О ведомственных испытаниях дефектоскопов типа МД-М для модернизации инструментальной базы магнитопорошкового неразрушающего контроля

УДК 629.735.083.02/.03: 620.179

О ВЕДОМСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЯХ ДЕФЕКТОСКОПОВ ТИПА МД-М ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ БАЗЫ МАГНИТОПОРОШКОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Ю.В. БАЙКОВ, А.А. БОГОЯВЛЕНСКИЙ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Шапкиным В.С.

В статье изложены основные результаты ведомственных испытаний портативных модульных дефектоскопов типа МД-М для модернизации инструментальной базы магнитопорошкового неразрушающего контроля на предприятиях воздушного транспорта и аэрокосмической отрасли.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, магнитопорошковый дефектоскоп, метрологическое обслуживание, калибровка, специальное средство измерений.

На воздушном транспорте и аэрокосмической отрасли России до настоящего времени массово применяются переносные магнитопорошковые дефектоскопы отечественного производства типов МПД-1 (з-д № 408 ГА, Москва) и ПМД-70 (з-д "Электроточприбор", Кишинев), разработанные и изготовленные в 70-х - 80-х годах прошлого века.

Очевидна необходимость модернизации инструментальной базы магнитопорошкового неразрушающего контроля (НК) на предприятиях воздушного транспорта (ВТ) и аэрокосмической отрасли России.

Для решения названной задачи совместно отделом метрологии и отделом исследований методов и средств НК авиационной техники ФГУП Г осНИИ Г А проведены ведомственные испытания магнитопорошкового переносного модульного дефектоскопа типа МД-М. Дефектоскоп разработан и изготовлен российским ООО "НВП "Кропус" (г. Ногинск Московской области) с применением новых технологий и использованием современной элементной базы.

Основными этапами проведения испытаний дефектоскопов типа МД-М являлись следующие:

1) метрологическая экспертиза эксплуатационной документации и установление ее соответствия требованиям стандартов Единой системы конструкторской документации;

2) разработка и апробация методики метрологического обслуживания (калибровки);

3) исследование устойчивости к воздействию на работоспособность МД-М климатических и механических факторов;

4) проверка выявляемости дефектов на стандартных образцах и на реальных узлах и деталях или элементах конструкций ВС;

5) обработка и анализ результатов, полученных при проведении экспериментальных исследований; установление возможности применения дефектоскопов типа МД-М для решения задач неразрушающего контроля ферромагнитных деталей (как демонтированных, так и находящихся в конструкции ВС) при ТОиР авиационной техники (АТ) на предприятиях ВТ и аэрокосмической отрасли;

6) оформление доказательной документации и представление в Федеральное агентство ВТ для регистрации дефектоскопов типа МД-М в Перечне специальных средств измерений гражданской авиации РФ.

В рамках проведения ведомственных испытаний специалистами отдела метрологии ФГУП ГосНИИ ГА в соответствии РМГ 63-2003 [1] и ОСТ 54-3-156.66-94 [2] проведена метрологическая экспертиза Руководства по эксплуатации [3] и Технических условий [4]. Выявленные по результатам замечания устранены разработчиком в процессе проведения испытаний.

При проведении метрологической экспертизы установлено также, что эксплуатационная документация дефектоскопов МД-М соответствует требованиям ГОСТ 2.601-2006 [5] и ГОСТ 2.610-2006 [6].

Методика метрологического обслуживания (калибровки), включенная в качестве самостоятельного раздела в Руководство по эксплуатации [3], разработана специалистами ФГУП ГосНИИ ГА в соответствии с Рекомендациями [7]. В методике определена номенклатура метрологических характеристик, периодическая проверка которых обеспечит поддержание дефектоскопов типа МД-М в исправном состоянии, разработаны методы их измерений и установлены предельно допускаемые числовые значения, несоответствие которым считается неисправностью и может привести к снижению чувствительности и невыявлению (пропуску) дефектов при проведении НК.

