статья. Разработка и опытная апробация методики контроля паяных соединений жрд
 Скачать 2.44 Mb.
|
|
РАЗРАБОТКА И ОПЫТНАЯ АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЖРД АННОТАЦИЯ Высокие требования к качеству паяных соединений современных ЖРД, а также особенности конструкции камер сгорания не позволяют применять готовые традиционные методические подходы в части неразрушающего контроля. В соответствии требованиями с нормативно технической документации, при контроле качества паяных соединений ЖРД допускается использовать акустический вид контроля методами отраженного излучения, прошедшего излучения, резонансного, свободных колебаний и акустико-эмиссионным. Были проведены исследования образцов камер сгорания ЖРД и выбраны наиболее оптимальные методы и средства НК. Поскольку конструктивные особенности камер сгорания, а также сравнительно малые дефекты пайки накладывают ограничения на выбор оборудования было предложено использовать неклассический метод НК, основанный на термооптическом возбуждении ультразвука. Данный метод обладает высокой чувствительностью. Однако, при сплошном контроле применение данного метода оказывается нецелесообразно, из-за низкой скорости сканирования. Поэтому было предложено использовать данный метод для точной оценки характеристик дефекта, а при сплошном контроле применять высокопроизводительную прямую фазированную решетку. Описанные выше решения легли в основу написания методики контроля паяных соединений на ЖРД. Разболтанная методика прошла опытную апробацию, где была доказана ее работоспособность. В данной статье также рассмотрены вопросы интерпретации сканов на экране дефектоскопа при контроле паяных соединений ЖРД, а также вопросы метрологического обеспечения процесса контроля. Важнейшим агрегатом ЖРД является камера сгорания, которая обеспечивает работоспособность всего двигателя. В связи с этим к камере сгорания ЖРД предъявляют высокие требования по надежности и безопасности. Для обеспечения надежности и безопасности проводят большое количество научно-исследовательских работ, в частности контроль качества паяного соединения [1]. Существующая оценка качества пайки регламентируется ОСТ 92-1190 и на практике, в большинстве случаев, сводиться к проведению металлографических исследований паяных соединений. Такой метод исследования паяных соединений имеет некоторые недостатки. Одним из основных недостатков является наличие в микроструктуре шва артефактов, образующиеся в процессе подготовки шлифа, которые могут приняться за технологические дефекты (инородные и растравленные включения, межфазные границы). Вторым недостатком является невозможность объективно оценить прочность паяного соединения, например, в процессе охрупчивания структурных составляющих шва. Подтверждение качества паяных соединений определяется только гидравлическими испытаниями на прочность и пневматическими (воздухом) испытаниями на герметичность. Характерными дефектами паяных соединений камер сгорания ЖРД являются неспаи (непропаи). Минимальный размер площади неспая (непропая), который в соответствии с конструкторской документацией (КД) необходимо выявлять, составляет 1 мм2. Величина раскрытия неспая и непропая точно не установлена, однако, по предварительным оценкам, она может составлять для неспая порядка нескольких микрометров, а для непропая — нескольких десятков микрометров [2]. В связи с вышесказанным очевидна необходимость применения методов неразрушающего контроля, позволяющих выявлять непропаи, неспаи и другие дефекты паяных соединений. В качестве такого метода была доказана применимость ультразвукового эхо-метода, основанного на термооптическом возбуждении ультразвуковых волн [3]. Однако, данный метод имеет существенный недостаток, заключающийся в низкой скорости сканирования. Кроме того, ввиду сложной внутренней структуры типовых паяных соединений ЖРД возникают сложности с интерпретацией полученных результатов, представленных в виде А или В-сканов. Описанные выше недостатки приводят к снижению достоверности получаемых результатов контроля. С целью увеличения скорости сканирования без потери возможности уверенного выявления дефектов типа «неспай» и «непропай», предложено применить фазированные антенные решетки (ФАР) как средство реализации ультразвукового эхо-метода. Способ отображения информации на экране дефектоскопа (S-скан) позволяет достаточно легко визуализировать внутреннюю структуру паяного соединения. Комплекс операций по настройке чувствительности и задания законов фокусировки позволяют добиться уверенного выявления моделей дефектов в настроечных образцах. Для реализации выбранного метода использовалось следующее оборудование: - дефектоскоп OlympusOmniScanMX2 с 32-элементной фазированной антенной решеткой 10 МГц и прямой призмой (рисунок 2); - лазерно-ультразвуковой дефектоскоп УДЛ-2М с преобразователями ПЛУ-12У-01, ПЛУ-6Ц-03 [3] (рисунок 3)  Рисунок 2 – Внешний вид дефектоскопа Olympus OmniScanMX2  Рисунок 3 – Внешний вид лазерно-ультразвукового дефектоскопа УДЛ-2М На рисунках 4-5 представлена схема контроля и интерпретация результатов контроля. Синими стрелками и окружностями отмечены регистрируемые акустические сигналы от впадин между ребрами, красными стрелками и окружностями – отражения от непропаев или конструктивных проточек, зелеными окружностями – области в которых должны регистрироваться сигналы при наличии непропая или отрыва ребер.     