VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Дефектоскопия - это поиск дефектов с помощью неразрушающих методов контроля, который обеспечивает заданный уровень надежности, позволяет добиваться увеличения долговечности с высокой эффективностью и производительностью. Средства неразрушающего контроля предназначены для обнаружения дефектов типа несплошности материала, измерения геометрических параметров деталей, оценки физико-химических свойств материала. При помощи дефектоскопов получают информацию в виде световых, звуковых, электрических и других сигналов о качестве контролируемых деталей, узлов и т.д.

Следует отметить особенности дефектоскопии деталей авиационных конструкций:- разнообразие материалов тестируемых деталей, как по природе, так и по свойствам;- сложность наблюдаемых деталей по форме и разнообразие по массе;- необходимость оценки многослойных конструкций;- во многих случаях недостаточные технологичные доступы, что в свою очередь может вызвать дополнительные демонтажно-монтажные работы;- необходимость подвергать тестированию детали, размещенные в конструкции, имеющие загрязненную поверхность или покрытые защитными пленками;- необходимость обнаруживать дефекты, возникающие в процессе эксплуатации по различным причинам - производственным, конструктивным и др.

При ремонте применяют пять видов контроля: операционный, сплошной, выборочный, входной и приемочный. Операционный контроль - это проверка изделий в процессе выполнения или после завершения производственной операции (например, шлифовки, закалки, склеивания, монтажа узла). При этом контроль может быть сплошным или выборочным, т. е. проверяется либо каждое изделие, либо пробное из партии. При ремонте авиационной техники обычно применяется сплошной контроль. Приемочный контроль - это оценка готовой продукции. Входной контроль - это проверка сырья, полуфабрикатов или изделий другого производства, а также соседних участков. При всех видах контроля широко применяется дефектоскопия.

От латинского defectus — изъян и греческого sbopeo — смотрю авиационных конструкций — комплекс физических методов, позволяющих осуществить контроль качества материалов, полуфабрикатов, деталей и узлов авиационных конструкций без их разрушения. Методы Д. позволяют оценить качество каждой отдельной детали и осуществить сплошной (100% й) контроль, что особенно важно для изделий авиационной техники, для которых методы выборочного контроля путём испытания (обычно с разрушением) части партии образцов деталей недостаточны, так как не позволяют судить о качестве каждой детали из этой партии. Задачей Д. авиационных конструкций, наряду с обнаружением дефектов типа трещин и другие нарушений сплошности, является контроль размеров отдельных деталей (как правило.при одностороннем доступе), а также обнаружение негерметичности в заданных зонах. Д. авиационных конструкций — один из методов обеспечения безопасной эксплуатации летательного аппарата; объём и выбор вида Д. зависят от условий его эксплуатации (см. Эксплуатационная живучесть). До конца 60 х гг. Д. авиационных конструкций использовалась главным образом в условиях производства с целью отбраковки заготовок и деталей, содержащих дефекты (главным образом металлургического происхождения). Развитие реактивной авиации, создание высокоресурсных скоростных летательных аппаратов большой грузоподъёмности значительно повысило требования к надёжности авиационных конструкций. Переход на ремонт авиационной техники по состоянию привели к необходимости применения Д. также в процессе эксплуатации. Для этого уже на стадии проектирования предусматривается необходимая контролепригодность авиационных конструкций, позволяющая использовать методы Д. в лабораторных и цеховых условиях при изготовлении, а также в аэродромных условиях при техобслуживании летательных аппаратов для контроля деталей и узлов (без их разборки или с частичной разборкой) с максимальной надёжностью и достоверностью при минимальных затратах времени. В ряде случаев для повышения контролепригодности авиационных конструкций необходимо предусматривать специальные окна (лючки) или разъёмы, облегчающие доступ средств контроля к нужным участкам. В некоторых случаях для своевременного обнаружения развивающихся дефектов датчики дефектоскопов встраиваются непосредственно в авиационные конструкции. Методы Д. основаны на использовании проникающих излучений (электромагнитных, акустических, радиоактивных), взаимодействия электрических и магнитных полей с материалами, а также явлений капиллярности, свето- и цветоконтрастности. В зонах расположения дефектов в материале вследствие изменения структурных физических характеристик материала изменяются условия его взаимодействия с указанными излучениями, физическими полями, а также с веществами, наносимыми на поверхность контролируемой детали или вводимыми в её полость. Регистрируя с помощью соответствующей аппаратуры эти изменения, можно судить о наличии дефектов, представляющих собой нарушение сплошности материала или однородности его состава и структуры, определить их координаты и оценить размеры. С достаточно высокой точностью возможно также измерение толщин стенок полых деталей и нанесённых на изделия защитных и другие покрытий. В практике нашли применение следующие методы Д. авиационных конструкций.

