Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния вихретоковой дефектоскопии и ее возможностей для неразрушающего контроля авиационной техники 7
1.1 Особенности неразрушающего контроля изделий авиационной техники ...7
1.2 Первичные преобразователи для вихретоковой дефектоскопии 9
1.3 Способы и алгоритмы выявления и оценки параметров несплошностей при электромагнитной дефектоскопии 22
1.4 Расчетно-теоретические модели взаимодействия электромагнитных преобразователей с дефектами сплошности 27
1.5 Современные приборы вихретоковой дефектоскопии и перспективы их применения для выявления и оценки параметров коррозионных поражений 36
1.6 Выводы 38
2. Разработка и теоретическое исследование вихретокового преобразователя для адаптивных средств дефектоскопии коррозионных поражений .39
2.1 Выбор конструкции вихретокового преобразователя и путей его усовершенствование для решения поставленной задачи 39
2.2 Исследование искажений электромагнитного поля под воздействием подповерхностных дефектов методом вторичных источников 43
2.3 Математическое моделирование взаимодействия вихретокового преобразователя с коррозионными поражениями методом конечных элементов 53
2.3.1 Выбор метода расчета и построение расчетной модели 53
2.3.2 Исследование функции распределения напряженности магнитного поля в межполюсном пространстве сердечника при взаимодействии с дефектом 58
2.3.3 Исследование зависимостей вносимых параметров дополнительных измерительных обмоток ВТП от толщины листа и рабочего зазора 97
2.4 Выводы 119
3. Экспериментальные исследования вихретокового преобразователя для адаптивных средств дефектоскопии коррозионных поражений ...121
3.1 Компьютеризированная установка «комвис-12» для экспериментальных исследований вихретокового преобразователя 121
3.2 Разработка контрольных образцов для проведения экспериментальных исследований 125
3.3 Экспериментальные исследования дефектоскопического модуля... 129
3.4 Экспериментальные исследования модулей измерения рабочего зазора и толщины 146
3.5 Выводы 148
4. Разработка адаптивного вихретокового прибора для выявления и оценки параметров коррозионных поражений 149
4.1 Алгоритм функционирования адаптивного прибора и его аппаратная реализация 149
4.2 Контроль обшивки планера вихретоковым дефектоскопом-дефектомером «ЗОНД АВД-05» 154
4.3 Выводы ...158
5. Заключение 159
6. Библиография
- Первичные преобразователи для вихретоковой дефектоскопии
- Исследование искажений электромагнитного поля под воздействием подповерхностных дефектов методом вторичных источников
- Разработка контрольных образцов для проведения экспериментальных исследований
- Контроль обшивки планера вихретоковым дефектоскопом-дефектомером «ЗОНД АВД-05»
Введение к работе
Для оценки технического состояния одного из наиболее ответственных узлов летательных аппаратов - планера, широко применяются приборы неразрушающего вихретокового контроля. С помощью данного метода успешно выявляются дефекты коррозионного происхождения, которые могут возникать во внутренних слоях неразъемных соединений под обшивкой, слоем герметика или лакокрасочного покрытия. Вместе с тем, существующие средства вихретокового контроля сложны в настройке и требуют для ее проведения многочисленных контрольных образцов. Кроме того, чувствительность известных средств вихретокового контроля к дефектам существенно зависит от величины зазора между рабочим торцом вихретокового преобразователя (ВТП) и поверхностью металла. Это весьма существенно влияет на достоверность контроля, так как толщина слоя герметика или лакокрасочного покрытия не постоянна и может изменяться в широких пределах.
В связи с этим возникает необходимость разработки средств вихретокового контроля, автоматически настраивающихся на режим близкий к оптимальному и автоматически регулирующих чувствительность при изменении рабочего зазора при выявлении коррозионных поражений с тыльной стороны обшивки планера.
Состояние проблемы.
