CC BY
144
УДК 629.735:620.193
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВНУТРЕННЕЙ КОРРОЗИОННОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
С.Г. ХРУСТИКОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Пивоваровым В.А.
В статье анализируются методы неразрушающего контроля, применяемые для контроля межкристаллитной коррозии, предлагаются современные средства контроля межкристаллитной коррозии.
Ключевые слова: инструментальная оценка, коррозионное повреждение, авиационная конструкция.
Оценка остаточного ресурса авиационных конструкций должна основываться на объективных данных о техническом состоянии. Неразрушающий контроль (НК) авиатехники позволяет в определенных условиях оперативно отслеживать изменение технического состояния авиаконструкций при их обслуживании.
Обоснование возможности увеличения назначенных и межремонтных ресурсов и сроков службы воздушных судов (ВС) базируется на документальных материалах технического состояния ВС с неограниченным временем хранения, возможностью анализа и экспертизы. Документируются все встречающиеся повреждения элементов конструкции планера в виде коррозии, усталостных и механических повреждений.
Анализ результатов такого документирования показал, что коррозионные повреждения являются самым распространенным видом дефектов (рис. 1).
Распределение ксрр сгии. Ч
Ту-1ММ ■ 63,7 Ан-24 ■ 51,4
Ил-36 - 50,3 Ил-Тет. ТД - &7,4
Рис. 1. Доля коррозионных повреждений в конструкции отечественных ВС ГА
Поэтому вопросы контроля коррозионной повреждаемости элементов конструкций воздушных судов не теряют свою актуальность. В настоящее время для выявления коррозионных повреждений широко используются методы неразрушающего контроля. Достоверно выявлять коррозию позволяет, в частности, вихретоковый метод неразрушающего контроля (МНК). При оценке состояния внутренней поверхности конструкции (внешний односторонний доступ) часто используют ультразвуковые толщиномеры типа УТ-93П, «Булат-1» и др.
Практика эксплуатации показывает, что наряду с поверхностной коррозией существует и так называемая внутренняя (межкристаллитная коррозия), которая провоцируется условиями
нагружения авиаконструкций. Этот вид коррозии представляет большую опасность, негативно влияя на физико-механические свойства материала [1]. Надо отметить, что эффективных мер по обнаружению межкристаллитной коррозии (МКК) по существу нет.
Опыт эксплуатации и металлографический анализ ряда материалов напряженных конструкций самолета показал, что межкристаллитная коррозия появляется только после 2500030000 ч эксплуатации (10-15 лет). Наиболее яркая картина по качественному и количественному составу продуктов коррозии была получена именно на образцах после такого периода эксплуатации [2] . В толстых слоях продуктов коррозии обнаружено высокое содержание кислорода (55-60%), серы (0.3-0,4%) и хлорид-иона (0,5-0,6%).
б
-0,48
-0,49
« -0,5 й
1-0,51
сь
о
и
¡-0,52
X
1-0,53
-0,54
-0,55
. / > -0,483 ^о-0,483
/
/ 'Ч"°Д504
г—0,51
|11л(1кирии1ик р ц ^ 4^- ►
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18
Глубина, мм
в
Рис. 2. Потенциал коррозии на различных глубинах [2]: а - 11 лет; б - 15 лет; в - 20 лет эксплуатации
Сравнение микроструктуры образцов после 15 и 20 лет эксплуатации позволяет говорить о некоторой стабилизации процесса МКК. Количество поврежденных границ зерен со временем эксплуатации остается стабильным.
На отдельных участках выбранных фрагментов обшивки после 15 и 20 лет эксплуатации одновременно с язвенными повреждениями иногда обнаруживаются следы питтинговой коррозии. Питтинговая коррозия [англ. pitting, от pit-покрывать(ся) ямками] - коррозия металлов, ведущая к образованию каверн, т.е. язв, полостей в металле, начинающихся с его поверхности. Эти повреждения возникают обычно в защитном слое (нанесенном или образовавшемся естественным образом) по местам различных дефектов (трещин от внутренних напряжений, пор, микровключений, выхода на поверхность границ зерен, дислокаций и т. п.). В зависимости от продолжительности действия факторов, провоцирующих питтинговую коррозию, глубина и поперечник повреждений могут изменяться от мкм до см. Среди всех коррозионных повреждений доля питтинговой коррозии составляет от 15 до 50%. От питтингов часто развиваются усталостные трещины, что весьма опасно.
Г осНИИ ГА в качестве одного из критериев оценки устойчивости к МКК панелей самолетов Ту-154 после длительной эксплуатации предлагает рассматривать склонность сплавов к питтинговой коррозии, так как она развивается, как утверждают, по границам зерен. Устойчивость к питтинговой коррозии определяется величиной потенциала питтинговой коррозии (Епк). Епк может быть измерена так называемым хроноамперометрическим методом [2].
Применение методов и средств неразрушающего контроля позволяет оценивать степень внутренних коррозионных повреждений в условиях ТОиР самолетов. В табл. 1 представлены результаты экспертных оценок применимости МНК для решения поставленной задачи [2].
