CC BY
13
УДК 620.192.63
Д. С. Ложкова, М.А. Далин
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЬНОГО ОТРАЖАТЕЛЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО ПРИ НАСТРОЙКЕ ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ КОНТРОЛЕ ДИАФРАГМЫ ГАСИТЕЛЯ ПУЛЬСАЦИЙ
Рассмотрены вопросы ультразвукового неразрушающего контроля диафрагм гасителя пульсаций гидравлической системы вертолета, выполненных из резины, в условиях производства. Решена проблема получения в образце из резины искусственных дефектов - контрольных отражателей, используемых для настройки дефектоскопа. Показан способ измерения параметров контрольного отражателя с использованием лазерного сканирующего и оптического инвертированного микроскопов.
Ключевые слова: эхо-импульсный метод ультразвукового неразрушающего контроля, чувствительность, контрольный отражатель, аттестация контрольного образца, оптическая микроскопия.
The problems of resin pulsation absorber diaphragms of the helicopter's hydraulic system ultrasonic nondestructive testing under production conditions are observed. The problem of making FBH's in resin test sample, which is using for equipment set-up was successfully solved. The method of FBH 's parameters measure with laser scanned and optical inverted microscopes is shown.
Key words: pulse-echo method of ultrasonic non-destructive testing, sensitivity, FBH, test specimen certification, optical microscopy.
При производстве авиационной техники нераз-рушающему контролю (НК) подвергают практически все детали. Одним из элементов гидравлической системы вертолета является диафрагма гасителя пульсаций, выполненная из резины марки В-14Дтс и представляющая собой полую деталь в виде сложного тела вращения с толщиной стенки 3-4 мм (рис. 1). Деталь получают горячим формованием из листовой заготовки. В процессе изготовления диафрагмы проводится рентгенографический контроль листовой заготовки и готовой детали в нескольких проекциях, а также визуально-оптический контроль на наличие поверхностных дефектов.
При эксплуатации изделия был зафиксирован единичный случай разрушения диафрагмы. При этом установлено, что причиной разрушения явился дефект округлой формы размером 0,5*0,8 мм, расположенный на глубине 0,1 мм от наружной поверхности, не обнаруженный при заложенном в технологическом процессе рентгенографическом контроле.
Предположительно это связано с тем, что до разрушения диафрагмы раковина была заполнена неметаллическим включением с плотностью, близкой к плотности резины. Дефект не выявлен при визуальном осмотре, так как не выходил на поверхность.
Перед специалистами лаборатории НК ВИАМ поставлена задача по оценке возможностей НК с целью эффективного выявления таких раковин и пор в диафрагме гасителя пульсации. По результатам сравнительных исследований для решения данной задачи предложен ультразвуковой иммерсионный
эхо-метод с использованием продольных волн, вводимых наклонно к поверхности диафрагмы.
Ультразвуковой метод неразрушающего контроля широко применяется для выявления внутренних дефектов металлических деталей авиационной техники [1]. В последние годы в ВИАМ разработан ряд методик по применению этого метода для выявления дефектов в неметаллических материалах [2-7]. Решены вопросы метрологического обеспечения такого контроля с использованием специальных стандартных образцов. Эластомерные материалы (резины) редко являются объектами неразрушающего контроля. Специалисты ВИАМ принимали участие в работе по ультразвуковой толщинометрии эластомерных материалов [8, 9], однако с задачей по выявлению не-сплошностей в таких материалах столкнулись впервые.
Также разработано специализированное устройство - бабблер, представляющий собой полую, заполненную водой оправку, в которой преобразователь закрепляется таким образом, что при контроле вода подается непрерывно и вытекает через отверстие на его контактной поверхности - скошенном торце. Контролируемую деталь при этом не надо погружать в воду. Через это же отверстие осуществляется ввод ультразвука из воды непосредственно в объект контроля. Дефек-тоскопист держит бабблер с датчиком в руке и сканирует, прижимая его к контактной поверхности детали, благодаря чему решается проблема поддержания углового положения датчика и расстояния до поверхности детали.