Для выявления в обшивке планера коррозионных поражений на практике наиболее успешно применяются вихретоковые дефектоскопы Фазек фирмы «Хокинг» (Великобритания), Алкопроб фирмы «Роман» (ФРГ), ДУЭТ и ПОЛЕТ, разработанные во Львовском физико-механическом институте им Г.В. Карпенко (Украина) и ЗОНД ВД-96, разработанный в МГУПИ (Россия). В известных дефектоскопах используются специализированные ВТП, обеспечивающие выявление коррозионных поражений с тыльной стороны металлического листа из алюминиевого сплава. Требуемая для надежного выявления коррозионных поражений рабочая частота в известных дефектоскопах существенно зависит от толщины листа. Следовательно, для их настройки необходимо знать толщину контролируемого участка обшивки планера и иметь контрольный образец соответствующей толщины. Чувствительность к выявляемым дефектам в известных дефектоскопах существенно зависит от рабочего зазора, что приводит к снижению достоверности контроля при вариации толщины герметика и других защитных покрытий на поверхности контролируемой обшивки.
Цель работы и задачи исследования.
Цель данной работы - разработка адаптивного вихретокового дефектоскопа, автоматически устанавливающего рабочую частоту и чувствительность для выявления коррозионных поражений в обшивке планера при вариации ее
толщины и толщины защитных покрытий на ее поверхности.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
разработать и исследовать вихретоковый преобразователь для одновремен
ного получения информации о наличии коррозионных поражений в метал
лическом немагнитном листе, его толщине и рабочем зазоре между торцом
ВТП и поверхностью металлического листа.
установить зависимость оптимальной рабочей частоты разработанного ВТП для выявления коррозионных поражений в листах из дюралевых сплавов в функции их толщины;
определить закон изменения чувствительности разработанного ВТП к кор
розионным поражениям в функции рабочего зазора
Методы исследования:
Для исследования разработанного ВТП и определения требуемых зависимостей применялось математическое моделирование на основе метода конечных элементов. Для подтверждения результатов моделирования и определения параметров, необходимых для разработки электронного блока адаптивного дефектоскопа проводились эксперименты на сертифицированной компьютеризированной установке «КОМВИС-12» и аттестованных контрольных образцах.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложен и исследован многопараметровый вихретоковый преобразователь для одновременного выявления коррозионных поражений с тыльной стороны немагнитного металлического листа, измерения его толщины и величины рабочего зазора;
получены зависимости оптимальной для выявления коррозионных пораже
ний с тыльной стороны немагнитного металлического листа рабочей часто
ты в функции толщины листа;
определен закон изменения чувствительности разработанного ВТП к коррозионным поражениям с тыльной стороны немагнитного металлического листа при вариации рабочего зазора.
Практическая ценность работы заключается в том, что:
разработан вихретоковый преобразователь, позволяющий на одной частоте получить информацию о наличии дефекта, толщине контролируемого листа и величине рабочего зазора;
предложен и реализован алгоритм автоматической настройки вихретоково-го дефектоскопа на режим близкий к оптимальному для выявления и оценки параметров коррозионных поражений с тыльной стороны дюралевого листа обшивки.
Реализация и внедрение результатов работы:
создан вихретоковый преобразователь типа УВТП-М, позволяющий выявлять коррозионные поражения в немагнитном металлическом листе и измерять его толщину при одновременном получении информации о рабочем зазоре независимо от толщины электропроводящего листа и наличия в нем коррозионных поражений с тыльной стороны;
разработан адаптивный вихретоковый дефектоскоп «ЗОНД АВД-2005» с автоматической настройкой для выявлении коррозионных поражений в обшивке планера;
повышена достоверность выявления и оценки параметров коррозионных поражений в обшивке планера летательных аппаратов;
результаты работы использованы ФГУП «ВИАМ» и Центром по поддержанию летной годности воздушных судов ГосНИИ ГА.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на VII и VIII Международных научно-практических конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (г. Сочи, 2004 и 2005 гг.) на 3-й и 5-й Международных выставках и конференциях «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (г. Москва, 2004 и 2006 гг.), на 8-й Международной конференции «Application of Contemporary Non-Destructive Testing in Engineering» (г. Любляна, 2005 г.), на HTC МГУПИ и ФГУП «ВИАМ».
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работы, указанных в библиографии.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа изложена на 176 страницах машинописного текста, иллюстрируется 126 рисунками и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 226 наименований
Основные положения и результаты, выносимые на защиту.
