Радиоскопический контроль сотовых конструкций

Внешний вид программы обработки серии термограмм при тепловизионном контроле лопаток ГТД

Представленные алгоритмы были применены в программном обеспечении для обработки серии термограмм при тепловизионном контроле лопаток ГТД (см. рисунок). Программное обеспечение не только позволило повысить возможности метода по выявлению дефектов (засорение отверстий, наличие остатков керамики), но и дало представление о качестве системы охлаждения лопаток ГТД, позволяющее ученым усовершенствовать конструкцию лопаток. Использование программного обеспечения существенно увеличивает чувствительность тепловизионного метода.

УДК 620.179

Е.И. Косарина, А.В. Степанов, Ю.В. Тараканов*, В.Е. Усачев** РАДИОСКОПИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ СОТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Основой безопасной эксплуатации современной авиационной техники является обеспечение контроля качества изготовления деталей, узлов и агрегатов в производстве и их дальнейшей эксплуатации. При производстве различные методы неразрушающего контроля, применяемые на заводах и предприятиях авиационной отрасли, могут быть легко адаптированы для контроля новых изделий при изменении конструкции или материалов, из которых они изготовлены. В условиях эксплуатации ситуация иная. В процессе эксплуатации летательные аппараты подвергаются естественному износу и воздействию окружающей среды. В конструкциях возникают дефекты различного характера, снижающие эксплуатационные характеристики, приводящие впоследствии к выходу из строя авиационной техники, а зачастую к авариям и катастрофам. Для выявления этих дефектов, так же как и в производстве, проводят неразрушающий контроль наиболее нагруженных и ответственных деталей и узлов, но применение различных методов контроля по разным причинам оказывается ограниченным, что, в свою очередь, сказывается на качестве проведения регламентных и ремонтных работ. Кроме того, не-

* Сотрудник НИИЭРАТ.

** Сотрудник ТСНК МИРЭА.

обходимость повышения надежности и безопасности полетов гражданских и военных машин требует периодического проведения неразрушающего контроля в больших объемах, поэтому остро стоит вопрос снижения трудоемкости и себестоимости контрольных работ.

В статье приведены результаты экспериментальных исследований возможности применения радиоскопической установки «Норка», укомплектованной рентгеновским аппаратом РАП 90И-5, для неразрушающего контроля сотовых панелей и агрегатов авиационной техники с целью обнаружения влаги и других эксплуатационных дефектов. Экспериментально исследована чувствительность радиоскопического метода при контроле сотовых агрегатов, демонтированных с самолета для регламентных работ. Работа проведена специалистами лабораторий ВИАМ, ТСНК МИРЭА, НИИЭРАТ.

Для радиографического метода неразрушающего контроля характерны следующие недостатки, снижающие применимость данного метода: необходим двухсторонний доступ к объекту контроля, достаточно дорогие материалы (пленка и химикаты), а также время для проведения контроля. При радиоскопическом методе контроля исключается применение дорогостоящей радиографической пленки и ее фотообработка, а в качестве детектора используются сцинтилляционные монокристаллы, люминесцентные и флюороскопические экраны. Однако существующие радиоскопические системы уступают радиографическим по качеству получаемого изображения и обладают меньшей чувствительностью (в 2-3 раза, в зависимости от типа преобразователя) по сравнению с радиографическим методом. Поэтому замена радиографии на радиоскопию применительно к контролю авиационной техники возможна лишь в том случае, если ра-диоскопический метод позволит гарантированно выявлять определенные типы недопустимых дефектов.

Экспериментальные исследования чувствительности радиоскопического метода при выявлении влаги в сотовых конструкциях

При проведении исследований использовали рентгеноскопическую установку «Норка» (рис. 1), основные технические характеристики которой приведены в табл.1, и сильноточный моноблочный рентгеновский аппарат РАП 90И-5 (рис. 2).