Апробация методики калибровки проведена при нормальных климатических условиях на дефектоскопах типа МД-М (зав. № 009, № 010 и № 011), выпущенных из производства в 2010 г.

Допускаемые значения метрологических характеристик, регламентированные в методике калибровки дефектоскопов МД-М, представлены в табл. 1.

Таблица 1

№ Наименование метрологических характеристик МД-М Допускаемые значения

1. Амплитуда тока модуля МД-И через намагничивающие кабели при длине 4 м не менее 2500 А, 3500 А и 4500 А при сечениях кабеля 4 мм2, 10 мм2 и 16 мм2 соответственно

2. Длительность импульса намагничивающего тока, протекающего по кабелю модуля МД-И (1±0,5) мс

3. Частота следования импульсов тока по кабелю модуля МД-И в режиме приложенного поля (1,2±0,5) Гц

4. Относительные погрешности измерения тока модулей МД-И, МД-С и МД-Э ± 10 %

5. Длительность автоматического процесса размагничивания с применением модулей МД-И и МД-С 30, 60, 120 с при допускаемом отклонении ±10 %.

6. Амплитуда тока в соленоиде, модуль МД-С не менее 2,5 А

7. Длительность протекания тока в соленоиде 1-20 периодов

8. Длительность тока и паузы в режиме "Ток - Пауза" в модуле МД-С 1-10 / 1-10

9. Максимальный намагничивающий ток электромагнита модуля МД-Э не более 5 А

10. Выходные напряжения блоков питания (преобразователи) (24±2,4) В

При проведении апробации методики калибровки в качестве рабочих эталонов применялись следующие средства измерений, прошедшие поверку в территориальных органах Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии, и имевшие действующие свидетельства:

1) шунты постоянного тока класса точности 0,5: 75ШСМ (зав. № 005075) диапазон 750 А, 75 мВ и 75ШС (зав. № 037171), диапазон 30 А, 75 мВ;

2) осциллограф ТБ81012 (зав. № СО34598), полоса пропускания 0-100 МГц, вертикальная чувствительность 2 мВ/дел - 5 мВ/дел с погрешностью ± 3%; горизонтальная развертка 5 нс/дел - 50 с/дел с погрешностью ± 50-10-6;

3) мультиметр АРРА 80 (зав. № 85301573), и пост. 0,1 мВ-1000 В, и пер.1 мВ - 750 В (40 -

500 Гц), I пост./пер. 0,1 мкА-10 А (40 -500 Гц); базовая погрешность ± 0,5%;

4) вольтметр универсальный В7-40 (зав. № 442288), И пер 0,2; 2; 20; 200; 700 В с погрешностью ± 0,6%; И пост. 0,2; 20; 200; 1000 В с погрешностью ± 0,04%;

5) частотомер ЧЗ-54 (зав. № 30823) диапазон 0,1 Гц - 120 МГц, погрешность

±[(8о+1/(ГизмХ1сч)].

Установлено, что все измеренные значения метрологических характеристик дефектоскопов типа МД-М (зав. № 009, № 010 и № 011) в процессе апробации методики калибровки не превышали допускаемых пределов, представленных в табл. 1. Таким образом, методика калибровки апробирована с положительными результатами, а подвергавшиеся испытаниям дефектоскопы типа МД-М - в части показателей точности и обеспечения единства измерений - подтвердили соответствие требованиям Руководства по эксплуатации [3] и Технических условий [4], что позволило продолжить дальнейшее проведение испытаний.

В процессе ведомственных испытаний исследована устойчивость дефектоскопов типа МД-М к воздействию:

- климатических факторов - с применением камеры тепла и холода КТХ-0,4-004. Испытывавшиеся экземпляры МД-М (зав. № 009, № 010 и № 011) показали свою работоспособность при температурах от -25°С до +55°С, что с запасом охватывает регламентированный в Руководстве по эксплуатации [3] и Технических условиях [4] рабочий температурный диапазон, составляющий от -10°С до +50°С;

- механических факторов - с применением стенда вибрационного 12МВ-100/196. Испытывавшиеся экземпляры МД-М показали свою работоспособность после воздействия виброперегрузок с частотой (25±1) Гц и амплитудой смещения до 0,1 мм.