Для возможности внедрения данного ультразвукового контроля необходимо разработать тре-
Рис. 2. 3D-изoбpaжения плоскодонного отражателя, полученные с помощью лазерного сканирующего микроскопа
бования и изготовить рабочий стандартный образец (РСО), используемый при настройке дефектоскопического оборудования. Первоначально планировалось изготовление рабочего стандартного образца из условно бездефектной диафрагмы (прошедшей рентгеновский НК) путем сверления в ней отражателей. После получения отражателя необходимо провести метрологическую аттестацию получившегося РСО. При измерении размеров получившегося отражателя в диафрагме, специалисты лаборатории НК столкнулись с рядом трудностей: во-первых, отражатель имеет рваные края, высокую шероховатость внутренней поверхности; во-вторых, очевидно, что измерить глубину отверстия щупом, а диаметр - калибром-пробкой (как, например, это рекомендовано для контрольных отражателей в ГОСТ 21397-81) в резине невозможно. Оптический метод измерения геометрических параметров отражателя не подхо-
дит для отверстий, расположенных на внутренней поверхности диафрагмы. При попытке вывернуть диафрагму так, чтобы можно было измерить диаметр углубления с использованием измерительного микроскопа, его диаметр увеличивается в несколько раз. Наличие отражателя именно на внутренней поверхности диафрагмы обязательно для выбранного метода (ГОСТ 14782). Также опробовано еще два способа получения контрольного отражателя, но каждый из них обладал существенными недостатками:
- плоский вертикальный надрез клиновидно заточенным лезвием - его размеры практически невозможно измерить, при каждой деформации диафрагмы он увеличивался (резина рвалась по краям);
- отражатель, полученный выжиганием, получался с неровными краями, а его форма с трудом может быть описана в терминах «диаметр-глубина».
[\Г Т \ I —W?T- / / / / 1 /
1_ У 1
826.336 661.069 495.802 330.534 165,267
0 639.92 1279.85 1919,77 2559,70 3199,62
Рис. 3. Курсорные измерения на сечении отражателя, полученные с помощью лазерного сканирующего микроскопа
Исходя из вышеизложенного предложен альтернативный способ изготовления рабочего стандартного образца. На предприятии Заказчика отформован плоский образец толщиной 3 мм из резины той же марки, что и диафрагма, с отражателями в виде плоскодонных отверстий. При формовании образца отверстия могут быть получены заданной формы, с ровными краями и гладкими стенками; их глубина и диаметр могут быть легко измерены с использованием оптического микроскопа, так как плоский образец не претерпевает деформации в процессе измерения. При наличии такого образца предложена следующая система метрологического обеспечения методики контроля диафрагм:
- указанный плоский образец проходит метрологическую аттестацию как РСО в соответствии с ОСТ1.02765-96. Отражатели аттестуются по геометрическим параметрам с использованием оптического микроскопа;
- при ультразвуковом контроле серийных диафрагм данный РСО используется для настройки чувствительности, параметров развертки и строба автоматической сигнализации о дефекте (АСД) дефектоскопа;
- из бездефектной (прошедшей рентгеновский НК) диафрагмы изготовляется контрольный образец путем получения в диафрагме одного или нескольких искусственных дефектов. Дефект изготовляется любой формы, единственное условие - эквивалентность амплитуды эхо-сигнала от дефекта и амплитуды эхо-сигнала от отражателя в РСО. Контрольный образец не подлежит аттестации. Факт эквивалентности отражателя в нем и в РСО проверяется каждый раз при настройке аппаратуры;
- при ультразвуковом контроле серийных диафрагм контрольный образец используется для «динамической проверки» правильности настройки. В ходе динамической проверки дефектоско-пист убеждается в уверенном выявлении отражателя в контрольном образце при заданных параметрах контроля - шаге и скорости сканирования, количестве контактной жидкости и т. д. в условиях, соответствующих реальному контролю.
Следует отметить, что подобный подход используется на моторостроительных предприятиях
для метрологического обеспечения автоматизированного ультразвукового контроля заготовок дисков газотурбинных двигателей.
В качестве метода измерения геометрии отражателей выбрана оптическая микроскопия. Методы оптической микроскопии широко используются для количественного металлографического анализа и высокоточных измерений [10-12]. За фактические размеры отражателей приняты размеры, измеренные с помощью лазерного сканирующего микроскопа (ЛСМ) Olympus LEXT OLS 3100. На рис. 2 показаны 3D-изoбpaжения плоскодонного отражателя диаметром 0,5 мм. На рис. 3 показан процесс курсорных измерений размеров на сечении отражателя.
Однако вследствие высокой стоимости микроскопа и сложности при его освоении Заказчику для метрологической аттестации РСО предложен инвертированный микроскоп типа Olympus GX-51, используемый совместно с цифровой фотонасадкой, позволяющей передавать изображение в компьютер.
В качестве аттестуемых характеристик выбраны следующие параметры:
- диаметр контрольного отражателя (КО);
- толщина образца;
- глубина КО;
- отклонение от цилиндричности.