многопараметровый вихретоковый преобразователь, для выявления коррозионных поражений с тыльной стороны немагнитного металлического листа при одновременном измерении его толщины и рабочего зазора;
зависимости близкой к оптимальной, для выявления разработанным ВТП коррозионных поражений с тыльной стороны немагнитного металлического листа, рабочей частоты в функции его толщины;
зависимости чувствительности, разработанного ВТП к коррозионным поражениям с тыльной стороны немагнитного металлического листа, в функции рабочего зазора.
Первичные преобразователи для вихретоковой дефектоскопии
К приоритетным задачам военно-воздушных сил (ВВС) и Гражданской авиации (ГА) относится поддержание авиационной техники на уровне, обеспечивающем постоянную готовность самолетов (вертолетов) и высокую безопасность полетов. Эта задача не может быть решена без применения не-разрушающего контроля.
Цель неразрушающего контроля состоит в своевременном обнаружении трещин, коррозионных поражений и недопустимых изменений механических свойств материала, возникающих из-за выработки ресурса, превышения расчетных нагрузок, конструктивного несовершенства отдельных деталей и узлов, нарушений технологии изготовления или ремонта.
В соответствии с принятой в мировой практике авиастроения концепцией безопасно повреждаемых конструкций, дефекты, возникающие или развивающиеся в процессе эксплуатации, не должны приводить к нарушению работоспособности конструкции. Это значит, что методы дефектоскопии становятся неотъемлемым звеном технического обслуживания авиационной техники на всех этапах. При этом обеспечивается поиск и обнаружение дефектов в критических зонах конструкций, где вероятность усталостного разрушения особенно велика; указываются минимальные величины межремонтных периодов, основные требования к доступности узлов изделия для контроля их состояния и вероятности обнаружения дефектов в элементах конструкций. При эксплуатации самолетов, созданных в соответствии с концепцией безопасно повреждаемой конструкции, от дефектоскопии не требуется выявления субмикроскопических дефектов. Однако дефекты заданных размеров должны выявляться с максимально высокой достоверностью.
Достигнутое в последнее время повышение чувствительности аппаратуры позволяет выявлять дефекты на ранней стадии их возникновения. В то же время некоторые типы деталей могут в течение некоторого срока эксплуатироваться и с дефектами до тех пор, пока они не достигнут определенных размеров. Например, ремонт или замена элемента поврежденного коррозией, определяется количеством оставшегося неповрежденного металла. В случае усталостного коррозионного повреждения должно производиться удаление материала на глубину усталостной трещины, а оставшийся неповрежденный металл может быть использован как основа для ремонта. В качестве примера можно привести программу по увеличению срока службы крыла на самоле тах фирмы Боинг. Программа предусматривает 90 человеко-часов рабочего времени на проведение контроля на каждое крыло. Для увеличения срока службы крыла проводится тщательная проверка крепежных отверстий, в которых часто возникают трещины. Выявление трещин проводится вихретоко-вым методом. После обнаружения трещин отверстия рассверливаются для снятия дефектного слоя металла и в них устанавливаются ремонтные болты. Это позволило продлить срок службы крыла более, чем в 2 раза.
Благодаря применению средств неразрушающего контроля при эксплуатации и ремонте различных типов летательных аппаратов обеспечено своевременное выявление значительного количества деталей с опасными дефектами, чем предотвращены их разрушения и связанные с этим летные происшествия. Методы неразрушающего контроля эффективно используются также при установке причин отказов авиационной техники и разработке рекомендаций по их предупреждению. Таким образом, вопросы развития и совершенствования методов и средств неразрушающего контроля имеют большое значение в проблеме повышения надежности и безопасности полетов.
Вихретоковый метод применяется наряду с другими методами неразрушающего контроля - акустическими, радиографическими и капиллярными.