До начала работ применявшееся испытательное оборудование - камера КТХ-0,4-004 и стенд 12МВ-100/196 - предварительно прошло метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ Р 8.568-97 [8] и ОСТ 54-3-1572.80-2001 [9] с целью подтверждения достоверности задания и поддержания требуемых режимов испытаний.

При этом, критерием работоспособности являлось нахождение фактических значений относительной погрешности измерений тока модулей МД-И, МД-С и МД-Э в допускаемых пределах ± 10%.

Таким образом, подвергнутые испытаниям дефектоскопы типа МД-М показали устойчивость к воздействию климатических и механических факторов.

Проведена проверка выявляющей способности дефектоскопов типа МД-М на отраслевом стандартном образце ОСО-МД-157 (свидетельство № 66нк-07), в материале которого имелся искусственный дефект, имеющий протяженность 14 мм, ширину раскрытия 1,1 мкм и глубину

0,25 мм. Для выявления дефектов использовалась суспензия, в состав которой входил магнитный порошок по ТУ6-36-05800165-1009-97. Суспензия с концентрацией порошка (25±5) г/л наносилась с применением магнитного индикатора дефектов (МИД) в аэрозольной упаковке.

Выявляющая способность дефектоскопов типа МД-М № 009, № 010 и № 011 с использованием модулей МД-И (кабель сечением 10 мм2), МД-С (соленоид переменного тока), МД-Э (электромагнит постоянного тока) по результатам измерений отложений магнитного порошка на дефекте находилась в допускаемых пределах (14±0,5) мм, регламентированных в Руководстве [10].

Продемонстрированная в процессе испытаний выявляющая способность при обнаружении дефектов в материале стандартного образца ОСО-МД-157 позволяет сделать вывод об уверенном обнаружении дефектов в материале при выполнении магнитопорошкового контроля с ис-

пользованием намагничивающих устройств модулей, входящих в комплект поставки дефектоскопов типа МД-М.

С использованием модулей МД-И, МД-С и МД-Э дефектоскопов типа МД-М № 009, № 010 и № 011 проведены испытания по выявлению дефектов в деталях авиационной техники. Внешний вид дефектоскопа МД-М (блок МД-И) с намагничивающим кабелем, подготовленного к контролю стойки основного шасси самолета, показан на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид дефектоскопа МД-М (блок МД-И) с намагничивающим кабелем, подготовленного к контролю стойки основного шасси самолета

В проведении экспериментальнвгх исследований принимали участие специалисты ОАО "Туполев" и ЗАО АТБ "Домодедово", а также представители разработчика дефектоскопов МД-М.

При этом, для оценки возможности применения намагничивающих устройств модулей дефектоскопов типа МД-М на конструкциях с различной геометрической конфигурацией испытания проведены на элементах (деталях) конструкций ВС - имеющих априори скрытые дефекты материала (табл. 2).

Таблица 2

№ Наименование элемента или детали конструкции ВС Вид (описание) дефекта

1. Фрагмент стойки основного шасси самолета Як-40 Дефект в сварном шве в зоне приварки шипа

2. Болт шасси самолета Ту-134 с дефектами материала Шлифовочные трещины на наружной поверхности

3. Фрагмент оси колес стойки основного шасси самолёта Ан-24 Шлифовочные трещины под слоем хрома толщиной до 80 мкм

4. Наружная обойма подшипника Шлифовочные трещины

5. Валик привода генератора Усталостная трещина

6. Шестерня редуктора вертолета Усталостная трещина

Намагничивание деталей проводилось в соответствии с нормами Руководства [10] с использованием гибких намагничивающих кабелей различного сечения, соленоида переменного тока и электромагнита постоянного тока. Внешний вид шестерни редуктора вертолета и фрагмента стойки основного шасси самолета Як-40 с усталостными трещинами до и после намагничивания при помощи дефектоскопа МД-М (блок МД-И с намагничивающим кабелем) представлен на рис. 2, 3 соответственно.

