Способ рентгеноструктурного контроля деталей газотурбинного двигателя

Способ рентгеноструктурного контроля деталей газотурбинного двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к неразрушающим способам рентгеноструктурного контроля и может использоваться для оценки технического состояния ремонтных деталей газотурбинного двигателя (ГТД) из титановых сплавов в лабораторных и заводских условиях.

Наиболее близким является способ рентгеноструктурного контроля деталей газотурбинного двигателя (патент № 2488099 G01N 23/00, опубл. 20.07.2013), включающий снятие рентгенограммы с контролируемой детали на предполагаемой поверхности разрушения, определение параметра, зависящего от наработки детали, и сравнение его с предельным значением.

Недостатком данного способа является то, что способ является трудоемким, дорогостоящим и требует точного позиционирования дисков с использованием специализированной оснастки для учета индивидуальной текстуры диска.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое решение, является увеличение производительности технологического процесса контроля деталей ГТД неразрушающим способом, за счет упрощения методик расчета рентгенодифракционных данных, отсутствия необходимости точного позиционирования деталей во время измерения, и отсутствия необходимости использования специализированной оснастки для учета индивидуальной текстуры деталей ГТД из титановых сплавов.

Технический результат достигается тем, что в способе рентгеноструктурного контроля деталей газотурбинного двигателя, включающем снятие рентгенограммы с контролируемой детали на предполагаемой поверхности разрушения, определение параметра, зависящего от наработки детали, и сравнение его с предельным значением, в отличие от известного в качестве параметра, зависящего от наработки детали, используют параметр площади фона рентгеновского спектра S_ф, определяемый по зависимости

,

где X_i, Х_i-1 - координаты канала шкалы детектора;

i - номер канала детектора;

I_i - интенсивность рентгеновского излучения, соответствующая X_i по шкале детектора, определяемая по зависимости

,

а, b, с - численные коэффициенты, далее сравнивают значение параметра площади фона рентгеновского спектра S_ф с предельным значением S_фк, деталь возвращают в эксплуатацию, если значение параметра площади фона рентгеновского спектра S_ф больше предельного значения S_фк, или деталь снимают с эксплуатации, если значение параметра площади фона рентгеновского спектра S_ф меньше предельного значения S_фк.

На чертежах показаны:

Фиг. 1 - рентгеновский спектр (рентгенограмма) на торце диска КНД из сплава ВТ3-1;

Фиг. 2 - графики зависимости параметра фона от наработки в циклах на образцах из диска КНД до и после ресурсных испытаний на малоцикловую усталость (МЦУ);

Фиг. 3 - графики зависимости параметра фона на торце паза диска КНД с условным номером №1 до и после ресурсных испытаний на установке УИР-3 2000 циклов.

Фиг. 4 - графики зависимости параметра фона на торце паза диска КНД с условным номером №2 до и после ресурсных испытаний на установке УИР-3 320 циклов.

Способ осуществляется следующим образом.

Контролируемую деталь на предполагаемой поверхности разрушения подвергают рентгеновскому излучению. Излучение происходит от отражающей плоскости (11.0) без фона при использовании титанового излучения Ti-K_α и от отражающей плоскости (01.3) без фона при использовании титанового излучения Ti-K_β, при этом в качестве параметра, зависящего от наработки детали, используют параметр площади фона рентгеновского спектра S_ф. Для определения площади фона рентгеновского спектра S_ф производится регистрация рентгеновского спектра рентгеновским дифрактометром в зонах риска (в зонах детали, где в процессе эксплуатации и ресурсных испытаний происходит разрушение) при одинаковых режимах рентгеносъемки с использованием титанового излучения без β-фильтра в диапазоне углов Вульфа-Брегга 2θ (диапазон может быть установлен от 136 градусов до 155 градусов) и расчет следующим соотношением:

где X_i, X_i-1 - координаты канала шкалы детектора;

i - номер канала детектора;

I_i - интенсивность рентгеновского излучения, соответствующая X_i по шкале детектора, определяемая по зависимости

,

а, b, c - численные коэффициенты.

Далее сравнивают значение параметра площади фона рентгеновского спектра S_ф с предельным значением S_фк. Деталь возвращают в эксплуатацию, если значение параметра площади фона рентгеновского спектра S_ф больше предельного значения S_фк, или деталь снимают с эксплуатации, если значение параметра площади фона рентгеновского спектра S_ф меньше предельного значения S_фк.

