Голографический способ обнаружения трещины
Иллюстрации
Реферат
ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОБНА РУЖЕНИЯ ТРЕШИН включающийрегистрацию исходного состояния коЯтролируемой детали, нагружение этой детали, а также анализ полученной голографической интерферограммы, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и повышения эффективности обнаружения дефектов в лопатках турбомашин, при е регистрации и.нтерферограммы направления векторов освещения и наблюдения выбирают так, чтобы угол межд: ними стремился к 180°, а вектор их разности был перпендикулярен плоскости детали, при нагружении деталь де.формируют перерезывающим усилием сначала в плоскости, перпендикулярной вектору разности векторов : освещения и . наблюдения, а затем - в направлении, параллельном указанному вектору разности . Нсптник
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
„„SU„„1054675 А
3+g G 01 В 9/025; G 93 Н 1/04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ. СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3473037/18-25 (22) 21.07,82 (46) 15. 11. 83 . Бюл . И 42 (72) М.А.Заруцкий (7I) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола (53) 772,99(088.8) (56) 1; Голографические неразрушающие исследования. Под ред. P.Ê.Ýðôà, -M., "Машиностроение", 1979, с.107.
2. Там же. с.:109 (прототип) (54)(57) ГОЛОГРАФИ4ЕСКИЙ СПОСОБ ОБНАPYNEHHR TPEIIIHH включающий. регистрацию исходного состояния коятролируемой детали, нагружение этой детали, а также анализ полученной голографической интерферограмьаи, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и повышения эффективности обнаружения дефектов в лопатках турбомашин, при ш регистрации интерферограммы направления векторов освещения и наблюдения выбирают так, чтобы угол между ними стремился к 180о, а вектор их разности был перпендйкулярен плоскости детали, при нагружении деталь деформируют перерезывающим усилием снача- ла в плоскости, перпендикулярной вектору разности векторов . освец ения и наблюдения, а затем - в направлении, параллельном. указанному вектору раз- щ ности ° . °
1 10546
Изобретение относится к дефектации ответственных деталей турбомашин, а именно производству и ремонту:газотурбинных двигателей.
Известен способ голографической
5 дефектоскопии, включающии получение усРедненной во времени интерферограммы (1 .
При этом могут быть выявлены крупные дефекты, но выявление«трешин мало-10 го размера практически невозможно.
Наиболее близким к изобретению является голографический способ обнаружения трещин, включающий регистрацию исходного состояния контролируе15 мой детали, нагружение этой детали и анализ полученной голографической интерферограммы, причем о наличии трещин судят по локальнь1м нарушениям интерференционной картины (1 1.
Основным недостатком указанных го20 лографических способов является то, что ни один из них не "увязывает" избранный способ нагружения детали с чувствительностью применяемого голоа 25 графического интерферометра к формированию интерференционных полос.
Известно, что при заданчой геомет- рии оптической схемы (фиг.11 голографический интерферометр наиболее чувствителен к составляющим вектора деформа- 30 ии М, параллельным вектору разности векторов освещения k „и наблюдения а наименее, вствителен к составляющим вектора d, перпендикулярным укаэанному вектору разности К. 35
Покажем, что, локальное нарушение интерференционной, картины, следующее признаком наличия дефекта, аналитически описывается выражением
z(1 ) caw
В1п В где aN - скачкообразное изменение порядкового номера интерференционной полосы, формирующее аномалию в районе дефекта; Г2
-д -Я- вектор относительного смеще1 ния границ А и В дефекта (фиг.1) и характеризует величину раскрытия трещины при нагружении; с -угол между векторами К и л - длина световой волны;
8 - половина угла между векторами k è
Анализ приведенйого уравнения показывает, что для достижения максимальной разрешающей способности мето75 2 да (максимального .д М) необходимо выбрать такую оптическую схему голографического интерферометра, чтобы
s in 8 стремился к единице, а выбранная последовательность операций нагружения обеспечивала бы наибольшее абсолютное значение вектора cf, (T,е. максимальное раскрытие трещины ) цри минимальном угле между векторами
1<и У, Одйако ни один из известных голографических способов не дает рекомендаций по выбору оптимальной схемы голографического интерферометра и не связывает ее с применяемым способом нагружения, Зачастую интуитивно применяется оптическая схема, когда вектор разности К векторов освещения и наблюдения составляет малый угол с нормалью к изучаемой поверхности. При этом попытка увеличить раскрытие трещины (Л )на величину, достаточную для образования аномалии в интерферен ционной картине, путем увеличения нагрузки, а следовательно, и деформации в направлении максимальной чувствительности интерферометра (т.е. в направлении вектора К ) не дает желаемого результата. Действительно, в этом случае с ростом деформации резко увеличивается густота интерференционных полос, что черезвычайно затрудняет визуальное обнаружение локальных нарушений в интерференционной картине, а следовательно, и дефектов.