а) б) в)

ш»

Рис. 1. Комплект радиоскопической системы «Норка» с разными экранами:

а - рентгеновские аппараты; б - блок сбора и обработки информации; в - люминесцентные экраны

Основные технические характеристики радиоскопической системы «Норка»

Максимальная плотность контролируемых До 80

предметов - эквивалентна алюминиевой

преграде толщиной, мм

Сменные преобразователи с размером ра- 114x152

бочего поля, мм 190x250

300x400

410x550

Размер экрана блока управления 6,4" / 12,1" TFT LCD

Количество сохраняемых изображений До 10000

Методы представления изображений В позитивном, негативном, псевдоцветном и

дополнительно в проконтрастированном виде

Разрешающая способность

ляемой медной проволочки), мм 0,4

Производительность контроля 120 изображений в час

Режим работы рентгеновского аппарата Импульсный с длительностью импульса 8 с

Длина соединительных кабелей, м:

блок управления - излучатель 8

излучатель - блок телекамеры 4

Диапазон рабочих температур 5 ^ 30°C

Допустимая влажность 80%

Срок службы 5 лет

Общая масса установки, кг 15

Данная рентгеноскопическая система благодаря малой массе имеет высокую мобильность, легко транспортируется и может быть быстро адаптирована к условиям аэродрома или ангара. В системе «Норка» использован модульный принцип (рис. 3), что значительно облегчает сборку и дает возможность подобрать конфигурацию системы, наилучшим образом отвечающую выполняемым задачам.

Сменный преобразователь

Контролируемый объект

Камерный блок

И

и

Рис. 3. Блок-схема системы «Норка»

{

Блок управления

Г-Т.Т-Т-Т-Т-1

О

Для проведения экспериментов были вырезаны фрагменты сотовых блоков (рис. 4), изготовленных из металлического сотового заполнителя 1 (см. рис. 4), выполненного из алюминиевого сплава (фольга 0,03 мм), который при помощи клея закрепляется между обшивками 3.

3

фШ&Ув

Рис. 4. Фрагмент сотовой панели: 1 - сотовый заполнитель из фольги алюминиевого сплава; 2 - клей; 3 - обшивка

1

Рис. 5. Схема заполнения ячеек сотового блока водой

Основной задачей данного эксперимента было практическое определение минимального уровня влаги, выявляемого при радиоскопическом контроле, и влияние толщины обшивки на чувствительность метода. Для этого ряды ячеек сотового блока с помощью шприца заполняли различным объемом воды - от 1 до 5 мм по высоте (рис. 5) - и подвергали радиоскопи-ческому контролю с различными ракурсами съемки.

Толщину обшивки изменяли добавлением листов из алюминиевого сплава толщиной 0,5 мм.

В результате серии экспериментов получен ряд радиоскопических снимков (рис. 6), результаты расшифровки которых приведены в табл. 2.

Рис. 6. Радиоскопическое изображение ячеек сотового блока, заполненных водой

Результаты радиоскопического контроля фрагментов сотовых блоков

Режим просвечивания Условный номер изображения Расшифровка радиоскопических изображений

Исследование влияния обшивки на качество выявления влаги

30 кВ; 3,8 мА; ^*=500 мм; средний преобразователь; без обшивки 81 Ясно видны ячейки с водой от 2 до 5 мм; различить визуально уровни жидкости с разницей в 1-2 мм не удается

30 кВ; 3,8 мА; ^=500 мм; малый преобразователь; один слой обшивки 82 Ясно видны ячейки с водой от 3 до 5 мм; различить визуально уровни жидкости с разницей в 1-2 мм не удается

35 кВ; 3,8 мА; ^=500 мм; средний преобразователь; два слоя обшивки 83 Выявлены ряды ячеек с влагой высотой 3-5 мм

Выявление уровня влаги радиоскопическим методом

35 кВ; 3,8 мА; ^=500 мм; малый преобразователь; два слоя обшивки 84 На экране визуально определяется разница между уровнями воды в 1,5-2 мм

85 То же

86 Четко видны ячейки, заполненные влагой, по уровню 3-4 мм

87 Четко видны ячейки, заполненные влагой, по уровню 3-5 мм

Выявление уровня влаги - просвечивание сбоку

35 кВ; 3,8 мА; ^=500 мм; малый преобразователь; уровень жидкости, мм: 6 12 5 88 На изображении ясно видны столбы жидкости в ячейках сотового наполнителя, причем их уровень практически одинаковый

89 Помимо ярко выраженных ячеек, заполненных жидкостью, видно, что и в соседних ячейках содержится влага

90 Видно, что не удалось равномерно распределить жидкость по ячейкам, но во всех ячейках явным образом обнаруживается наличие влаги

* ^ - фокусное расстояние.