Оптические методы — методы, осуществляемые визуально (для обнаружения поверхностных трещин и других дефектов размерами более 0,1—0,2 мм) или с помощью оптических приборов (эндоскопов), позволяющих обнаруживать аналогичные дефекты размерами более 30—50 мкм на внутренних поверхностях и в труднодоступных зонах. Оптические методы обычно предшествуют другим методам и используются для контроля всех деталей авиационных конструкций на всех стадиях изготовления и эксплуатации.

Радиационные методы, использующие рентгеновское, гамма- и другие (например, электроны) проникающие излучения различных энергий, получаемые с помощью рентгеновских аппаратов, радиоактивных изотопов и других источников, позволяют обнаруживать внутренние дефекты размерами более 1—10% от толщины просвечиваемого сечения в изделиях толщиной (по стали) до 100 (рентгеновская аппаратуры) — 500 мм (при использовании быстрых электронов). Радиационные методы используются для контроля литых, сварных и других деталей авиационных конструкций из металлических и неметаллических материалов, а также для контроля дефектов сборки различных узлов.

Радиоволновые методы основаны на изменении интенсивностей, сдвигов по времени или фазе и других параметров электромагнитных волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов при распространении их в изделиях из диэлектрических материалов (резина, пластмассы и другие). На глубине 15—20 мм возможно обнаружение расслоений площадью более 1 см2.

Тепловые методы — методы, использующие инфракрасное (тепловое) излучение нагретой детали для обнаружения неоднородности её строения (несплошность в многослойных изделиях, в сварных и паяных соединениях). Чувствительность современной аппаратуры (тепловизоры) позволяет зарегистрировать разность температур на поверхности контролируемой детали менее 1°С. Магнитные методы основаны на анализе магнитных полей рассеяния, возникающих а зонах расположения поверхностных и подповерхностных дефектов в намагниченных деталях из ферромагнитных материалов. В оптимальных условиях, при расположении дефекта перпендикулярно направлению намагничивающего поля, могут быть обнаружены достаточно тонкие дефекты, например, шлифовочные трещины (в стали) глубиной 25 и раскрытием 2 мкм. Магнитными методами можно также измерять с погрешностью, не превышающей 1—10 мкм, толщину защитных (немагнитных) покрытий, нанесённых на деталь из ферромагнитного материала.

Акустические (ультразвуковые) методы — методы, использующие упругие волны широкого диапазона частот (0,5—25 МГц), вводимые в контролируемую деталь под различными углами. Распространяясь в материале детали, упругие волны затухают в различной степени, а встречая дефекты, отражаются, преломляются и рассеиваются. Анализируя параметры (интенсивность, направление и другие) прошедших и (или) отражённых волн, можно судить о наличии поверхностных и внутренних дефектов различной ориентировки размерами более 0,5—2 мм2. Контроль может быть проведён при одностороннем доступе. Возможно также измерение с погрешностью не более 0,05 мм толщины полых изделий (ограничениями являются значительная кривизна поверхности детали и сильное затухание ультразвуковых волн в материале). Акустическими методами (на низких частотах) могут быть обнаружены расслоения площадью более 20—30 мм2 в клеёных и паяных конструкциях с металлическим и неметаллическим заполнителем (в том числе с сотовым), в слоистых пластиках, а также в плакированных листах и трубах. Используя так называем метод акустической эмиссии, можно обнаружить в нагруженных элементах авиационных конструкций развивающиеся (то есть наиболее опасные) трещины, выделив их из обнаруженных другими методами менее опасных, неразвивающихся дефектов. Зоны контроля при этом формируются с помощью различного расположения датчиков на конструкции. Проволочные датчики устанавливаются в зоне контроля так, чтобы их направление не совпало с направлением развития усталостной трещины. Вихретоковые (электроиндуктивные) методы основаны на взаимодействии полей вихревых токов, возбуждённых датчиком дефектоскопа в изделии из электропроводящего материала, с полем этого же датчика. Эти методы Д. позволяют выявлять нарушения сплошности (трещины протяжённостью более 1—2 мм и глубиной более 0,1—0,2 мм, плёны, неметаллические включения), измерять толщину защитных покрытий на металле, судить о неоднородностях химического состава и структуры материала, о внутренних напряжениях. Аппаратура для контроля вихретоковыми методами высокопроизводительна и позволяет автоматизировать разбраковку.

