате контактного или объемного нагружения.

Изнашивание - это процесс разрушения поверхностных слоев, при трении, приводящий к постепенному изменению размеров, формы и состояния поверхностей деталей. Износ - результат процесса изнашивания.

Различают допустимый износ, при котором изделие сохраняет работоспособность, и предельный (ГОСТ 23.002-78). Численными оценками износа являются скорость изнашивания - мгновенная или средняя (отношение значения износа к интервалу времени, в течение которого он возник) и интенсивность изнашивания (отношение значения износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы).

Многообразие явлений и процессов при трении и изнашивании связано в основном с особенностями строения поверхностных слоев материалов и особенностями их контактного нагружения. Строение поверхностного слоя обусловлено рядом факторов. Во-первых, поверхностный слой обладает значительной свободной энергией, активно взаимодействует с внешней средой (протекают диффузионные, адгезионные, адсорбционные и другие процессы). Во-вторых, физико-химические свойства поверхностного слоя, его структура и напряженное состояние существенно отличаются от объема материала. В-третьих, в процессе работы узла трения параметры поверхностного слоя непрерывно изменяются, т.е. являются метастабильными. Объектом разрушения при трении является не исходный, технологически образованный слой, а измененный, непрерывно трансформируемый (так называемые вторичные структуры).

Условия нагружения узлов трения, так же как и других частей ЛА, характеризуются высоким уровнем случайных вибраций, что вызывает частотно-амплитудное модулирование контактных напряжений, которое и определяет закон нагружения контактирующих при трении поверхностей.

Разнообразие и общие закономерности процессов трения и изнашивания могут быть объяснены на основании энергетической теории структурной приспособляемости материалов, согласно которой при трении происходит перестройка исходной структуры поверхностных слоев трущихся материалов в устойчивую, энергетически более выгодную форму для данных условий нагружения.

Допустимым и чрезвычайно распространенным при работе деталей авиационных машин является окислительное изнашивание, представляющее собой непрерывный процесс образования и разрушения на поверхностях трения тончайших пленок окислов. Окислительное изнашивание возникает при трении скольжения и трении качения в условиях сухого контакта и при граничной смазке.

При незначительном темпе износа процессы окислительного изнашивания в каждом конкретном случае приводят к образованию оптимальной по качеству поверхности.

Изнашивание при заедании возникает в результате схватывания (атермического, или первого рода; термического, или второго рода), глубинного вырывания материала, переноса его с одной. поверхности на другую и воздействия возникших неровностей с сопряженной поверхностью. Схватывание можно рассматривать как процесс образования металлических связей между контактирующими поверхностями (узлы схватывания), их развития и вырождения.

Для деталей, работающих в условиях трения качения (подшипники, зубчатые колеса и т.п.), характерно так называемое усталостное изнашивание (осповидный износ или питтинг). Усталостный износ является результатом интенсивного разрушения поверхностей деталей машин при трении качения, обусловленного пластической деформацией, внутренними напряжениями, особыми явлениями усталости металла. Следствием этого является образование на поверхности трения микротрещин, трещин, единичных групповых впадин.

Основными причинами усталостного изнашивания являются напряжения сжатия и сдвига, возникающие под действием передаваемого усилия при одновременном качении и скольжении и достигающие 1000 - 1500 МПа, а также остаточные напряжения первого рода. Они образуются, вопервых, в результате механической обработки поверхностей деталей (при некачественном шлифовании достигают 1500 - 2000 МПа) и, во-вторых, вследствие пластического динамического деформирования поверхностных слоев металла деталей. В этом случае напряжения достигают приблизительно 2000 МПа.

Абразивное изнашивание вызвано попаданием абразивной среды в зону трения и заключается в разрушении поверхностей деталей машин в результате местной пластической деформации, микроцарапин и микрорезания. Снимая поверхностные защитные пленки, абразив может вызвать схватывание. Кроме того, попадание абразива на поверхность пар трения (например, плунжерных) может привести к прекращению работы данного агрегата.

Наиболее сложным является процесс фреттинг-коррозии. Этот вид изнашивания характерен для деталей, работающих в условиях микроперемещений вибраций. При этом на контактирующих поверхностях обнаруживаются следы усталостного, абразивного, интенсивного окислительного износов. Основной причиной разрушения поверхностных слоев металлов в условиях фреттинг-коррозии являются усталостные й коррозионные процессы. При фреттинг-коррозии создаются также благоприятные условия для протекания электрохимических процессов, которые наряду с другими факторами (усталостные явления) определяют механизм и избирательность разрушения контактирующих металлов. Известны три стадии развития фреттинг - коррозии: 1-й период упрочнения поверхностей контакта и циклической текучести поверхностных слоев; 2-й инкубационный период (формирование электролитической прослойки и накопление усталостной повреждаемости); 3-й период коррозионно-усталостного разрушения.