Таблица 1
Возможности использования методов неразрушающего контроля для обнаружения и оценки коррозионных повреждений
Тип коррозии Метод неразрушающего контроля
Радио- графия Ультразву- ковой Вихре- вых токов Магнит- ных частиц Акусти- ческая эмиссия
Скрытые повреждения неизвестного происхождения Н О О
Общая коррозия О Н О
Питтинговая коррозия Н П У
Межкристаллитная коррозия У Н У П П
Обесцинкование П Н
Коррозионная усталость Н У У У О
Коррозионное растрескивание под напряжением У Н У У У
Растрескивание вследствие водородного охрупчивания П Н Н У У
О - ограниченное применение; П - позволяет обнаруживать коррозионные повреждения;
У - удовлетворительный метод; Н - наилучший метод.
Была сделана попытка идентифицировать питтинговую коррозию с помощью сертифицированных в отрасли дефектоскопов УД3-103 «Пеленг» и «ДАМИ-С», реализующие соответственно ультразвуковой, импедансный и вихретоковый методы НК, имеющие высокие характеристики чувствительности.
Портативный ультразвуковой дефектоскоп УД3-103 Пеленг предназначен для выявления дефектов типа нарушения сплошности (трещины, поры и др.) с измерением и регистрацией в
памяти дефектоскопа характеристик выявленных дефектов (амплитуда отраженного сигнала, координаты, эквивалентная площадь и др. - в режиме УЗ), оценкой глубины поверхностных дефектов (в режиме ВТ) при контроле вручную и (или) с использованием устройств сканирования.
В дефектоскопе предусмотрено:
- представление результатов ультразвукового контроля (А-развертка) и визуализация контролируемого сечения изделия (В- и ’-развертки) с указанием мест расположения повреждения (дефекта в виде полости);
Рис. 3. Типовое представление результатов контроля
- определение координат выявленных дефектов в ультразвуковом режиме с учетом кривизны сканируемой поверхности;
- возможность отображения на экране отраженных сигналов в виде радио -(высокочастотных) импульсов;
- проведение ультразвукового контроля с использованием двух зон временной селекции (ВС), временной регулировки чувствительности (ВРЧ), а также режимов "АРД", "СТОП-КАДР", "ОГИБАЮЩАЯ", "ЛУПА" и других;
- энергонезависимая память для созданных настроек и записанных результатов контроля (протоколов);
- возможность создания и сохранения в памяти дефектоскопа блоков этапов (для реализации многоэтапного контроля);
- ведение и сохранение в памяти дефектоскопа отчетов о проведении контроля однотипных изделий.
Эксперимент показал, что использование УД3-103 на режимах повышенной чувствительности позволяет идентифицировать МКК при условии наличия доступа к объекту контроля.
Опыт работы с МКК - повреждаемостью позволил рекомендовать для УД3-103 следующие настройки:
- частота ультразвуковых колебаний - 5 МГ ц;
- схема включения пьезоэлектрического преобразователя - совмещенная;
- амплитуда зондирующих импульсов - высокая;
- длительность зондирующих импульсов - 2 периода;
- частота синхронизации (частота следования зондирующих импульсов) - 2500 Гц.
Использование вышеприведенных настроек позволило выявить МКК в виде характерных
отображений на экране, представленных на рис. 2. Здесь необходимо отметить следующие особенности (рис. 2):
- эхо-импульсы от МКК существенно превышают эхо-импульсы «белого шума»;
- эхо импульсы от МКК сдвинуты вправо по развертке на глубину 0.2-0.3 мм;
- частота (повторяемость) эхо-импульсов «белого шума» существенно выше эхо-импульсов от МКК.
а б
Рис. 2. Отображение на экране УЗ-дефектоскопа участка МКК (а) и бездефектного участка (б)
В настоящее время идет экспериментальная отработка технологии УЗ - контроля МКК с помощью дефектоскопа ДАМИ-С. Эти результаты будут опубликованы позднее.
Выводы
1. Питтинговая (межкристаллитная) коррозия в материалах самолетных конструкций с большой наработкой представляет собой весьма опасный вид повреждаемости.
2. В условиях ТОиР необходимо проводить периодическую проверку элементов планера и двигателя на наличие и интенсивность МКК.
3. Экспериментальные проверки материалов с различной поврежденностью микроструктуры МКК показали, что для этих целей может быть использован ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп «Пеленг», который наглядно регистрирует МКК на режимах повышенной чувствительности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коллакот Р. А. Диагностика повреждений. - М.: Мир, 1989.
2. Васильев В.Ю., Шапкин В.С., Метелкин Е.С., Дуб А.В. Коррозия и старение воздушных судов при длительной эксплуатации: монография. - М.: Логос, 2007.
MODERN METHODS OF NON-DESTRUCTIVE TESTING OF CORROSION ENERGIZED OF AIRCRAFT STRUCTURES
Khrustikov S.G.
Questions of controlling the aircraft structural elements corrosive damageability don’t lose their relevance. Possibility of detecting intercrystalline corrosion using non-destructive control method is worth special interest.
Key words: instrumental evaluation, corrosion damage, aircraft structure.
Сведения об авторе
Хрустиков Сергей Геннадьевич, 1976 г.р., окончил МГТУ ГА (2008), аспирант кафедры технической эксплуатации летательных аппаратов и авиационных двигателей МГТУ ГА, автор 1 научной работы, область научных интересов - диагностика и неразрушающий контроль авиационной техники.
