CC BY
37УДК 681.2.083
Технические науки
Балакин Алексей Игоревич, к.т.н., доцент ФГАОУ ВО Севастопольский государственный университет
Балакина Наталья Анатольевна, ст. преподаватель ФГАОУ ВО Севастопольский государственный университет
Мирзоян Наталия Юрьевна, аспирант ФГАОУ ВО Севастопольский государственный университет
Волошина Наталия Александровна, к.т.н., доцент ФГАОУ ВО Севастопольский государственный университет
АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ В
АВИАЦИОННОЙ ОТРАСЛИ
Аннотация: Приведен обзорный анализ методов неразрушающего контроля в авиационной отрасли. Рассмотрена возможность использования метода вихретокового контроля для получения информации о наличии дефектов на различных узлах авиационной техники. Приведены достоинства и недостатки метода вихретокового контроля.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, дефект, дефектоскопия, вихретоковый метод.
Annotation: An overview analysis of non-destructive testing methods in the aviation industry is presented. The possibility of using the eddy current testing method to obtain information about the presence of defects at various nodes of aviation technology is considered. The advantages and disadvantages of the eddy current testing method are given.
Key words: non-destructive testing, defect, flaw detection, eddy current method.
В настоящее время в авиационной отрасли предъявляются самые высокие требования к безопасности. Поэтому несмотря на многолетние исследования в сфере неразрушающего дефектоскопического контроля деталей и узлов авиационной техники, многие проблемы контроля остаются до настоящего времени нерешенными.
На данный момент актуальной задачей является разработка систем встроенного дефектоскопического контроля труднодоступных и высоконагруженных элементов конструкции самолетов в полете. При этом новые задачи в области контроля обусловлены внедрением на производстве современных технологических операций изготовления и ремонта деталей и узлов, влияющих на эффективность контроля [1; 2; 3].
Методы неразрушающего дефектоскопического контроля деталей и узлов авиационной техники являются существенным фактором поддержания надежности воздушных судов и обеспечения безопасности полетов. Однако для повышения эффективности контроля требуется выполнение очевидных необходимых условий: продолжения исследований в этой сфере, разработки новых средств контроля или модернизации известных средств и замена устаревшей аппаратуры.
Главная роль неразрушающего контроля заключается в обеспечении своевременного выявления дефектных элементов конструкции планера, двигателя, агрегатов воздушных средств с целью исключения их возможного разрушения в процессе последующей эксплуатации. Существенным является тот факт, что в процессе проведения контроля испытуемые элементы не подвергаются каким-либо воздействиям, способным привести к их повреждению.
Большинство находящихся в настоящее время в эксплуатации средств неразрушающего контроля отечественного производства морально устарели, хотя и обеспечивают возложенные на них задачи по дефектоскопии авиационной техники.
Таким образом, своевременное выявление дефектов авиационной техники
методами неразрушающего контроля, достоверность их идентификации и корректность определения их влияния на работоспособность воздушных судов на сегодняшний день являются основными задачами при разработке средств неразрушающего контроля в данной отрасли.
Методы неразрушающего контроля основываются на наблюдении, регистрации и анализе результатов взаимодействия физических полей (излучений) или веществ с объектом контроля, причем характер этого взаимодействия зависит от химического состава, строения, состояния структуры контролируемого объекта и т.п.
Универсального метода неразрушающего контроля, способного обнаружить самые разнообразные по характеру дефекты, нет. Каждый отдельно взятый метод решает ограниченный круг задач. На практике наибольшее распространение получил ультразвуковой контроль и радиационный. Кроме того, в зависимости от ставящихся задач, используют и другие методы контроля: электрические, магнитоэлектрические, магнитные, вихревые.
Вихревые методы позволяют вести контроль свойств проводящих сред, как правило, на поверхности и в предповерхностном слое.
Основными методами неразрушающего контроля, применяемыми в гражданской авиации, являются: ультразвуковой, магнитопорошковый, визуально-оптический, капиллярный, рентгенографический и вихретоковый [4; 5; 6; 7].
В отрасли авиастроения вихретоковый метод занимает особое место. Здесь при помощи вихретокового метода контроля осуществляется диагностика крыльев, фюзеляжей, колесных дисков, компонентов двигателей, роторов, осей, крепежных отверстий и др.
Вихретоковые методы контроля основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля. Плотность вихревых токов в объекте зависит от геометрических и электромагнитных параметров объекта, а также от взаимного расположения
измерительного вихретокового преобразователя (ВТП) и объекта. В качестве преобразователя используют обычно индуктивные катушки (одну или несколько). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте (Рисунок 1). Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на зажимах катушки или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.
