Ультразвуковая диагностика сварных швов жидкостных ракетных двигателей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-1/9

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДИАГНОСТИКА СВАРНЫХ ШВОВ ЖИДКОСТНЫХ

РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

А. А. Лаврушин Научный руководитель - В. Ю. Журавлев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: lavrushin_1995@mail.ru

Исследуются принцип работы ультразвуковой диагностики, методы дефектоскопии, процедура проведения дефектоскопии, приведены рамки применения данной методики при выявлении дефектов, а также перечислены достоинства и недостатки данного метода диагностики.

Ключевые слова: ультразвуковая дефектоскопия, методы ультразвукового контроля, дефекты.

ULTRASOUND DIAGNOSTICS OF WELD SEQUENCES OF LIQUID ROCKET ENGINES

A. A. Lavrushin Scientific Supervisor - V. Yu. Zhuravlyov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: lavrushin_1995@mail.ru

In this paper, we study the principle of operation of ultrasonic diagnostics, methods of fault, detection the procedure for carrying out the flaw detection, the scope of application of this technique for identifying defects, the advantages and disadvantages of this diagnostic method are listed.

Keywords: ultrasonic flaw detection; methods of ultrasonic testing; defects.

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) со сварными соединениями все швы необходимо подвергать проверке. Вне зависимости от их новизны или давнего срока эксплуатации металлические соединения проверяются различными методами дефектоскопии. Наиболее действенным методом является ультразвуковая диагностика (УЗД), которая превосходит по точности полученных результатов рентгенодефектоско-пию, гамма-дефектоскопию, радио-дефектоскопию и др. [1-3].

Это далеко не новый (впервые УЗК проведен в 1930 г. С. Я. Соколовым) метод, но является очень популярным и используется практически повсеместно. Это обусловлено тем, что наличие даже небольших дефектов сварочных соединений приводит к неизбежной утрате физических свойств, таких как прочность, а со временем к разрушению соединения и непригодности всей конструкции.

Ультразвуковой контроль (УЗК) сварных швов - это неразрушающий целостности сварочных соединений метод контроля и поиска скрытых и внутренних механических дефектов не допустимой величины и химических отклонений от заданной нормы. УЗК является действенным при выявлении воздушных пустот, химически неоднородного состава (шлаковые вложения в металле) и выявления присутствия неметаллических элементов.

Ультразвуковая технология испытания основана на способности высокочастотных колебаний (около 20 000 Гц) проникать в металл и отражаться от поверхности царапин, пустот и других неровностей. Искусственно созданная, направленная диагностическая волна проникает в прове-

Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»

ряемое соединение и в случае обнаружения дефекта отклоняется от своего нормального распространения. Оператор УЗД видит это отклонение на экранах приборов и по определенным показаниям данных может дать характеристику выявленному дефекту. Например:

1. Расстояние до дефекта - по времени распространения ультразвуковой волны в материале.

2. Относительный размер дефекта - по амплитуде отраженного импульса.

На сегодняшний день в промышленности применяют пять основных методов проведения УЗК (ГОСТ 23829-79), которые отличаются между собой только способом регистрации и оценки данных:

1. Теневой метод. Заключается в контроле уменьшения амплитуды ультразвуковых колебаний прошедшего и отраженного импульсов.

2. Зеркально-теневой метод. Обнаруживает дефекты швов по коэффициенту затухания отраженного колебания.

3. Эхо-зеркальный метод или «Тандем». Заключается в использовании двух аппаратов, которые перекликаются в работе и с разных сторон подходят к дефекту.

4. Дельта-метод. Основывается на контроле ультразвуковой энергии, переизлученной от дефекта.

5. Эхо-метод. Основан на регистрации сигнала отраженного от дефекта.

Процедура проведения дефектоскопии ЖРД:

1. Удаляются загрязнения со сварных швов и на расстоянии 50-70 мм с двух сторон.

2. Чтобы обеспечить акустический контакт между щупом-искателем и изделием, зачищенную поверхность металла непосредственно перед контролем тщательно протирают и наносят на нее слой контактной смазки. В качестве смазки применяют автол марок 6, 10, 18, компрессорное, трансформаторное или машинное масло.

3. Прибор предварительно настраивается по определенному стандарту, который рассчитан на решения конкретной задачи УЗД. Контроль:

4. Толщины до 20 мм - стандартные настройки (зарубки).

5. Свыше 20 мм - настраиваются АРД-диаграммы.

6. Качества соединения - настраиваются ЛУО или ВО8-диаграммы.

7. Искатель перемещают зигзагообразно вдоль шва и при этом стараются повернуть вокруг оси на 10-15°.

8. При появлении устойчивого сигнала на экране прибора в зоне проведения УЗК, искатель максимально разворачивают. Необходимо проводить поиск до появления на экране сигнала с максимальной амплитудой.

9. Следует уточнить: не вызвано ли наличие подобного колебания отражением волны от швов, что часто бывает при УЗД.

10. Если нет, то фиксируется дефект и записываются координаты.

11. Контроль сварных швов проводится согласно ГОСТу за один или два прохода.

12. Тавровые швы (швы под 90°) проверяются эхо-методом.

13. Все результаты проверки дефектоскопист заносит в таблицу данных, по которой можно будет легко повторно обнаружить дефект и устранить его.

С помощью проведения УЗК возможно выявить следующие дефекты:

Трещины в околошовной зоне; поры; непровары шва; расслоения наплавленного металла; несплошности и несплавления шва; дефекты свищеобразного характера; провисание металла в нижней зоне сварного шва; зоны, пораженные коррозией, участки с несоответствием химического состава, участки с искажением геометрического размера.

УЗД проводится в геометрических рамках: на максимальной глубине залегания шва -до 10 м. На минимальной глубине (толщина металла) - от 3 до 4 мм. Минимальная толщина шва (в зависимости от прибора) - от 8 до 10 мм. Максимальная толщина металла - от 500 до 800 мм.

К преимуществам ультразвукового контроля качества металлов и сварных швов относятся: высокая точность и скорость исследования, а также его низкая стоимость; безопасность для человека (в отличие, к примеру, от рентгеновской дефектоскопии); возможность проведения выездной диагностики (благодаря наличию портативных ультразвуковых дефектоскопов); во время проведения УЗК не требуется выведения контролируемой детали или всего объекта из эксплуатации; при проведении УЗД проверяемый объект не повреждается.

К особенностям УЗК ЖРОД можно отнести: некоторые трудности при работе с металлами с крупнозернистой структурой, которые возникают из-за сильного рассеяния и затухания волн; с ростом толщины шва и уменьшением радиуса обечаек область оптимальных углов ввода луча резко сужается; необходимость проведения предварительной подготовки поверхности шва.

Библиографические ссылки

1. Щербинский В. Г. Технология ультразвукового контроля сварных соединений. 2-е изд., испр. М. : Тиссо, 2005.

2. Алешин Н. П., Щербинский В. Г. Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия металлоизделий. М. : Высш. шк., 1991.

3. Ермолов И. Н. Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля. М. : Машиностроение, 1986.

© Лаврушин А. А., 2017