Основные объекты вихретокового контроля - высоконагруженные детали из немагнитных сплавов: рабочие лопатки и диски компрессоров и турбин, трубопроводы, корпуса, лопасти винтов, барабаны и реборды, детали систем управления (качалки, рычаги, кронштейны), детали силового набора летательных аппаратов (лонжероны, стыковые узлы, балки, несущие панели, обшивка и др.). По объему контроля в процессе эксплуатации летательных аппаратов вихретоковые средства контроля занимают одно из первых мест [30,55,90,98-106]. Это связано со следующими достоинствами вихретокового контроля: возможность контроля при ограниченном доступе к контролируемому участку. В частности, рабочие лопатки и диски авиадвигателей контролируются через смотровые окна диаметром порядка 7... 10 мм; для проведения вихретокового контроля не требуется предварительной подготовки поверхности, связанной с удалением защитных лакокрасочных и эмалевых покрытий, слоев грязи; выявляемость дефектов не зависит от наличия в их полостях различных загрязнений типа влаги, масел, окислов и т.д.; трещины с малой шириной порядка 0,0005 ...0,001 мм обнаруживаются вихретоковыми средствами более эффективно, чем другими, например, средствами капиллярной дефектоскопии; нет необходимости в применении расходуемых материалов, масел, керосина, красок, магнитной эмульсии и т.п., необходимых при использовании других средств контроля; бесконтактность метода.
В условиях ремонта по объему контроля деталей из ферромагнитных деталей вихретоковый контроль уступает магнитопорошковому, а при ремонте деталей из цветных металлов - капиллярному и ультразвуковому. Это связано с рядом причин. Прежде всего, существующие средства вихретоко-вой дефектоскопии имеют более низкую пороговую чувствительность к поверхностным трещинам, чем у капиллярного и магнитопорошкового контроля. Вихретоковые дефектоскопы позволяют выявлять поверхностные трещины длиной более 1...2 мм и глубиной более 0,2... 0,5 мм, а капиллярным и магнитопорошковым - длиной более 0,1...1 мм и глубиной более 0,1...0,2 мм. Другая причина состоит в большей трудоемкости вихретокового контроля при необходимости проверки после ремонта не отдельных участков деталей, а всей их поверхности.
На ремонтных авиационных предприятиях главными объектами вихретокового контроля являются: несъемные узлы планера, съемные детали планера и двигателей из немагнитных сплавов.
Дальнейшее развитие вихретокового метода и повышение его эффективности - актуальная задача прямо связанная с повышением надежности и безопасности эксплуатации летательных аппаратов.
В настоящее время для вихретокового неразрушающего контроля применяется большое число первичных вихретоковых преобразователей (ВТП), отличающихся по многим классификационным признакам. В работе [79], например, дана классификация, учитывающая следующие альтернативные признаки: параметрический - трансформаторный, абсолютный - дифференциальный, проходной - накладной - комбинированный. Накладные и проходные ВТП, в свою очередь, делятся на различные типы, что отражено нарис. 1.1.
На проходные, накладные и комбинированные ВТП делят в зависимости от их расположения по отношению к объекту контроля (ОК). Проходные ВТП, в свою очередь, разделяют на наружные, внутренние, погружные, экранные и щелевые. На рис. 1.2 показан один из вариантов наружного проходного ВТП. Отличительная особенность наружного проходного ВТП состоит в том, что обмотки (катушки) ВТП охватывают ОК
Исследование искажений электромагнитного поля под воздействием подповерхностных дефектов методом вторичных источников
Из приведенных рисунков видно, что вихревыми токами создается вторичное магнитное поле, совпадающие по своему направлению в площади торцов сердечника с возбуждающим магнитным полем. Однако имеются участки, где направление силовых линий вторичного и возбуждающего магнитных полей ортогональны. Можно ожидать, что получение информации о толщине и рабочем зазоре с помощью дополнительной измерительной катушки, размещенной в таких зонах, будет более эффективным. Это связано с тем, что при соответствующей ориентации витков катушки прямое воздействие на них возбуждающего поля будет минимальным. Вместе с тем, применение дополнительной катушки, регистрирующей изменения магнитного потока, ортогонального возбуждающему, приводит к усложнению конструкции ВТП. Анализ полученных функций распределения магнитного поля показывает, что реакция вихревых токов приводит к изменениям основного магнитного потока по длине сердечника неравномерно. Наиболее существенные изменения имеют место в зоне торцов сердечника, а по мере удаления от них влияние вихревых токов уменьшается. Это позволяет разместить дополнительную измерительную и компенсационную катушки непосредственно на сердечнике, но в разных зонах. Дополнительная измерительная катушка должна охватывать сердечник в зоне торца, а компенсационная - в центральной части. Из рис. 2.2 видно, что магнитный поток в зоне торца и в зоне центральной части сердечника не одинаковы. Следовательно, для балансировки дифференциально включенных дополнительной измерительной и компенсационной катушек следует выбирать разное число витков в них: у измерительной большее, а у компенсационной - меньшее. Это приводит к ослаблению влияние вносимого вихревыми токами в компенсационную катушку напряжения, снижающего чувствительность к реакции вихревых токов.
