СПОСОБ ДЕФЕКТОСКОПИИ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
METHOD OF FLAW DETECTION ON TITANIUM-ALLOY TURBOMACHINE BLADES

Изобретение относится к способам дефектоскопии металлических изделий и может быть использовано при обследовании лопаток турбомашин из титановых сплавов.
Лопатки ГТД и ГТУ из титановых сплавов (марок ВТ6, ВТ14, ВТ3-1, ВТ22 и др.) при температурах эксплуатации порядка 500°C-540°С подвергаются воздействиям значительных динамических и статических нагрузок, в результате чего происходит деградация материала и разрушение детали. В этой связи, для своевременного ремонта турбомашин и предотвращения аварийных ситуаций необходимы неразрушающие методы контроля и диагностики состояния лопаток.
Известен способ электромагнитной дефектоскопии, основанный на сканировании изделия электромагнитным преобразователем, подсчете общего числа импульсов от краев и дефектов изделия и выделении информации о его дефектности путем определения превышения общего числа импульсов над числом импульсом от краев [см. А.с. СССР №333460, МПК G01N 27/86, 1970].
Недостатком известного способа является его низкая информативность. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ распознавания дефектов при магнитоферрозондовом контроле (см. Хватов Л.А., Лисицин В. И., Красин А.И., Жукова Г.А. Распознавание дефектов при магнитоферрозондовом контроле // Дефектоскопия. - 1984. - 6. - С.63-71), включающий измерение распределения магнитного поля группы дефектов ферромагнитного изделия, аппроксимацию топографии данного магнитного поля через треугольники, изменение параметров треугольных сигналов и их суперпозиции с воспроизведением формы сигнала от магнитного поля группы дефектов. Магнитное поле группы дефектов над ферромагнитным изделием равно суперпозиции магнитных полей отдельных дефектов.
Недостатком известного способа является низкая информативность и достоверность оценки степени деградации материала лопатки в процессе эксплуатации.
Необходимо отметить, что известные неразрушающие методы оценки деградации металлических материалов, основанные на магнитных, термоэлектрических и других эффектах, не позволяют оценить изменение состояния материала лопатки при изменении температуры, что значительно снижает достоверность оценки характера деградации материалов. Кроме того, магнитные методы преимущественно используются для оценки состояния изделий, выполненных из ферромагнитных материалов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение информативности и достоверности оценки степени деградации материала лопатки из титановых сплавов с учетом влияния температуры эксплуатации.
о
эк
эк
Технический результат достигается тем, что в способе дефектоскопии лопаток турбомашин из титановых сплавов, включающем настройку прибора магнитной дефектоскопии по эталонному бездефектному объекту контроля, имеющего нормальную температуру Т и по своим размерам и материалу соответствующего контролируемым лопаткам, сканирование прибором магнитной дефектоскопии контролируемой лопатки и оценку степени повреждения материала лопатки по разнице величин параметров, полученных с эталонной и контролируемых лопаток, в отличие от прототипа дополнительно производят снятие параметров материала лопатки при температуре эксплуатации, для чего нагревают эталонный объект контроля до температуры эксплуатации Т, настраивают по нему прибор магнитной дефектоскопии, затем производят нагрев контролируемой лопатки до той же температуры Т и повторное ее сканирование измерительным устройством, а по изменению полученных параметров судят об изменении состояния материала контролируемой лопатки.
эк
о
Технический результат достигается также тем, что в способе дефектоскопии лопаток турбомашин в качестве параметров, по величине которых судят об изменении состояния материала контролируемой лопатки, выбирают разность значений параметров, снятых при температуре Т и Т с контролируемой лопатки.
эк
Технический результат достигается также тем, что в способе дефектоскопии лопаток турбомашин в качестве параметров, по величине которых судят об изменении состояния материала контролируемой лопатки, выбирают разность значений параметров, снятых при температуре Т с эталонной и контролируемой лопаток.
эк
о
Технический результат достигается также тем, что в способе дефектоскопии лопаток турбомашин в качестве параметров, по величине которых судят об изменении состояния материала контролируемой лопатки, выбирают разность значений параметров, снятых при температуре Т и Т с эталонной и контролируемой лопаток.
Технический результат достигается также тем, что в способе дефектоскопии лопаток турбомашин производят дополнительную настройку прибора магнитной дефектоскопии по дополнительному эталонному объекту контроля, по своим размерам и материалу соответствующему контролируемым лопаткам и имеющему дефекты, соответствующие предельным состояниям эксплуатации лопаток, а о степени повреждения материала лопатки судят по степени приближения сигнала к сигналу эталонного объекта контроля, имеющего указанные дефекты.
Технический результат достигается также тем, что в способе дефектоскопии лопаток турбомашин берут, по крайней мере, еще один дополнительный эталон с промежуточным состоянием эксплуатационных повреждений материала лопатки.
эк
эк
Технический результат достигается также тем, что в способе дефектоскопии лопаток турбомашин дополнительные эталоны нагревают до температуры эксплуатации Т, а о свойствах материала контролируемой лопатки судят по разности величин между дополнительными эталонами и контролируемой лопаткой, полученных при температуре эксплуатации Т.