Рисунок 2.1 - Модель разрушения поверхности при фреттинг-коррозии

Фреттинг-коррозия объемно-напряженного материала снижает его циклическую долговечность в 1,5 - 2,5 раза, в то же время степень снижения долговечности возрастает на порядок, если фреттинг-коррозия развивается под действием объемных циклических нагрузок.

Очень часто на поверхностях деталей авиационных машин наблюдается несколько видов разрушения (изнашивания). Поэтому особое внимание при дефектации необходимо уделять ведущему виду разрушения поверхности, влияющему на надежность и долговечность работы данного узла. Например, для сопряжения плунжер - обойма подшипника авиационного насоса таким "лимитирующим" процессом разрушения является усталостный износ, до начала которого узел работает обычно в условиях окислительного изнашивания.

Таким образом, определение ведущего процесса изнашивания при дефектации позволяет не только объективно оценить пригодность детали для дальнейшей эксплуатации, но и правильно выбрать технологический метод восстановления поверхности, обеспечивающий наибольшую износостойкость.

Многие силовые детали ЛА (особенно нижние панели обшивки крыла и хвостового оперения, обшивка фюзеляжа, детали и узлы из магниевых сплавов, направляющие рельсы закрылков) подвергаются коррозии. Коррозионные поражения конструкции ЛА, особенно после длительной эксплуатации, являются одними из наиболее распространенных. В ряде случаев коррозия силовых элементов планера не только исключает возможность дальнейшей эксплуатации, но и приводит к экономической нецелесообразности капитального ремонта.

Коррозия может оцениваться массой металла, прокорродировавшего на единице поверхности в единицу времени, глубиной проникновения коррозии, изменением механических свойств (снижением предела прочности).

Наиболее широко распространенными и опасными видами коррозионного поражения планера ЛА являются межкристаллитная и точечная (питтинговая) коррозия при сравнительно небольшом количестве прокорродированного металла. Эти виды коррозии вызывают значительную потерю прочности. Межкристаллитная коррозия, как правило, развивается без существенных изменений открытой для наблюдателя поверхности конструкции и требует для своего обнаружения применения специальных методов. Частным случаем химической коррозии является газовая, которой подвержены детали газотурбинного двигателя.

Интенсивность газовой коррозии в значительной степени зависит от состава газовой среды, температуры и материала детали, так как газовая коррозия обладает избирательной агрессивностью по отношению к различным металлам. В связи с циклическим характером изменения температуры в горячем тракте ГТД корродирующие детали постоянно подвержены температурным деформациям. Так как коэффициенты линейного расширения металлов значительно выше, чем окислов, последние разрушаются, обнажая новые поверхности, подвергающиеся коррозионному поражению.

Как правило, детали, подвергающиеся газовой коррозии, испытывают значительные рабочие напряжения. Реакционная активность металлов при деформации повышается, что значительно усиливает процесс как коррозионного, так и механического разрушения.

Коррозия под напряжением может носить сплошной или местный характер и называется коррозионным растрескиванием (при статических напряжениях) или коррозионной усталостью (при циклическом характере напряжений).

Сопротивление металлов газовой коррозии в значительной степени определяет их жаростойкость.

Коррозия деталей ЛА может также проходить в среде топлив и смазочных масел. Коррозионная активность нефтепродуктов обусловлена несколькими причинами. Прежде всего механизм коррозии связан с взаимодействием серы и ее соединений (сероводород, сульфаты, меркаптаны и т.д.) с поверхностью металла, что приводит к образованию и последующему разрушению пористых, непрочных слоев сульфидов.

В процессе окисления масел образуются низкомолекулярные кислоты (масляная, пропиновая, уксусная, муравьиная), весьма агрессивные по отношению к цветным сплавам. Коррозионная активность масел значительно повышается при попадании в них воды. В этом случае наряду с химическим имеет место электрохимический механизм коррозионного поражения.

Авиационные топлива, масла и специальные жидкости, как правило, содержат присадки химических активных веществ, улучшающие их рабочие свойства. В то же время сера и содержащие серу вещества, хлор и его соединения, а также другие активные элементы могут вызвать значительный рост интенсивности коррозионного поражения, особенно деталей из цветных сплавов.