Рис. 2. Внешний вид шестерни редуктора вертолета с усталостной трещиной до и после проведения магнитопорошкового контроля при помощи дефектоскопа МД-М

Рис. 3. Внешний вид фрагмента стойки основного шасси самолета Як-40 с усталостной трещиной до и после проведения магнитопорошкового контроля

при помощи дефектоскопа МД-М

В результате испытаний дефекты материала были выявлены на всех элементах (деталях) конструкций ВС, перечисленных в табл. 2, что подтвердило возможность применения намагничивающих устройств модулей МД-И, МД-С и МД-Э дефектоскопов МД-М на конструкциях с различной геометрической конфигурацией.

Основные результаты ведомственных испытаний

1. При проведении метрологической экспертизы эксплуатационной документации дефектоскопов типа МД-М установлено, что она отвечает требованиям РМГ 63-2003 [1] и ОСТ 54-3156.66-94 [2], а также соответствует стандартам Единой системы конструкторской документации.

2. В рамках проведения ведомственных испытаний разработана и с положительными результатами апробирована методика метрологического обслуживания (калибровки) дефектоскопов типа МД-М, которая введена в виде самостоятельного раздела в Руководство по эксплуатации [3].

3. Вопросы метрологического обеспечения дефектоскопов типа МД-М решены в полном объеме, в том числе, с учетом особенностей организаций по ТОиР АТ на ВТ и предприятий аэрокосмической отрасли.

4. Периодическое метрологическое обслуживание (калибровка) дефектоскопов МД-М может осуществляться метрологическими службами организаций ВТ и аэрокосмической отрасли при условии подтверждения их технической компетентности в области калибровки специальных средств измерений согласно РД 54-3-152.51-97 [11]. Периодичность метрологического обслуживания - один раз в год.

5. Исследование устойчивости к воздействию на работоспособность МД-М климатических и механических факторов подтвердило возможность его применения при температуре окружающего воздуха от -10°С до +50°С и после воздействия виброперегрузок с частотой (25±1) Гц и амплитудой смещения до 0,1 мм.

6. В результате испытаний дефекты материала были выявлены на всех стандартных образцах и на всех реальных узлах и деталях или элементах конструкций ВС с различной геометрической конфигурацией, что подтвердило возможность применения намагничивающих устройств всех трех модулей МД-И, МД-С и МД-Э дефектоскопов типа МД-М для задач магнитопорошкового НК.

7. Особенностью дефектоскопов МД-М является их модульная конструкция (три портативных модуля), что позволяет проводить намагничивание деталей по ГОСТ 21105-87 [12] - как способом остаточной намагниченности, так и способом приложенного поля - в труднодоступных зонах конструкций ВС.

8. Управление работой каждого из модулей выведено на переднюю панель МД-М, имеющую цифровую индикацию и меню: выбора режимов контроля и намагничивания, установки значений тока в намагничивающих устройствах и его тестирования (проверки назначенной величины), управления включением тока в намагничивающих устройствах, что упрощает работу дефектоскопистов.

9. Универсальность электропитания модулей позволяет подключать дефектоскопы МД-М как к сети переменного тока 220 В ± 10 %, так и непосредственно к бортовой сети ВС.

10. По результатам проведенных испытаний дефектоскопы типа МД-М внесены Федеральным агентством ВТ в Перечень специальных средств измерений гражданской авиации РФ (Регистрационное удостоверение № 234-12-2010 от 28.12.2010 г.).

Выводы

1. Состояние метрологического обеспечения дефектоскопов МД-М - как типа специального средства измерений - соответствует требованиям нормативных документов государственной и отраслевой систем обеспечения единства измерений.