Наиболее сложным для измерения аттестуемым
параметром КО является отклонение от цилиндричности, характеризующее скругление на крае отверстия. Измерить данный параметр с использованием микроскопа GX-51 не удалось, но при аттестации образца учитывать этот параметр необходимо, поэтому предложено ввести в аттестуемые параметры величину «отклонение от цилиндричности отражателя по уровню 100 мкм», которая будет показывать разность между диаметром КО у дна и диаметром КО на уровне 100 мкм под поверхностью образца. Также предложен метод измерения данного параметра.
На примере изображения по уровню 100 мкм (рис. 4) отчетливо видна граница резко отображаемого пространства, по которому и проводится измерение отклонения от цилиндричности отражателя. Геометрические параметры контрольных
Рис. 4. Измерения на оптическом микроскопе Olympus GX-51
отражателей в плоском образце измерены с использованием двух микроскопов: ЛСМ Olympus LEXT OLS 3100 и оптического Olympus GX-51. Максимальная разница между результатами измерений принята за погрешность измерения при аттестации образца.
В результате работы показана эффективность внедрения ультразвукового контроля диафрагм для выявления раковин, включений и пор, в том числе дефектов, аналогичных вызвавшему разрушение диафрагмы при эксплуатации. Изготовлены образцы для настройки дефектоскопической аппаратуры и проверки ее работоспособности, разработана процедура метрологической аттестации образцов.
Авторы выражают благодарность сотруднику Испытательного центра ВИАМ И.В. Исходжано-вой за внесенный вклад в работу в области оптической микроскопии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Далин М.А., Генералов A.C., Бойчук A.C., Ложкова Д.С. Основные тенденции развития акустических методов неразрушающего контроля //Авиационные материалы и технологии. 2013. №1. С. 64-69.
2. Генералов A.C., Мурашов В.В., Далин М.А., Бойчук A.C. Диагностика полимерных композитов ультразвуковым реверберационно-сквозным методом //Авиационные материалы и технологии. 2012. №1. С. 42-47.
3. Генералов A.C., Мурашов В.В., Бойчук A.C. Контроль прочности углепластиков на клеевых препре-гах ультразвуковым методом //Клеи. Герметики. Технологии. 2012. №5. C. 27-32.
4. Бойчук A.C., Далин М.А., Cтепaнoв A.B., Генералов A.C. Неразрушающий контроль технологических нарушений сплошности Т-образной зоны интегральной конструкции из ПКМ с использованием ультразвуковых фазированных решеток //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. №10. C. 38-44.
5. Генералов A.C., Мурашов В.В., Далин М.А., Бойчук A.C. Определение прочности углепластиков ультразвуковым реверберационно-сквозным методом //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. №11. C. 47-53.
6. Бойчук A.C., Cтепaнoв A.B., Юхацкова О.В. Неразрушающий контроль ПКМ с использованием ультразвуковых фазированных решеток //Промышленные АСУ и контроллеры. 2013. №2. C. 54-58.
7. ^рокин К.В., Мурашов В.В., Федотов М.Ю., Гончаров В.А. Прогнозирование развития дефектов в кон-
струкциях из ПКМ способом определения изменений жесткости при актировании материала //Авиационные материалы и технологии. 2011. №2. С. 20-22.
8. Далин М.А., Ложкова Д.С., Смирнов ДН. Измерение толщины слоя герметиков У-30МЭС-5НТ и ВГМ-Л в изделиях авиационной техники с использованием ультразвукового метода неразрушающего контроля //Клеи. Герметики. Технологии. 2012. №5.
C. 32-35.
9. Dalin M. A., Lozhkova D.S. Measurement of the Thickness of U-30MES-5NT and VGM-L Sealing Compound Layers in Aircraft Products Using the Ultrasonic Nondestructive Testing Method //Polymer Science. Series
D. Glues and Sealing Materials. 2012. №5. P. 305-308.
10. Бронфин М.Б., Алексеев A.A., Чабина Е.Б. Метал-лофизические исследования. Возможности и перспективы /В сб. 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932-2007: Юбилейный науч.-технич. сб. М.: ВИАМ. 2007. С. 353-365.
11. Сидоров В.В., Исходжанова И.В., Ригин В.Е., Фоломейкин Ю.И. Оценка эффективности фильтрации при разливке сложнолегированного никелевого расплава с повышенным количеством отходов //Электрометаллургия. 2011. №11. С. 17-21.
12. Светлов ПЛ., Исходжанова И.В., Евгенов А.Г., Наприенко С.А. Исследование высокотемпературной ползучести и дефектности струиуры монокристаллов никелевого жаропрочного сплава после горячего изоста-тического прессования //Деформация и разрушение материалов. 2011. №3. C. 28-32.