Электрические методы основаны на использовании главным образом слабых постоянных токов и электростатических полей; позволяют обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты в изделиях из металлических и неметаллических материалов и различать некоторые марки сплавов между собой.

Капиллярные методы основаны на явлении капиллярности, то есть, на способности некоторых веществ проникать в мелкие трещины. Обработка такими веществами повышает цвето- и светоконтрастность участка изделия, содержащего поверхностные трещины, относительно окружающей этот участок неповреждённой поверхности. Эти методы позволяют обнаруживать поверхностные трещины раскрытием более 0,01 мм, глубиной от 0,03 и протяжённостью от 0,5 мм в деталях из непористых материалов, в том числе, в деталях сложной формы, когда применение другие методов затруднено или исключено.

Течеискания методы основаны на измерении давления внутри полой герметизированной детали или интенсивности вытекания жидкости либо газа через образовавшееся нарушение герметичности. Методы Д. по отдельности не являются универсальными, поэтому наиболее ответственные детали обычно проверяют, используя несколько методов, хотя это и приводит к дополнительным затратам времени. Для повышения надежности результатов контроля и производительности труда внедряют автоматизированные комплексы, в том числе с использованием ЭВМ для управления контролем и обработки информации, получаемой с датчиков дефектоскопов.

Термоэлектрические дефектоскопы

Принцип действия термоэлектрических дефектоскопов основан на измерении электродвижущей силы (термоэдс), возникающей в замкнутой цепи при нагреве места контакта двух разнородных материалов. Если один из этих материалов принять за эталон, то при заданной разности температур горячего и холодного контактов величина и знак термоэдс будут определяться химическим составом второго материала. Этот метод обычно применяют в тех случаях, когда требуется определить марку материала, из которого состоит полуфабрикат или элемент конструкции (в том числе, в готовой конструкции).

Радиационные дефектоскопы

В радиационных дефектоскопах осуществляется облучение объектов рентгеновскими, α-, β- и γ-лучами, а также нейтронами. Источники излучений — рентгеновские аппараты, радиоактивные изотопы, линейные ускорители, бетатроны, микротроны. Радиационное изображение дефекта преобразуют в радиографический снимок (радиография), электрический сигнал (радиометрия) или световое изображение на выходном экране радиационно-оптического преобразователя или прибора (радиационная интроскопия, радиоскопия).

Первый радиационный дефектоскоп был внедрён в 1993 году на Балтийском судостроительном заводе изобретателем Л. В. Мысовским и использовался для выявления дефектовлитьяв толстых металлических плитах к печам «Мигге-Перроя».

Инфракрасные дефектоскопы

Инфракрасные дефектоскопы используют инфракрасные (тепловые) лучи для обнаружения непрозрачных для видимого света включений. Так называемое инфракрасное изображение дефекта получают в проходящем, отражённом или собственном излучении исследуемого изделия. Дефектные участки в изделии изменяют тепловой поток. Поток инфракрасного излучения пропускают через изделие и регистрируют его распределение теплочувствительным приёмником.

Радиоволновые дефектоскопы

Радиодефектоскопияоснована на проникающих свойствах радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов (микрорадиоволн), позволяет обнаруживать дефекты главным образом на поверхности изделий обычно из неметаллических материалов. Радиодефектоскопия металлических изделий из-за малой проникающей способности микрорадиоволн ограничена. Этим методом определяют дефекты в стальных листах, прутках, проволоке в процессе их изготовления, а также измеряют их толщину или диаметр, толщину диэлектрических покрытий и т. д. От генератора, работающего в непрерывном или импульсном режиме, микрорадиоволны через рупорные антенны проникают в изделие и, пройдяусилитель принятых сигналов, регистрируются приёмным устройством.

Электронно-оптические дефектоскопы

ЭОД предназначены для дистанционного контроля высоковольтного энергетического оборудования, находящегося под напряжением. В основе метода диагностики лежит определение характеристик коронных (КР) и поверхностно-частичных разрядов(ПЧР), а также их зависимостей от величины напряжения и степени загрязнения изоляции.

Капиллярные дефектоскопы

Капиллярный дефектоскоп представляет собой совокупность приборов капиллярного неразрушающего контроля. Капиллярный контроль основан на искусственном повышении свето- и цветоконтрастности дефектного участка относительно неповреждённого. Методы капиллярной дефектоскопии позволяют обнаруживать невооружённым глазом тонкие поверхностные трещины и др. несплошности материала, образующиеся при изготовлении и эксплуатации деталей машин. Полости поверхностных трещин заполняют специальными индикаторными веществами (пенетрантами), проникающими в них под действием сил капиллярности. Для так называемого люминесцентного метода пенетранты составляют на основе люминофоров(керосин, нориол и др.). На очищенную от избытка пенетранта поверхность наносят тонкий порошок белого проявителя (окись магния, тальк и т. п.), обладающего сорбционными свойствами, за счёт чего частицы пенетранта извлекаются из полости трещины на поверхность, обрисовывают контуры трещины и ярко светятся в ультрафиолетовых лучах. При так называемом цветном методе контроля пенетранты составляют на основе керосина с добавлением бензола, скипидара и специальных красителей (например, красной краски).