На основании полученных в лабораторных условиях результатов показано, что на радиоскопической системе «Норка» в сотовых конструкциях надежно выявляется наличие воды высотой от 2 мм и выше; кроме того, при использовании малого преобразователя, позволяющего получать снимки с двух-трехкратным увеличением исследуемой области, возможно определение дефектов клеевого соединения, смятие сот, нарушение их геометрии, разрывы ячеек.

Экспериментальные исследования выявляемости различных дефектов при контроле сотовых агрегатов, демонтированных с самолета для регламентных работ рентгеноскопическим методом

В качестве объектов контроля использовали узлы и агрегаты, демонтированные для ремонтных работ. Первичный контроль проводили с помощью среднего флуоресцентного преобразователя размером 290x390 мм с перекрытием соседних областей контроля на 30-50 мм по схеме, приведенной на рис. 7.

Источник излучения

Контрольный образец

Объект контроля

Система сбора и обработки информации

Детектор

1 1 ........i.........Ь"!........1 ........1 1

V

Рис. 7. Схема просвечивания сотовых панелей

Детальное исследование дефектных участков проводили при использовании малого преобразователя размером 114x152 мм, позволяющего получать снимки с увеличением. Такой контроль позволил обеспечить высокую производительность, хорошую выявляемость и детализацию дефектов. Для ряда участков проводили одновременное экспонирование на радиографическую пленку различных типов (Kodak АА400, Тасма РТ-К), что впоследствии дало возможность сравнить результаты, полученные при ра-диоскопическом и радиографическом методах контроля. Условия просвечивания, результаты расшифровки радиоскопических изображений приведены в табл. 3. На рис. 8 и 9 показаны радиоскопические изображения некоторых образцов и их рентгеновские снимки.

Результаты радиоскопического контроля

Условный номер агрегата Режим просвечивания Условный номер изображения Расшифровка радиоскопических изображений

3 36 кВ; 3,7 мА; Р*=600 мм; средний преобразователь 1 Небольшие протяженные смятия сотового заполнителя

35 кВ; 3,8 мА; Р=450 мм; малый преобразователь 2 Значительная направленная деформация сотового заполнителя

40 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; средний преобразователь 3 Заполненные влагой ячейки

35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; малый преобразователь 4; 7 Деформация сотового заполнителя. Видны заполненные влагой ячейки

4 35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; средний преобразователь 8; 9 Вертикальное смятие сотового заполнителя

35 кВ, 30кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; средний преобразователь 10; 11 Заполненные влагой ячейки, выявлен разный уровень влаги в отдельных ячейках

35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; средний преобразователь 12 Большие области сотового заполнителя заполнены влагой

13; 14 Периодичные вертикальные смятия сотового заполнителя

35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; малый преобразователь 18; 19 Заполненные влагой ячейки

30 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; малый преобразователь 20 То же

5 35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; средний преобразователь 24 Локальное (точечное) смятие и заполненные влагой ячейки

25 Объемное (поражена большая область) смятие сотового заполнителя

26 Незначительные смятия

27 Значительный объем сот заполнен влагой, скопление влаги наблюдается рядом с металлическими ребрами жесткости

28 Значительная часть сотовых ячеек заполнена влагой

35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; малый преобразователь 29 Увеличенная часть изображения дефектного участка с изображения 28

30 Детальное увеличение заполненных и смятых ячеек

6 35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; средний преобразователь 52 Большое количество ячеек, содержащих влагу; смятие сотового заполнителя

35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм, малый преобразователь 53 Увеличенный участок изображения 52 - ячейка с влагой

54 Большое количество ячеек, содержащих влагу; выявляется разный уровень влаги в отдельных ячейках

56 Ячейки с влагой при различном уровне влаги

57 Увеличенная часть 56 изображения - выделены ячейки с предельным содержанием влаги; смятие сотового заполнителя

35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; средний преобразователь 58 Видны ячейки, заполненные влагой, и небольшие смятия сотового заполнителя

35 кВ; 3,8 мА; Р=500 мм; малый преобразователь 59 Увеличенная часть 58 изображения - видны отдельные ячейки, заполненные влагой

62 Видны отдельные ячейки, заполненные влагой

* Р - фокусное расстояние.