Кроме перечисленных повреждающих процессов, разрушение деталей ЛА может быть вызвано также эрозией и кавитацией.

Эрозия вызывается динамическим воздействием высокоскоростного потока жидкости или газа на поверхность, сопровождаемым усталостными и физико-химико-механическими явлениями разрушения поверхностных слоев. Эрозии, например, подвергаются слои уплотнительных материалов проточной части ГТД, поверхности деталей лабиринтных уплотнений и т.п.

Кавитация может приводить к разрушению поверхностей агрегатов гидрогазовых систем и сопровождаться коррозионными явлениями.

Выводы к проектной части

Современное воздушное судно представляет собой очень сложную конструкцию, состоящую из большого количества различных по форме, размерам, материалам, условиям работы и назначению изделий АТ. В процессе эксплуатации под воздействием статических и динамических нагрузок, температур, атмосферных осадков, по причине конструктивных и производственных дефектов, а также возможных нарушений условий ТО изделия повреждаются. Как правило, большинство повреждений приводит к потере изделиями работоспособного состояния. Такие изделия снимают с эксплуатации и, если они ремонтопригодны, отправляют в ремонт.

Основными причинами поступления АТ в ремонт являются:

) износ элементов конструкции;

) конструктивные недостатки и производственные дефекты;

) нарушения правил эксплуатации.

3. Эксплуатационная часть

3.1 Применение оптической техники при предварительном осмотре

При диагностике АТ, наиболее общую и оперативную информацию о состоянии ответственных узлов и деталей, которые находятся в труднодоступных метах, деталей двигателя, таких как лопатки компрессора и турбины, камеры сгорания, диски, сварные швы корпусов и т.д., дают оптические методы контроля с использованием бороскопов, фиброскопов и эндоскопов. Этими приборами успешно выявляется обширная группа дефектов типа: трещин, прогаров, потеков, короблений (нарушение макрогеометрии деталей), коррозии, эрозии, выработки контактных поверхностей, износа элементов, нагарообразования и др.

На сегодняшний день используются оптические приборы для обнаружения указанных дефектов условно можно разделить на три группы.

Первая группа приборов - это прямые эндоскопы с линзовой оптикой, торцовым и боковым зрением, с прямыми и угловыми окулярами. Эти приборы различаются по диаметру и длине рабочей части. У них различные оптические характеристики и различная механизация.

Эндоскопы предназначены для осмотра и выявления поверхностных дефектов (трещин, забоин, рисок и т.д.) на рабочих лопатках всех ступеней компрессора и турбины двигателей в эксплуатации. Конструкция прибора позволяет оператору, не меняя своего положения, осматривать все поверхности, расположенные вокруг рабочей части эндоскопа. При подготовке к работе прибор подключают к источнику электрического тока и вводят через смотровой лючок.

Ко второй группе приборов можно отнести эндоскопы с одним или несколькими подвижными звеньями, соединенными между собой универсальными оптическими шарнирами. Их отличительной чертой является возможность осмотра криволинейных каналов.

К третьей группе диагностических приборов относятся волоконно-оптические эндоскопы с гибкой рабочей частью.

В последнее время ведутся разработки новых оптических приборов. Гибкие фото-видео эндоскопы изначально разрабатывались с учетом требований документирования результатов контроля. Так, например, фотоэндоскоп Н-300 предназначен для осмотра и фотографирования как рабочих лопаток всех ступеней компрессора и турбины двухконтурных двигателей, так и сопряженных пар трения. В отличие от известных эндоскопов с фотоприставками Н-300 имеет штатный фотоаппарат и оптическую систему, позволяющую одновременно производить как визуальное наблюдение, так и фотографирование без каких-либо переналадок материальной части. Наличие в поле зрения прибора масштабной сетки для определения величины дефектов, поворотные объективы, окуляр, управляемая объективная призма и универсальный штатив на регулируемой сферической опоре делают Н-300 особенно удобным для массовых осмотров рабочих лопаток двигателей в эксплуатации.

3.2 Видеоскоп "Крот" визуального контроля в условиях труднодоступных мест

В изделиях "Крот" (рис.3.1) использован специально разработанный специалистами фирмы малогабаритный телевизионный тракт, обеспечивающий возможность получения высококачественного цветного изображения. Стандартный видеосигнал поступает непосредственно с корпуса изделия и подается на монитор, видеомагнитофон, видеопринтер и компьютер. В качестве источника света в дистальном конце установлен малогабаритный кольцевой осветитель, позволяющий специалисту наблюдать четкое и яркое изображение.