Пример.

С помощью рентгеновского дифракторметра выполняется измерение параметров рентгеновского спектра (фиг. 1), например, на торцах паза диска компрессора низкого давления (КНД) из сплава ВТ3-1, при этом измерения на торцах паза осуществляются как на выходе диска, так и на входе диска. Количество каналов по шкале детектора составляет 512, а радиус дуги гониометра - 50 мм.

На фиг. 2 представлен график зависимости параметра фона от наработки в циклах образцах из диска КНД до и после ресурсных испытаний на малоцикловую усталость (МЦУ). Все образцы изготовлены из замковой части диска 1-й ступени диска КНД для проведения испытаний на МЦУ. Испытание образцов на МЦУ проведено этапами через 3000 циклов (до разрушения). Суммарная наработка образцов составила приблизительно от 22400 до 23400 циклов. Из графика (фиг. 2) видно, что на образцах (правая сторона паза относительно выхода диска) с наработкой после 18000 циклов происходит резкое уменьшение параметра фона S_ф. Значительное изменение этого параметра происходит в момент, когда в приповерхностном слое материала глубиной 5-7 мкм (это глубина соизмерима с глубиной проникновения рентгеновских лучей при использовании титановой трубки) происходит образование дефекта. Как только дефект выходит на поверхность, параметр S_ф увеличивается практически до исходной величины.

На фиг. 3 в качестве примера представлено распределение параметра фона S_ф на торце паза диска КНД с условным номером №1 до (состояние диска - после эксплуатации в составе двигателя с наработкой 14551 часов/5321 циклов) и после ресурсных испытаний на установке УИР-3 2000 циклов. Из графика (фиг. 3) видно, что на диске №1 величина S_ф на всех исследуемых точках выше критического значения. После Люм-контроля никаких дефектов не обнаружено, диск №1 можно считать ремонтопригодным.

В качестве следующего примера (фиг. 4) представлен график распределения параметра фона S_ф на торце паза диска КНД с условным номером №2 до (состояние диска - после эксплуатации в составе двигателя с наработкой 11907 часов/5794 циклов) и после ресурсных испытаний на установке УИР-3 320 циклов. Из графика (фиг. 4) видно, что на торцах пазов диска КНД с номерами 5÷11 после ресурсных испытаний на установке УИР-3 происходит значительное изменение параметра фона S_ф. На данном диске после 18 полетных циклов испытаний методом Люм-контроля была выявлена трещина.

Таким образом, данный способ рентгеноструктурного контроля по определению параметра фона рентгеновского спектра можно использовать для дефектации ремонтных деталей ГТД на более раннем сроке обнаружения дефекта в приповерхностных слоях детали, пока другие способы дефектоскопии неэффективны и для определения ремонтнопригодности.

В результате, за счет упрощения методик расчета рентгенодифракционных данных, отсутствия необходимости точного позиционирования деталей во время измерения, и отсутствия необходимости использования специализированной оснастки для учета индивидуальной текстуры деталей ГТД из титановых сплавов данное техническое решение позволяет обеспечить повышение производительности технологического процесса контроля деталей неразрушающим способом.

Способ рентгеноструктурного контроля деталей газотурбинного двигателя, включающий снятие рентгенограммы с контролируемой детали на предполагаемой поверхности разрушения, определение параметра, зависящего от наработки детали, и сравнение его с предельным значением, отличающийся тем, что в качестве параметра, зависящего от наработки детали, используют параметр площади фона рентгеновского спектра S_ф, определяемый по зависимости

где X_i, X_i-1 - координаты канала шкалы детектора;

i - номер канала детектора;

I_i - интенсивность рентгеновского излучения, соответствующая по шкале детектора, определяемая по зависимости

a, b, с - численные коэффициенты, далее сравнивают значение параметра площади фона рентгеновского спектра S_ф с предельным значением S_фк, деталь возвращают в эксплуатацию, если значение параметра площади фона рентгеновского спектра S_ф больше предельного значения S_фк, или деталь снимают с эксплуатации, если значение параметра площади фона рентгеновского спектра S_ф меньше предельного значения S_фк.