Для принятия решения о соответствующем выборе того или иного варианта измерений целесообразно воспользоваться математическим моделированием. По результатам моделирования можно определить зависимость оптимальной для их выявления рабочей частоты от номинальных параметров ОК, наиболее информативные варианты выполнения измерительных обмоток для каналов измерения зазора Ss и толщины Т.
Как отмечалось выше, аналитические методы имеют весьма ограниченные возможности применительно к задачам вихретоковой дефектоскопии. Вместе с тем с их помощью могут быть получены полезные для практики закономерности для идеализированных задач, отражающих физические процессы взаимодействия реальных ВТП с дефектами.
Теоретическая задача вихретоковой дефектоскопии на основе пространственной теоремы эквивалентности формулируется следующим образом. В однородной электропроводной среде с диэлектрической и магнитной проницаемостью ги// соответственно и электропроводностью " имеется дефект типа нарушение сплошности материала, который можно представить как некоторую область v, параметры которой я,, //, и сг,, отличны от параметров основной среды. Поля Е и Я, возбужденные гармоническим во времени электрическим током / в однородной изотропной среде удовлетворяют уравнениям Максвелла rotH = l+(j(QE+o)E (2.1) rotE = -jcoftH (2.2) В области с параметрами ЕХ , //,, сг, тот же ток возбуждает электрическое и магнитное поля, удовлетворяющие системе уравнений rotHx -1 + (jmx + ах)Ёх (2.3) rotEx=-jco/jxHx (2.4) Поле, рассеянное на дефекте, определяется как разность введенных выше полей HS = H-HX (2.5) Вычитая уравнения (2.3) из (2.1) и (2.4) и учитывая (2.5) и (2.6), получим rotHs = [JCO{EX -е) + а-а]Ё1 + {гає + a)Es (2.7) rotEs = -jco{n - мЩ - ісоцН8 (2.8) Уравнения (2.7) и (2.8) можно записать в виде rotHs=lKMJ s + a)Es (2.9) rotEs=-K,Ke-JwHs (2.10) где Le = Ь Фі - є)+ 1 - v] Ех (2.11) Кэкв=Мм мЩ (2.12)
Таким образом, воздействие дефекта может быть представлено в виде излучения эквивалентных электрического и магнитного токов 1экв и Кжв, размещенных в однородном основном материале (вторичные источники). Задача дефектоскопии в данной постановке решалась различными методами многими исследователями. Приближенные решения были получены С.А. Арин-чиным, П.А. Курбатовым, Ю.К. Федосенко, П.Н. Шкатовым и другими учеными.
Строгое определение вторичных источников сводится к решению соответствующих интегральных или интегродифференциальных уравнений. В частном случае при //,=// (дефект отличается от основной среды только электропроводностью) получаем Кжв = 0. 1жв согласно (2.12) и (2.5) определяется уравнением 1экв=УФ1- ) + (т1-а]Ё-1Ме1-е) + а1-(х]Ё5 (2.13)
Применительно к задаче выявления и оценки параметров коррозионных поражений необходимо определить реакцию ВТП на объемный дефект с тыльной стороны электропроводящего немагнитного листа или между электропроводящими немагнитными листами. Однако аналитическое решение подобной задачи получить не удается.
Разработка контрольных образцов для проведения экспериментальных исследований
Для определения взаимосвязи между регистрируемыми сигналами и контролируемыми параметрами необходимо иметь контрольные образцы, имитирующие воздействие коррозии. При этом, как уже отмечалось выше, при определении технического состояния контролируемого объекта стоит две задачи. Одна из них заключается в обнаружении коррозионного поражения, а вторая - в оценке степени его опасности.
Коррозионные поражения можно разделить на две группы. В одной из них размеры коррозионного поражения сопоставимы с размерами активной зоны чувствительного элемента ВТП, а в другой - превосходят их. В результате проведенного анализа было признано целесообразным, имитировать коррозионные поражения первой группы плоскодонными отверстиями (рис. 3.3) и пазом переменной глубины и ширины (рис. 3.4), а коррозионные поражения второй группы - с помощью многослойной конструкции, состоящей из алюминиевых пластин (рис. 3.5).