Рисунок 1. Обобщенная схема вихретокового контроля с помощью накладного
вихретокового преобразователя
Плотность вихревых токов максимальна на поверхности объекта в контуре, диаметр которого близок к диаметру возбуждающей обмотки, и убывает до нуля на оси ВТП при удалении. Плотность вихревых токов убывает также и по глубине объекта контроля. Следовательно, вихретоковые методы эффективны только для контроля поверхностных слоев объектов.
Особенность вихретокового контроля также и в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит обычно на расстояниях, достаточных для свободного движения
преобразователя относительно объекта (от долей миллиметра до нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов или проводить дефектоскопию объекта с защитным нетокопроводящим покрытием. Получение первичной информации в виде электрических сигналов, бесконтактностъ и высокая производительность определяют широкие возможности автоматизации вихретокового контроля.
С помощью ВТМ обнаруживают дефекты типа несплошностей, выходящих на поверхность или залегающих на небольшой глубине (в электропроводящих листах, прутках, трубах, проволоке, железнодорожных рельсах, мелких деталях и т.д.), а также разнообразные трещины, расслоения, закаты, плены, раковины, неметаллические включения и т.д. При использовании накладного преобразователя при благоприятных условиях контроля и малом влиянии негативных факторов удается выявить трещины глубиной 0,1-0,2 мм, протяженностью 1-2 мм, а при использовании проходного преобразователя - трещины протяженностью около 1 мм и глубиной 1-5% от диаметра контролируемой проволоки или прутка.
ВТМ позволяют успешно решать задачи контроля размеров изделий. С помощью ВТМ измеряют диаметр проволоки, прутков и труб, толщину металлических листов и стенок труб при одностороннем доступе к объекту, толщину электропроводящих (например, гальванических) и диэлектрических (например, лакокрасочных) покрытий на электропроводящих основаниях, толщину слоев многослойных структур, содержащих электропроводящие слои. Измеряемые толщины могут изменяться в пределах от микрометров до десятков миллиметров. Для большинства приборов погрешность измерения составляет 2-5%.
Одна из особенностей ВСМ заключается в том, что на сигналы преобразователя практически не влияют влажность, давление и загрязнённость воздушной среды, радиоактивные излучения, загрязнённость поверхности ОК непроводящими веществами.
Простота конструкции преобразователя - ещё одно преимущество ВНК. В большинстве случаев катушки индуктивности, выполняющие роль чувствительных элементов, помещают в защитный корпус и изолируют компаундами. Благодаря этому они устойчивы к механическим и атмосферным воздействиям, могут работать в агрессивных средах в широком интервале температур и давлений [5].
Вихретоковые методы имеют два основных ограничения:
1. Применяются только для контроля электропроводящих изделий;
2. Имеют малую глубину контроля, связанную с особенностями проникновения электромагнитных волн в объект контроля.
Таким образом можно сделать вывод, что несмотря на его преимущества метода вихретокового контроля, результат измерения зависит от влияния мешающих факторов, таких как наличие зазора, колебания магнитной проницаемости или питающего напряжения, которое необходимо минимизировать или полностью устранить для получения объективной информации о наличии дефекта.
В дальнейшем предполагается рассмотреть возможность усовершенствования метода вихретокового контроля, с целью повышения точности результатов измерения.
Библиографический список:
1. Шелихов Г.А., Глазков Ю.С. Неразрушающий дефектоскопический контроль в авиации [Электронный ресурс] /Г.А. Шелихов, Ю.С, Глазков// Авиапанорама. - 2008. - No. 4. - Режим доступа: http://aviapanorama.su/. - (Дата обращения 20.02.2021).
2. Агеев В.Н. Неразрушающий контроль [Электронный ресурс] /В.Н. Агеев// Авиатранспортное обозрение. - 2003. - №49. - Режим доступа: http://www.ato.ru/. - (Дата обращения 20.02.2021).
3. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник/ Под.ред. В.В. Клюева/ М.: Машиностроение, 2003 - 656 с.
4. Герасимов В.Г., Покровский А.Д., Сухоруков В.В. Неразрушающий контроль. Книга 3. Электромагнитный контроль. - М.: Высшая школа, 1992. -312 с.
5. Коптева, Л.Н. Основы вихретокового неразрушающего контроля: учебное пособие / Власов К.В., Бобров А.Л.: СГУПС - Новосибирск: [б.и.], 2015. - 28 с.
6. Неразрушающий контроль. Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 2; Кн. 2. - М.: Магиностроение, 2003. - 421 с.
7. РД 13-03-2006. Методические рекомендации о порядке проведения вихретокового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах. Сер. 28. Вып. 10/ Колл. авт. М.: Открытое акционерное общество «Научно-технический центр по безопасности в промышленности», 2007. 44 с.