эк
Технический результат достигается также тем, что в способе дефектоскопии лопаток турбомашин дополнительные эталоны и контролируемые лопатки нагревают до температуры эксплуатации Т, и через каждый интервал температур ΔT производят замер параметров, а о изменении свойств материала контролируемой лопатки судят по величинам изменения параметров материалов, полученных при изменении температуры эталонов и контролируемой лопатки, причем ΔT=1°C…50°С.
При исследовании степени деградации материала лопаток из титановых сплавов авторами экспериментально установлено, что магнитные методы дефектоскопии позволяют оценить изменение состояния материала лопатки при различных температурах. Полученные результаты позволили разработать метод оценки степени деградации материала лопатки, позволяющий определить влияние температуры на состояние материала детали.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Одним из известных методов производят замер магнитных параметров материала лопатки. Для этого вначале производят настройку прибора, осуществляя замеры значений магнитных параметров материала на ряде эталонных лопаток, имеющих различную (заданную) степень деградации материала. При этом используются эталоны, выполненные из одного и того же исходного материала, что и контролируемые лопатки, а также имеющие одинаковые размерные и геометрические параметры. Для оценки характера зависимости значений магнитных параметров материала от степени его деградации во всем исследуемом диапазоне берут начальный эталонный образец, соответствующий нулевой степени деградации, а конечный эталонный образец - максимально возможной (предельной) степени деградации материала. Для повышения достоверности результатов оценки используют дополнительные промежуточные эталонные образцы с фиксированным значением деградации материала. Затем, используя шкалу от нуля до ста процентов деградации материала, производят настройку прибора для измерения значений магнитных параметров по указанным эталонам в фиксированных зонах лопатки.
Производят замер значений магнитных параметров у контролируемой лопатки и по полученной зависимости «величина магнитных параметров - степень деградации» определяют величину деградации материала контролируемой лопатки при заданных температурах.
После проведения оценки степени деградации материала контролируемой лопатки при различных температурах оценивают влияние температуры на состояние материала контролируемой лопатки.
Имея информацию об изменении состояния деградированного материала лопатки, можно судить о доминирующем механизме разрушения лопаток и принимать соответствующие технологические или эксплуатационные меры для продления или увеличения срока службы деталей турбомашин.
Для повышения степени достоверности можно производить, дополнительно, разделения выявленных дефектных зон материала лопатки по их размерам и расположению.
Пример реализации способа
Для оценки степени и характера деградации материала лопаток турбин были изготовлены эталонные образцы лопаток из титанового сплава ВТ6, с различной степенью деградации. Снятие магнитных характеристик при различных температурах производилось магнитным дефектоскопом. После получения данных с эталонных образцов производился замер магнитных характеристик с лопаток, деградация материала которых была осуществлена в процессе эксплуатации. Для контрольной оценки степени деградации материалов эталонных и контролируемых лопаток были использованы разрушающие методы контроля с приготовлением шлифов и проведением металлографических исследований, включая оценку структурно-фазового и химического составов материалов. Результаты по оценке параметров материалов эталонных и контролируемых лопаток при нормальной и эксплуатационных температурах приведены в таблицах 1-3.
Табл.1.
Эталонные лопатки
№
Степень деградации материала, %
Среднее значение магнитных параметров, Ht<sub>cp</sub>, (ед. шкалы прибора)
Примечание
1
2
3
4
1
0
0,7
Отсутствие дефектов
2
32
4,1
-
3
58
5,7
-
4
94
7,2
Предельное состояние
Табл.2.
Эталонные лопатки
№
Степень деградации материала при Т<sub>о</sub>, %
Темпера тура, °С
Среднее значение магнитных параметров, Ht<sub>cp</sub>, (ед. шкалы прибора)
Величина изменения значений магнитных параметров, ΔHt<sub>cp</sub>
Величина температурного фона, ΔHt<sub>T</sub>
Величина изменения значений магнитных параметров, характеризующих состояние материала от температуры, ΔHt<sub>cp</sub>
Эквивалентная степень деградации материала при Т<sub>эизм</sub>, %
1
2
3
4
5
6
7
8
1
0
20
0,7
0,2
0,0
0
2
0
500
0,5
0,2
0
3
94
20
7,2
0,3
0,1
94
4
94
500
6,9
91
Табл.3.
Контролируемые лопатки
№ лопатки
№ замера
Температура, °С
Среднее значение магнитных параметров, Нt<sub>ср</sub>, (ед. шкалы прибора)
Степень деградации материала при Т<sub>0</sub>, %
Эквивалентная степень деградации материала при Т<sub>эизм</sub>, %
1
2
3
4
5
6
1
1
20
2,4
18
18
2
500
2,1
18
16
2
3
20
5,2
48
48
4
500
4,9
48
42
3
5
20
6,4
69
69
6
500
6,1
69
61
Приведенные данные по оценке величин деградации материала с использованием предлагаемого способа дефектоскопии лопаток турбомашин из титановых сплавов показали, что предлагаемый способ неразрушающего контроля позволяет повысить информативность и достоверность результатов оценки характера деградации материала лопатки в процессе эксплуатации, что подтверждает заявленный технический результат.