Ультразвукова́я дефектоскопи́я

Метод предложенный С. Я. Соколовым в 1928 году и основанный на исследовании процесса распространения ультразвуковых колебаний с частотой 0,5 — 25 МГц в контролируемых изделиях с помощью специального оборудования — ультразвукового дефектоскопа^[1]:125. Является одним из самых распространенных методовнеразрушающего контроля.

Принцип работы

Звуковые волны не изменяют траектории движения в однородном материале. Отражение акустических волн происходит от раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями. Чем больше различаются акустические сопротивления, тем большая часть звуковых волн отражается от границы раздела сред. Так как включения в металле обычно содержат газ (смесь газов) возникающих в следствии процесса сварки, литья и т. п. И не успевают выйти наружу при затвердевании металла, смесь газов имеет на пять порядков меньшее удельное акустическое сопротивление, чем сам металл, то отражение будет практически полное.

Разрешающая способность акустического исследования, то есть способность выявлять мелкие дефекты раздельно друг от друга, определяется длиной звуковой волны, которая в свою очередь зависит от частоты ввода акустических колебаний. Чем больше частота, тем меньше длина волны. Эффект возникает из-за того, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, отражения колебаний практически не происходит, а доминирует их дифракция. Поэтому, как правило, частотуультразвука стремятся повышать. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растет их затухание, что сокращает возможную область контроля. Практическим компромиссом стали частоты в диапазоне от 0,5 до 10 МГц.

Ультразвуковой дефектоскоп

Проверка качества продукции необходима на любом предприятии. Все чаще в последнее время отдается предпочтение методам неразрушающего контроля. Поэтому с целью выявления скрытых дефектов в изделиях из стали, например, нарушение однородности структуры, трещины, непровары, шлаковые включения и так далее, широко используется такой прибор, как ультразвуковой дефектоскоп.Именно метод основанный на принципе излучения и приёма ультразвуковых колебаний завоевал такую большую популярность, поскольку не приводит к разрушению материала. И к тому же, дефектоскоп, при помощи ультразвука, способен обнаружить мельчайшую трещину в таких материалах как сталь, алюминий, титан, полиэтилен и др.

Принцип работы

В основе работы прибора – обследования материалов методом эхолокации, то есть излучения волн с дальнейшим их приемом после отражения от препятствия в виде дефекта. Он генерирует и преобразует измерения, после чего отображает данные об амплитуде колебаний на экране дефектоскопа. Важен тот факт, что прибор имеет два режима работы – режим поиска, который эффективно позволяет определить существование дефекта, и режим оценки, который максимально точно укажет расположение дефекта. Благодаря специальному программному обеспечению, дефектоскоп позволяет установить глубину залегания дефекта с точностью до 1 мм.

Область применения

Методы и свойства прибора (дефектоскоп в большинстве случаев дает возможность осуществлять контроль даже движущихся предметов, а также объектов, нагретых до критических температур) позволяют применять его в химической и нефтегазовой промышленности, строительстве и машиностроении. Кроме того, дефектоскоп, цена которого относительно невелика, широко используют в различных лабораториях при проведении исследований. С его помощью осуществляется контроль качества сварных швов, то есть выявление таких микродефектов, как поры, шлаковые вкрапления в металлах, трещины.

Многофункциональность ультразвукового дефектоскопа

Следует сказать, что на сегодняшний день дефектоскоп – прибор, который рекомендован для широкого использования, благодаря надежности и удобству в практическом применении. А также своей универсальности.

Преимущества

Ультразвуковой контроль изделий в ГДР, 1977 год Ультразвуковой контроль не разрушает и не повреждает исследуемый образец, что является его главным преимуществом. Возможно проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов. Кроме того можно выделить высокую скорость исследования при низкой стоимости и опасности для человека (по сравнению с рентгеновской дефектоскопией) и высокую мобильность ультразвукового дефектоскопа.