Рисунок 3.1 - Структурная схема видеоскопа "КРОТ":

- кольцевой осветитель, 2 - дистальный конец, 3 - объектив, 4 - матрица ССD, 5 - кабель передачи высокочастотного сигнала, 6 - кабель управления осветителем, 7 - ручки управления дистальным концом, 8 - ручка управления фокусировкой объектива, 9 - электронный блок формирования низкочастотного телевизионного сигнала, 10 - разъем для низкочастотного ТВ-сигнала, 11 - монитор (4")

Кроме того, в изделиях "Крот" также имеется функция фокусировки объектива относительно ССD-матрицы, что обеспечивает возможность четкого наблюдения объектов на расстоянии от 25 мм до бесконечности. Полужесткий тубус видеоскопа позволяет придать ему форму наиболее удобную для произведения досмотра труднодоступных мест.

Функция фокусировки объектива обеспечивает возможность качественного контроля объектов на расстоянии от 25 мм до бесконечности.

Рабочая часть изделия может погружаться на длину не менее 1500 мм в различные среды: вода, бензин, керосин и т.п.

Кнопки управления устройством записи, размещенные на универсальном блоке, позволяют легко управлять функциями регистрации и просмотра ранее записанных кадров.

Принцип работы видеоэндоскопа "КРОТ" состоит в следующем. Исследуемый объект или пространство подсвечиваются источником света, расположенным на конце дистальной части прибора. Объектив формирует изображение на цветную ССD-матрицу. Полученное изображение преобразуется в высокочастотный аналоговый сигнал, который по проводам поступает на электронный блок формирования видеосигнала, размещённого в корпусе видеоскопа. Непосредственно с корпуса видеоскопа стандартный низкочастотный сигнал поступает в универсальный блок записи и отображения информации (УБ). В данном блоке видеосигнал выводится на цветной жидкокристаллический монитор.

Каждый метод имеет свои факторы, которые влияют на безопасность полетов. Принимая во внимание теме нашего дипломной работы позволяют нам проверять эксплуатационные факторы, которые влияют на безопасность полетов. К ним относятся:

Организация летной эксплуатации и технического обслуживания (ТО);

Квалификация технического и летного состава;

Эксплуатационные свойства воздушного судна ВС;

методы ТО (по ресурсу, по уровню надежности, по состоянию);

качество выполнения профилактических мероприятий по обеспечению БП;

сочетание механических, температурных нагрузок и их влияние на надежность ВС;

условия хранения изделий, комплектованием и ВС.

Рассмотрим индивидуальный налет таких типоввоздушных за период с 2009 по 2013 годы (рис.3.2) [7-11].

Рисунок3.2 - Динамика наработки выбранного типа самолетов

Анализируя статистические данные от Центра эксплуатационной надежности авиатехники НАУ и методического пособия [12] мы рассчитываем эксплуатационные показатели надежности самолета и шасси.

Теперь давайте проанализируем общие отказы этого самолетов по сравнению с теми же данными, но и для конкретных типов самолетов. Для этого мы построить диаграмму, который четко описывает характер сбоев в течение 5 лет эксплуатации. Это схематически показано на рис.3.3.

Рисунок 3.3 - Характеристика отказов в общем и в полете за отчетный период

ИспользуястатистическиеданныеЦентраэксплуатационнойнадежностиавиационнойтехники НАУ и методические рекомендации [12] рассчитываем оперативные показатели надежности ВС и их ТРДД. Относительно расчета средней наработки на отказ (Т_с) как ВС, так и их двигателей, используем следующую зависимость [12]:

, (3.1)

где - суммарный налет ВС или наработки двигателя;

 - суммарное количество отказов ВС или ГТД.

Результаты расчета Т_с ВС приведены на рисунке 3.4

Рисунок 3.4 - Динамика изменения Т_с выбранных типов ВС за отчетный период

На рисунке 3.5 приведены общая наработка современного двигателя Д-436-148 учитывая ежегодное наработки и используя формулу (3.1) получено динамику изменения Тс двигателей (рисунок 3.6).

Рисунок 3.5-Общие наработки ТРДД в период с 2009 по 2013 годы

Среднее количество отказов ВС на 1000 часов налета рассчитываем по формуле:

, (3.2)

где - суммарная наработка ВС;

 - суммарное количество отказов, выявленных в полете.