Рисунок 4 – Интепретация результатов контроля полученных с использованием дефектоскопа Olympus OmniScanMX2  Рисунок 5 – Схема контроля эхо-методом и соответствующая интепретация результатов контроля полученных с использованием лазерно-ультразвукового дефектоскопа УДЛ-2М Для оценки чувствительности и последующей настройки дефектоскопической аппаратуры при проведении контроля был разработан КО. С использованием образца изготовленного из вырезки камеры сгорания с плоскодонным сверлением 1,1 мм подтверждена возможность представленных методов и средств выявлять непропай и отрыв с раскрытием более 2 мкм, шириной соответствующей ширине ребра и длиной вдоль ребра более 1,0 мм.     Рисунок 6 – Акустический образ выявленных дефектов в образце №1 Выявленный дефект подтвержден результатами металлографических исследований (рисунок 7).  Рисунок 7 – Результаты металлографических исследований выявленных дефектов По результатам контроля в образце выявлены отражатели, амплитуда сигнала которых не превышала браковочный уровень (рисунок 8, 9).   2 1   Рисунок 8 – Расположение выявленных отражателей в образце №2   Рисунок 9 – Акустический образ выявленных отражателей в образце №2 Отражатель 1 выявленный по центру образца требует дополнительных разрушающих исследований. Отражатель 2 подтвержден результатами металлографических исследований и по измеренным размерам не является критическим дефектом (рисунок 10).     Ребро       Надрыв Стальная оболочка Ребро Стальная оболочка   Рисунок 10 – Результаты металлографических исследований образца №2 Анализ полученных результатов контроля качества паяных соединений образцов из камеры сгорания двигателя показал работоспособность и достоверность разработанной методики. Подтверждено выявление непропая или отрыва с раскрытием более 2 мкм, шириной соответствующей ширине ребра и длиной вдоль ребра более 1,0 мм. В ходе контроля качества паяных соединений двигателя с помощью дефектоскопа OlympusOmniScanMX2 дефектов (непропай или отрыв с раскрытием более 2 мкм, шириной соответствующей ширине ребра и длиной вдоль ребра более 1,0 мм) обнаружено не было (рисунок 13). Красная зона на глубине соответствующей глубине возможных отражений от ребер является отражением от ребра находящегося в области конструктивной проточки (см. схему контроля эхо-методом и соответствующая интепретация результатов контроля полученных с использованием лазерно-ультразвукового дефектоскопа УДЛ-2М на рисунке 4).  Рисунок 13 – Типовое акустическое изображение бездефектных паяных соединений двигателя При отработке методики на образцах с дефектами были получены акустические изображения дефектных участков (рисунок 15а). По полученным в ходе контроля камеры сгорания двигателя критических дефектов обнаружено не было. На рисунке 15б представлена типовая бездефектная акустическая картина соответствующая проконтролированной камере сгорания.
Рисунок 15 – Акустические изображения дефектных (а) и бездефектных (б) участков паяных соединений двигателя При контроле качества паяных соединений образцов из камеры сгорания двигателя и верификации методики были выявлены и подтверждены критические дефекты (с раскрытием более 2 мкм, шириной соответствующей ширине ребра и длиной вдоль ребра более 1,0 мм) и дефекты с размерами меньше принятых критическими, что подтверждает высокую чувствительность выбранных методов и средств и достоверность Методики. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Быченок В. А., Кинжагулов И. Ю. Лазерно-ультразвуковой контроль тонкостенных паяных соединений камер жидкостных ракетных двигателей //Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2011. – Т. 54. – №. 7. Астрединова Н.В., Баринов А.В., Сергеев Д.С. Возможность применения лазерно-ультразвуковой диагностики для контроля качества паяных соединений камер жидкостных ракетных двигателей // Вестник ВГУИТ. 2014. №3 (61). Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 3. И. Н. Ермолов, Ю. В. Ланге. Ультразвуковой контроль. М.: Машиностроение, 2006. 864 с. Гусев В. Э., Карабутов А. А. Лазерная оптоакустика. М.: Наука, 1991. 304 с. |