Цель изобретения - увеличение разрешающей способности и повышение эффективности обнаружения дефектов в лопатках турбомашин.
Поставленная цель достигается тем, что согласно голографического сйособа, включающего регистрацию исходного состояния контролируемой детали, нагружение этой детали, а также анализ полученной голографической интерферограммы, при регистрации интерферограммы направления векторов освещения и наблюдения выбирают так, чтобы угол между ними стремился к 180, а вектор о их разности был перпендикулярен плоскости детали, при нагружении деталь деформируют перерезывающим усилием сначала в плоскости, перпендикулярной вектору разности векторов осве" щения и наблюдения, а затем - в найравлении, параллельном укаэанному вектору разности °
Для образования ярко выраженной аномалии в интерференционной картине
5 4 ярко выраженное по сравнению с известными способами локальное нарушение интерференционной картины .
Способ осуществляется следующим образом.
Контролируемую лопатку жестко закрепляют в нагружающем устройстве, например, защемляя замковую часть.
Для регистрации голограммы направления векторов освещения и наблюдения выбирают так, чтобы угол между ними стремился или был равен 180 для всех точек контролируемой поверхности а вектор их разности был перпендикулярен "плоскости" лопатки . При такой оптической схеме интерферометр наименее чувствителен к деформациям в "плоскости" лопатки. При этом имеется ввиду, что в случае коллимированного ocseщения и наблюдения вектор разности К не меняет своей ориентации от точки к точке и имеет одно и то же направление для всей поверхности контролируемой лопатки. При неколлимированном освещении и наблюдении в описанной схеме интерферометра ориентация вектора разности К для крайних точек контролируемой поверхности меняется незначительно (в пределах 5-10о J,- В этом случае направление вектора разности М определяется по его ориентации для геометрического центра лопатки или отдельного ее участка, для которого вероятность появления дефекта максимальна (если такой участок заранее известен }. После этого регистрируют голограмму исходного состояния контролируемой лопатки. Затем сначала деформируют де" таль в плоскости, перпендикулярной вектору разности К, перерезывающим усилием. Большой опыт эксплуатации авиадвигателей показывает, что подавляющее большинство трещин в лопатках турбомашин является трещинами кромочного характера. Они зарождаются на, входной и выходной кромках пера лопатоР пои знакопеременных механических и термоциклических нагрузках, а затем распространяются вглубь пера практически перпендикулярно кромкам. На первом этапе нагружения предваритель" ное раскрытие этих трещин может быть
° осуществлено различными по характеру нагрузками (растягивающим усилием, изгибающим моментом и пр.}. Главноечтобы эти нагрузки вызывали деформации в плоскости, перпендикулярной вектора разности I(с целью образоваз 105467 необходимо, прежде всего максимально раскрыть трещину, что требует максимально возможного (в пределах упругости материала ) увеличения деформации детали в процессе нагружения.
Диапазон же регистрируемых деформаций в голографической интерферометрии ограничен величиной 5-25 мк/мм. С ростом деформации растет и густота интерференционных полос на голографической интерферограмме контролируемой детали, что черезвычайно затрудняет визуальное обнаружение дефекта.
Поэтому необходимо выбрать такую оптическую схему голографического ин15 терферометра и такую последовательность операций нагружения, которые обеспечили бы на первом этапе нагружения максимальное раскрытие границ трещин, сопровождаемое образованием
20 минимального числа интерференционных полос.