Количество необходимых образцов можно существенно уменьшить, если использовать комбинацию из дефектных и бездефектных пластин. При этом бездефектные пластины используются для увеличения остаточной толщины образца.
Для правомерности такой замены необходимо провести сравнение воздействия дефекта, расположенного с тыльной стороны сплошного листа с воздействием такого же дефекта, расположенного в составном листе (рис. 3.5). От результата сравнения зависит правомерность замены сплошного листа толщиной Т двумя и более листами при равенстве толщины полученного пакета толщине листа Т.
Такая замена вполне допустима, если вихревые токи не пересекают границы раздела между отдельными листами. Это условие соблюдается при отсутствии несплошностей в контролируемом объекте. Однако при наличии дефектов появляются составляющие плотности тока, направленные перпендикулярно внешним поверхностям листа. При этом разделение сплошного листа на отдельные пластины может вносить искажения в регистрируемые под влиянием дефектов сигналы.
Сравнивались напряжения, получаемые под воздействием дефекта в виде плоскодонного отверстия глубиной 0,6 мм и диаметром 5 мм при различных условиях. Дефекты были выполнены в пластинах толщиной 6 мм, 3 мм и 2 мм, соответственно. На рис. 3.6 приведены зависимости вносимого напряжения в диапазоне частот UB UBHCI), полученные при взаимодействии ВТП с дефектом в сплошной пластине, толщиной 6 мм. Здесь же приведены зависимости, полученные при использовании составных образцов: образованных пластиной толщиной 2 мм с дефектом и пластиной 4 мм без дефекта, а также дефектной пластиной толщиной 3 мм через установленные над ней пластины толщиной 2 мм и 1 мм. Сравнение полученных зависимостей показывает, что реакция от дефектов в сплошных и составных пластинах практически совпадают. Это объясняется тем, что объем металла с перераспределяемыми под влиянием дефекта токами практически полностью включен в состав нижнего листа с дефектом.
Вместе с тем, как показали проведенные исследования, недопустимо имитировать коррозионное поражение при помощи составного образца одна из пластин которого содержит сквозное отверстие. В этом случае поверхность сопряжения составных частей образца препятствует протеканию токов над дефектом. Возникающая за счет разделения образца погрешность может достигать более 100%.
Цель исследований заключалась в определении оптимальных условий выявления коррозионных поражений, расположенных с тыльной стороны листа обшивки. Исследования проводились на образцах с имитаторами коррозионных поражений в виде плоскодонных отверстий диаметром d, равным 2 мм и 5 мм и с глубиной h, составляющей 10,20 и 30 процентов от толщины пластин. Толщина пластин составляла 1 мм, 2 мм, 3 мм, 4 мм и 5 мм, соответственно. При измерениях использовался разработанный ВТП дефектоскопический модуль которого аналогичен преобразователю УВТП 10x30.
О параметрах коррозионных поражений судят по максимуму сигналов, получаемых при сканировании. В связи с этим, в дальнейшем, под Х4н будем понимать комплекс напряжения с максимальной амплитудой, получаемый при перемещении ВТП над коррозионным поражением. При изменении частоты f пропорционально изменяется, наводимое в измерительных катушках ВТП напряжение. Данное изменение L/„„ происходит независимо от свойств контролируемого объекта. Следовательно, о характере взаимодействия коррозионного поражения и ВТП целесообразно судить после нормировки по частоте f выходного напряжения ВТП. Вместе с тем, для приборной реализации важно обеспечить необходимую абсолютную чувствительность контроля. С этой точки зрения представляют интерес зависимости /„„ без нормировки. При этом для сопоставимости результатов измерения все приведенные зависимости даны при одинаковом значении тока возбуждения /в = 100 мА.