Результаты приведены на рисунке 3.7.

Рисунок3.6 - Динамка изменения Т_с ТРДД за отчетный период

Рисунок 3.7 - Динамика изменения К₁₀₀₀ выбранных типов ВС за отчетный период

Типичными неисправностями и повреждениями двигателей остаются эрозионный износ, разрушение конструктивных узлов проточной части вследствие попадания посторонних предметов, т. е. нарушение условий эксплуатации.

Опираясь на вышесказанное и опыт эксплуатации делаем вывод о необходимости совершенствования существующих методов и средств контроля и диагностирования авиадвигателей или внедрения в техническую эксплуатацию современных систем контроля и оценки технического состояния ТРДД.

Выводы к эксплуатационной части

В данной части дипломной работы выполнено следующее:

-       проанализировано степень применяемости оптический средств контроля для трудно доступных мест;

-       определено основные факторы, влияющие информативность при проведении контроля;

-       рассчитано оперативные показатели надежности для ГТД установленных на этих ВС;

-       определены современные стратегии поддержания надежности ГТД.

На основе проанализированных данных делаем следующие выводы:

-       для обеспечения глубокой информативности при проведении предварительной дефектации, необходимо иметь современное оборудование, которое будет давать более полную информацию об объекте контроля;

-       для более объективной и полной характеристики технического состояния объекта контроля, средства технического контроля, в современных условиях должны быть оснащены запоминающими средствами.

4. Общие выводы и рекомендации

По результатам дефекации все детали, узлы и агрегаты подразделяются на три группы:

не требующие ремонта и годные к дальнейшей эксплуатации;

требующие ремонта;

не подлежащие ремонту ввиду его технической невозможности или экономической нецелесообразности.

Поскольку элементы конструкции авиационной техники изготовлены из различных материалов, имеют различные форму и размеры, работают в разных условиях, то и дефекты их могут иметь самый разный характер. Поэтому универсального метода, пригодного для контроля любого материала или детали, нет.

Современное воздушное судно представляет собой очень сложную конструкцию, состоящую из большого количества различных по форме, размерам, материалам, условиям работы и назначению изделий АТ. В процессе эксплуатации под воздействием статических и динамических нагрузок, температур, атмосферных осадков, по причине конструктивных и производственных дефектов, а также возможных нарушений условий ТО изделия повреждаются.

Для обеспечения глубокой информативности при проведении предварительной дефектации, необходимо иметь современное оборудование, которое будет давать более полную информацию об объекте контроля;

Для более объективной и полной характеристики технического состояния объекта контроля, средства технического контроля, в современных условиях должны быть оснащены запоминающими средствами.

Перечень принятых сокращений

АРЗ - авиаремонтный завод;

АСУ - автоматизированные системы управления;

АТ - авиационная техника;

ГТИ - галоидный течеискатель;

ИК - инфракрасный;

ЛА - летательный аппарат;

НК - неразрушающий контроль;

ОТК - отдел технического контроля;

УЗК - ультразвуковые колебания

УФ - ультрафиолетовый;

5. Список литературы

1. Кудрін А.П., ХижкоВ.Д., Зайвенко Г.М. та ін. Ремонт повітряних суден і авіадвигунів.: Підручник. - К.: НАУ, 2002. - 492с.

. Алябьев А.Я., Болдирев Ю.М., Запорожец В.В. Ремонт летательных аппаратов. - М. Транспорт, 1984-420с.

. Алябьев А.Я., Зайвенко Г.М., Волосович Г.А. Основы ремонта авиационной техники. Организация ремонта, подготовка производства и определение технического состояния авиационной техники при ремонте.: Учеб. пособие. - К.: КИИГА, 1992. - 142с.

. АлябьевА.Я., Зайвенко Г.М., Волосович Г.А. Основы ремонта авиационной техники. Восстановление работоспособности деталей.: Учеб. пособие. - К.: КИИГА, 1992. - 96с.

. Алябьев А.Я., Зайвенко Г.М., Волосович Г.А. Основы ремонта авиационной техники. Сборка и испытание ЛА и АД при ремонте.: Учеб. пособие. - К.: КИИГА, 1993. - 98с.

. Обслуживание воздушных судов: Методические рекомендации по выполнению дипломной работы / А.В. Попов, С.С. Юцкевич, Г.А. Волосович, Н.И. Шпакович. - К.: НАУ, 2013. - 48с.