2. Дефектоскопы типа МД-М соответствуют требованиям Технических условий [4] и техническим характеристикам, приведённым в Руководстве по эксплуатации [3].

3. Дефектоскопы типа МД-М позволяют проводить контроль ферромагнитных деталей в условиях организаций по ТОиР АТ и обеспечивают выявление поверхностных дефектов, ориентированных в материалах контролируемых деталей разнонаправленно. При этом, намагничивающие устройства модулей МД-И, МД-С и МД-Э приспособлены к различной геометрии деталей и конструкций ВС.

4. Результаты испытаний позволяют сделать вывод о возможности применения дефектоскопов магнитопорошковых переносных модульных типа МД-М для модернизации инструментальной базы магнитопорошкового НК - взамен морально устаревших дефектоскопов МПД-1 и ПМД-70.

5. По метрологическим и техническим характеристикам дефектоскопы типа МД-М соответствуют уровню аналогичных по назначению дефектоскопов фирм "ITW Tiede Non-destructive-testing GmbH" и "Helling GmbH" (Г ермания) - ведущих в области магнитопорошкового НК, а по возможности пропускания намагничивающих токов в кабеле величиной до 4500 А и наличию регулировки тока в намагничивающих устройствах - превосходят их.

ЛИТЕРАТУРА

1. РМГ 63-2003 ГСИ. Метрологическая экспертиза технической документации.

2. ОСТ 54-3-156.66-94. Отраслевая система обеспечения единства измерений. Метрологическая экспертиза нормативной и технической документации.

3. МД-М.00.00.00.00 РЭ. Руководство по эксплуатации магнитопорошкового переносного модульного дефектоскопа МД-М.

4. ТУ 4276-018-33044610-09. Технические условия. Дефектоскоп магнитопорошковый переносной модульный МД-М.

5. ГОСТ 2.601-2006 ЕСКД. Эксплуатационные документы.

6. ГОСТ 2.610-2006 ЕСКД. Правила выполнения эксплуатационных документов.

7. Р РСК 002-06. Рекомендации РСК. Основные требования к методикам калибровки, применяемым в Российской системе калибровки. - М.: ФГУП ВНИИМС, 2006.

8. ГОСТ Р 8.568-97 ГСИ. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения.

9. ОСТ 54-3-1572-2001. Отраслевая система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Порядок проведения.

10. Руководство по применению магнитопорошкового метода неразрушающего контроля изделий авиационной техники гражданской авиации. - М.: Воздушный транспорт, 1982.

11. РД 54-3-152.51-97. Отраслевая система обеспечения единства измерений. Порядок аккредитации метрологических служб предприятий гражданской авиации на право калибровки специальных средств измерений.

12. ГОСТ 21105-87. Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод.

ON DEPARTMENTAL TEST FLAW DETECTORS TYPE MD-M FOR MODERNIZING INSTRUMENTAL BASIS MAGNETIC-POWDERED NONDESTRUCTIVE TESTING

Baykov Y.V., Bogoyavlenskiy A.A.

In article covers basic result departmental test portable modular flaw detectors type MD-M for modernizing of instrumental basis magnetic-powdered nondestructive testing at the enterprise air transport and aerospace branch.

Key words: nondestructive testing, magnetic-powdered flaw detector, metrological maintenance, calibration, means measuring special.

Сведения об авторах

Байков Юрий Вячеславович, 1970 г.р., окончил МГАТУ им. К.Э. Циолковского (1997), ведущий инженер отдела исследований методов и средств неразрушающего контроля авиационной техники Гос-НИИ ГА, область научных интересов - прикладные вопросы применения неразрушающих методов контроля на воздушном транспорте и предприятиях аэрокосмической отрасли.

Богоявленский Анатолий Александрович, 1958 г.р., окончил МИИГА (1981), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, главный метролог ГосНИИ ГА - начальник отдела метрологии, автор более 70 научных работ, область научных интересов - исследование законодательных и прикладных проблем метрологического обеспечения производственной деятельности ГА.