На рис. 3.7-3.11 приведены годографы нормированного вносимого напряжения UsH при изменении частоты f и глубины коррозионных поражений h диаметром d=5 мм. Каждая из диаграмм получена для образца с фиксированной толщиной Т. Из приведенных диаграмм следует, что при изменении частоты/амплитуда нормированного напряжения С/„н имеет максимум или монотонно убывает в зависимости от толщины Т, а его фаза р изменяется монотонно. Оптимальное значение частоты fonT, при котором достигается максимум Х7в„ зависит от толщины Т образца. С увеличением толщины Т величина Уопт монотонно уменьшается. Характер изменения фазы U при изменении глубины h коррозионных поражений также зависит от частоты f и толщины образца Т. В области низших частот фаза ср вносимого напряжения практически не зависит от глубины h коррозионных поражений. С увеличением частоты выше ./опт наблюдается монотонная зависимость между ср и h. При этом с ростом / чувствительность (р к изменениям h непрерывно растет.
Как известно, электромагнитные процессы взаимодействия с металло-объектами характеризуются коэффициентом распространения электромагнитной волны А =2я///о 7. При этом положение точки на комплексной плоскости при одинаковых значениях к совпадает. Из этого, в частности, следует, что при вариации удельной электрической проводимости а смещение рабочей точки будет совпадать с линией влияния частоты / показанной на диаграммах красным цветом. Из приведенных диаграмм видно, что между линиями влияния h и f имеется угол близкий к 90. Это показывает на возможность отстройки, при необходимости, от вариации удельной электропроводности а.
Характер амплитудно-частотых зависимостей вносимого напряжения без нормировки по частоте (при постоянном значении тока возбуждения /в=100 мА) несколько другой. Приведенные на рис. 3.12-3.16 диаграммы показывают, что здесь Um имеет максимум при частоте, существенно зависящей от толщины контролируемого объекта Г и в весьма малой степени - от глубины h коррозионного поражения. При этом с увеличением толщины Г и уменьшением глубины h крутизна амплитудно-частотных зависимостей монотонно уменьшается. Зависимости UBH=UBH(f) аппроксимируются полиномом третьей степени вида
Контроль обшивки планера вихретоковым дефектоскопом-дефектомером «ЗОНД АВД-05»
Дефектоскоп-дефектомер «ЗОНД АВД-05» позволяет решать задачи выявления нарушений сплошности различного типа. Для определения технического состояния элементов конструкций авиационной техники необходимо решать задачи обнаружения скрытых дефектов коррозионного происхождения: - контроль дефектов типа язвенной и расслаивающейся коррозии под слоем неэлектропроводных диэлектрических покрытий (краска, герметик) толщиной до 10 мм; - контроль дефектов типа язвенной коррозии в обшивках при контроле с непораженной стороны (глубина дефекта составляет более 30% толщины); - контроль дефектов типа расслаивающейся коррозии с непораженной стороны.
Как показали испытания, проведенные совместно с ФГУП «ВИАМ» с его помощью возможен контроль баков кессонов через слой герметика толщиной которого варьируется в диапазоне 1 ... 2 мм. Наличие автоматической регулировки чувствительности при вариации рабочего зазора существенно упрощает технологию контроля и повышает его достоверность. Применение дефектоскопа позволит уменьшить стоимость проведения ремонтных работ за счет обеспечения возможности контроля через слой герметика без его удаления и последующего восстановления.
В настоящее время для контроля степени коррозионного поражения применяют различные вихретоковые толщиномеры. При достаточно точной оценке степени общей коррозии, они не позволяют выявлять и оценивать параметры локальных коррозионных, язв диаметром менее 5 мм. В то же время такие случаи коррозионного поражения, как показывает практика, встречаются достаточно часто.
Испытания показали, что дефектоскопом «ЗОНД АВД-05» можно обнаруживать и оценивать параметры расслаивающей коррозии при контроле с непораженной стороны. Это обусловлено наличием двух информационных каналов, дополняющих друг друга. Дефектоскопический канал позволяет надежно обнаруживать дефекты типа язвенной коррозии, реагируя одновременно и на расслаивающую коррозию. Участки с расслаивающей коррозией приводят к появлению на выходе дефектоскопического канала флуктуирующего сигнала, наиболее сильного на границах пораженного участка. Это позволяет четко обнаружить пораженный участок и оценить остаточную толщину по информации с канала измерения толщины. На фотографиях приведены участки обшивки с выявленными коррозионными поражениями в обшивке.