В предлагаемом способе оптическая схема интерферометра, во-первых, строится так, чтобы угол между векторами освещения и наблюдения стремился к (был близок или равен ) 180, а вектор их разности К был перпендикулярен плоскости детали. (Поскольку лопатки турбомашин являются квазиплоскими деталями, то выбирается схема с освещением и наблюдением по нормали к "плоскости" контролируемой лопатки. При.такой схеме sin 6 в приведенной аналитической зависимости стремится к единице практически для 35 всех точен поверхности лопатки ).
Во-вторых, при нагружении лопатку сначала деформируют в плоскости, перпендикулярной вектору разности Й, т.е. в плоскости минимальной чувстви- 40 тельности интерферометра (эта плоскость при описанной оптической схеме совпадает с "плоскостью"контролируемой ,лопатки . Поэтому на первом этапе нагружения достигается предварительное рас- 45 крытие трещины, сопровождаемое образованием минимального числа "шумовых" интерференционных полос. Последующая операция деформации детали в направлении, параллельном вектору разности 50
К .(т.е. в направлении максимальной чувствительности интерферометра ), обеспечивает как дальнейший рост абсо1 лютной величины раскрытия границ дефекта (вектора 0 ), так и наименьший. 55 угол между векторами К и 8<. А это„ . согласно приведенной выше аналитической зависимости, обеспечивает более
S 10j4( ния минимального числа "шумовых" интерференционных полос, Обширные экспериментальные исследования показывают, что наиболее эффективным является нагружение (деформация ) лопаток
;перерезывающим усилием т.е. усилием, перпендикулярным перу лопатки, и лежащим в ее плоскости". Кроме того, в случае трещины, расположенной вдоль пера, такое нагружение, в отличие, например, от растяжения, также приводит к предварительному раскрытию границ дефекта °
После деформации лопатки в плоскости минимальной чувствительности интерферометра осуществляют деформацию ее в направлении, параллельном вектора разности К, т.е. в направлении максимальной чувствительности.
Для этого может быть использовано нагружение перерезырающей силой, параллельной вектору разности К, кручение или изгиб пера 1в плоскости его минимальной жесткости (в плоскости, содержащей вектор разности К ), Контроль предлагаемыми способом может осуществляться либо в реальном времени, либо методом двух экспозиций голографической интерфЪрометрии.
При этом нагрузки по величине выбирают для каждого типа контролируемых лопаток так, чтобы вызываемые ими де" формации лежали в пределах упругости материалов.
На фиг. l изображена схема дефор.мации детали с трещиной; на фиг.215 Ь блок-схема экспериментальной установки .
Пример осуществления предлагаемого способа.
Производят контроль рабочеи лопатки турбины газотурбинного двигателя на фиг.2 . Луч от источника когерентного излучения ЛГ-38 разделяется светоделителем на предметный и опорный. Оба луча, пройдя оптическую систему, коллимируются, Диафрагировавшая на поверхности лопатки предметная волна направляется на гветочувствительный приемник (фотопластинку ), где взаимодействует с опорной волной. Образующийся при этом высокочастотный интерференционный узор фиксируется светочувствительным приемником. После регистрации исходного состояния лопатка деформируется нагружающим устройством в пределах упругости материала. Наблюдаемая при этом голографическая интерферограмма фотографируется в реальном времени..в выбранной оптической сх ме угол между векторами освещения % H наблюдения ) с ставляет и180, а вектор разности К перпендикулярен "плоскости" лопатки .
Как видно из сравнения голографических интерферограмм, использование предлагаемого способа обеспечивает более ярко выраженное локальное нарушение интерференционной картины в районе дефекта, а следовательно, и большую разрешающую способность по сравнению с известными голографическими способами обнаружения трещин.
105467г, Составитель 8.Аджалов
Редактор М.Келемеш Техред C,Иигунова Корректор Н.Rqnna
Заказ 9086/46 Тираж 602 Подписное
8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, М0сква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП нПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4