Недостатки

Использование пьезоэлектрических преобразователей требует подготовки поверхности для ввода ультразвука в металл, в частности создания шероховатости поверхности не ниже класса 5, в случае со сварными соединениям ещё и направления шероховатости (перпендикулярно шву). Ввиду большого акустического сопротивления воздуха, малейший воздушный зазор может стать неодолимой преградой для ультразвуковых колебаний. Для устранения воздушного зазора, на контролируемый участок изделия предварительно наносят контактные жидкости, такие как вода, масло, клейстер. При контроле вертикальных или сильно наклоненных поверхностей необходимо применять густые контактные жидкости с целью предотвращения их быстрого стекания.

Для контроля изделий с внешним диаметром менее 200 мм, необходимо использовать преобразователи, с радиусом кривизны подошвы R, равным 0,9-1,1R радиуса контролируемого объекта, так называемые притертые преобразователи, которые в таком виде непригодны для контроля изделий с плоскими поверхностями. Например для контроля цилиндрической поковки, необходимо производить перемещение преобразователя в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что подразумевает под собой использование двух притёртых преобразователей — по одному для каждого из направлений.

Как правило ультразвуковая дефектоскопия не может дать ответ на вопрос о реальных размерах дефекта, лишь о его отражательной способности в направлении приемника. Эти величины коррелируют, но не для всех типов дефектов. Кроме того, некоторые дефекты практически невозможно выявить ультразвуковым методом в силу их характера, формы или расположения в объекте контроля.

Практически невозможно производить достоверный ультразвуковой контроль металлов с крупнозернистой структурой, таких как чугун или аустенитный сварной шов (толщиной свыше 60 мм) из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука. Кроме того, затруднителен контроль малых деталей или деталей со сложной формой. Также затруднен ультразвуковой контроль сварных соединений из разнородных сталей (например аустенитных сталей с перлитными сталями) ввиду крайней неоднородности металла сварного шва и основного металла.

Заключение

Несмотря на многолетние исследования и большие успехи в сфере неразрушающего дефектоскопического контроля деталей и узлов авиационной техники, многие проблемы контроля остаются до настоящего времени нерешенными.Для повышения эффективности неразрушающего контроля на заводах и уменьшения влияния человеческого фактора на выявляемость дефектов целесообразно проводить исследования по разработке средств автоматического поиска дефектов, выявляемых, например, капиллярными методами, методами обработки изображений индикаторных рисунков дефектов, регистрации и протоколирования результатов контроля и их хранения в электронном виде.Актуальной является задача разработки систем встроенного дефектоскопического контроля труднодоступных и высоконагруженных элементов конструкции самолетов в полете. Новые задачи в области контроля обусловлены также внедрением на заводах современных технологических операций изготовления и ремонта деталей и узлов, влияющих на эффективность контроля. Вследствие этого требуется проводить исследования с целью оценки этого влияния, разработки рекомендаций по замене методов контроля, внедрению дублирующих методов или изменению точек контроля в технологических маршрутах изготовления и ремонта деталей и узлов.Имеются недостатки в обеспечении дефектоскопической аппаратурой. На некоторых заводах и в эксплуатирующих организациях наблюдаются случаи применения морально и технически устаревших средств контроля: ультразвуковых, вихретоковых, магнитопорошковых, акустических импедансных дефектоскопов и т.д.Из изложенного следует, что 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.

Литература

• Клюев В. В. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий — М.: Машиностроение, 1986

• Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн. /Под общ.ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1982

• Неразрушающие испытания: Справочник. В 2-х книгах/Под ред. Р. Мак-Мастера. — Л.: Энергия, 1965

• Гурвич А. К., Ермолов И. Н. Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов — Киев: Технiка, 1972

• Шрайбер Д. С. Ультразвуковая дефектоскопия — М.: Металлургия, 1965

• Щербинский В. Г., Алешин Н. П. Ультразвуковой контроль сварных соединений строительных конструкций — М.: Стройиздат, 1976

• Ермолов И. Н. Теория и практика ультразвукового контроля — М.: Машиностроение, 1981

• Ермолов И. К. , Алешин Н. П., Потапов А. И. Акустические методы контроля — М.: Высш. школа, 1991

• Гетьман А. Ф., Козин Ю. Н. Неразрушающий контроль и безопасность эксплуатации сосудов и трубопроводов давления — М.: Энергоатомиздат, 1997

• Голямина И. П. Маленькая энциклопедия: ультразвук — М.: Советская энциклопедия, 1979

• Ермолов И. Н., Алешин Н. П., Потапов А. И. Акустические методы контроля: Практ. пособие / Под ред. В. В. Сухорукова. — М.: Высш. шк., 1991

• Физическая акустика под ред. У. Мэзона. Том 1. Методы и приборы ультразвуковых исследований — М.: Мир, 1966

Код для цитирования: Скопировать