Дефектоскоп позволяет также решить задачу - определение дефектов в силовых элементах авиационных конструкций под обшивкой из неферромагнитного материала. В настоящее время контроль многослойных узлов проводится после их демонтажа, что значительно повышает трудоемкость и стоимость ремонтных работ. Рассмотрим некоторые результаты исследований выявляемое дефектов в пластинах из алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ВТ20, через обшивку из этих же материалов. Исследования показали, что дефектоскоп обеспечивают выявление грубых трещин: - в материале Д16Т под обшивкой из Д16Т толщиной 6 мм; - в материале Д16Т под обшивкой из ВТ-20 толщиной 15 мм; - в материале КГ20 под обшивкой из ВТ-20 толщиной 12 мм; - в материале БТ20 под обшивкой из Д16Т толщиной 3 мм.
Видно, что глубина контроля дефектов под обшивкой значительно возрастает в случае, когда электропроводность обшивки меньше электропроводности основного материала.
1. На основе выполненных исследований разработан адаптивный дефектоскоп-дефектомер «Зонд АВД-96», позволяющий автоматизировать процесс установки рабочей частоты и регулировки чувствительности при вариации рабочего зазора.
2. Дефектоскоп, за счет автоматической регулировки чувствительности позволяет существенно повысить достоверность и производительность дефектоскопии при наличии покрытий с переменной толщиной. Это подтверждается испытаниями, проведенными на баках кессонов, имеющих защитный слой герметика с толщиной 1...2 мм.
3. Дефектоскоп позволяет выявлять и оценивать параметры как язвенной, так и расслаивающей коррозии. Контроль расслаивающей коррозии возможен как с пораженной, так и с непораженной сторон.
4. Дефектоскоп может успешно использоваться и для выявления дефектов в силовых элементах авиационных конструкций под обшивкой из неферромагнитного материала.
1. Показана необходимость регулировки рабочей частоты и чувствительности электронного блока в соответствии с номинальной толщиной обшивки Т и величиной рабочего зазора ВТП при вихретоковом контроле обшивки планера на наличие коррозионных поражений с внешней стороны.
2. Предложена конструкция нового многопараметрового вихрето-кового преобразователя УВТП-М с возбуждающей обмоткой на П-образном сердечнике, содержащего три измерительных модуля. Модули предназначены для выявления коррозионных поражений с внешней стороны обшивки, получения информации о ее толщине и рабочем зазоре, соответственно.
3. Путем математического моделирования МКЭ проведено исследование функции распределения нормальной составляющей Нгд напряженности магнитного поля в межполюсном пространстве П-образного ферромагнитного сердечника, размещенного над дефектом в виде плоскодонного отверстия с внешней стороны немагнитной электропроводящей пластины.
4. Проведенное исследование позволило установить, характер изменения Нгд и ее взаимосвязь в характерных точках с параметрами контролируемого объекта.
5. Установлено, в частности, что зона существенного искажения магнитного поля под влиянием дефекта занимает до 80% межполюсного пространства при диаметре коррозионного поражения от 5 мм; максимум Нгд при расстоянии z от поверхности менее 1 мм возникает над кромкой дефекта, а при больших значения z - смещается от центра дефекта; фаза Hzd практически не изменяется над дефектом и монотонно изменяется за его пределами; при увеличении z Hzd изменяется по экспоненциальному закону, а показатель экспоненты зависит не только от z, но и от параметров дефекта; показано наличие оптимальной частоты, при которой изменения напряженности Hzd максимальны, и ее взаимосвязь с параметрами дефекта.
6. Установлено, что амплитуда н1дтах при изменении остаточной толщины То и фиксированных толщине Т и осевой координате z изменяется по закону, близкому к экспоненциальному с аргументом (- к Т0). Коэффициент к при увеличении осевой координаты z незначительно уменьшается. Так, например, при изменении z от 0 до 3 мм для Т=2 мм к убывает от 2,4 до 2,2
7. Установлено, что фаза н!дтах зависит от остаточной толщины То по закону, имеющему незначительную нелинейность, и описывается с высо кой точностью полиномом второго порядка. Чувствительность к остаточной толщине по фазе составляет от 60 до 40 град./мм, убывая с уменьшением То.
Вариация z от 0 до 2,5 мм приводит к изменению фазы Ц.гдтах на величину, порядка 10", практически не зависящую от остаточной толщины То