Рис. 8. Снимок агрегата, содержащего влагу в сотах, и его увеличенный (х4) фрагмент, полученные рентгеноскопическим методом

Рис. 9. Снимок агрегата, содержащего влагу в сотах, и его увеличенный (х5) фрагмент, полученные рентгенографическим методом

Рис. 10. Рентгеноскопическое изображение сотовой конструкции после проведения ремонтных работ

Помимо исследований по обнаружению влаги проводили поиск других дефектов, характерных для сотовых конструкций: смятие сот, нарушение их геометрии, разрывы ячеек и т. д. Был исследован сотовый блок после ремонта, в котором разорванные соты были удалены и образовавшееся пространство заполнено монолитным гер-метиком. Под идеальной снаружи поверхностью, на радиоскопических снимках были обнаружены несплошности, хорошо видимые на рис. 10.

Таким образом, результаты проведенных экспериментальных исследований по применению радиоскопической системы «Норка» для неразрушающего контроля сотовых панелей авиационной техники позволяют сделать следующие выводы:

- при радиоскопическом контроле образцов сотовых панелей в лабораторных условиях возможно надежное выявление воды высотой от 2 мм;

- при проведении контроля агрегатов авиационной техники в условиях ремонта и эксплуатации чувствительность метода к выявлению воды падает;

- надежно обнаруживаемый минимальный уровень влаги на радиоскопическом снимке, без обработки встроенными в систему программными средствами, составил 2,5-3 мм, что в два раза больше, чем при проведении НК радиографическим методом (1,6 мм);

- метод позволяет проводить контроль качества ремонтных и восстановительных работ, а также выявлять дефекты, связанные с геометрическими нарушениями сот и их соединений (зазоры, отсутствие сцепления ячеек); непроклеи, трещины в обшивке и отслоения рентгеноскопическим методом не выявляются.

- данная радиоскопическая система позволяет контролировать до 8-10 м /ч сотовых панелей с одновременной выдачей заключения, без применения пленки и химикатов для фотообработки, что существенно снижает материальные и временные затраты на проведение исследований, а также позволяет увеличить в несколько раз объем проводимого контроля.

УДК 620.179 А.В. Степанов

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СОТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В авиастроении широко применяются детали и узлы многослойных конструкций. Слоистые конструкции отличаются высокой прочностью, обладают улучшенными аэродинамическими качествами, позволяют уменьшить количество деталей, из которых изготовлен узел или деталь, повысить ресурс. Высокие технико-экономические показатели при применении сотовых конструкций определяются правильным выбором материала, конструктивных параметров, технологией изготовления, а также методами и средствами их контроля при производстве и эксплуатации.

В процессе эксплуатации сотовые конструкции, как и любые другие узлы и агрегаты, подвергаются естественному износу, действию окружающей среды, поэтому претерпевают физико-механические изменения, что приводит к образованию в конструкциях различных дефектов, снижающих в конечном счете надежность и эксплуатационные характеристики авиационной техники. В процессе эксплуатации происходит снижение прочности клеевых соединений из-за старения клея. Кроме того, возможны механические повреждения обшивок и сотового заполнителя. Повреждения различаются по своему характеру и степени нарушения целостности, располагаются внутри и на поверхности конструкции. К наружным повреждениям относят отдельные вмятины, царапины, следы эрозии, а также трещины, не вызывающие явного нарушения монолитности и герметичности конструкции. Следующий вид - дефекты, частично нарушающие монолитность и герметичность конструкции: небольшие трещины на одной из обшивок,