ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Размеры трещин и контроль элементов конструкций из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Упрочняющая поверхностная обработка деталей является одним из способов увеличения периода зарождения трещин при циклическом нагружении различных элементов конструкции. При такой обработке создаются остаточные сжимающие напряжения в поверхностном слое материала, что приводит к существенному повышению длительности периода зарождения усталостных трепщн в элементах авиационных конструкций. Это типичная ситуация для поверхности стоек шасси ВС, изготавливаемых из высокопрочных сталей, и лонжеронов лопастей несущих винтов вертолетов, изготавливаемых из алюминиевого сплава АВТ и стали ЗОХГСА. Поверхностная обработка влияет на перераспределение соотношения между длительностями периода распространения трещины и долговечностью. [c.65] Как показали результаты испытаний панелей с отверстиями из алюминиевого сплава 7075-Т6, упрочняющая обработка отверстий позволяет существенно продлить период зарождения усталостной трещины [108]. Испытанию подвергали панели под действием спектра нагрузок с переменной амплитудой, характерной для условий работы верхних панелей крыла самолета. Было показано, что 70 % долговечности соответствует периоду зарождения трещины. Однако даже в этом случае длительность периода роста трещины была достаточно велика, чтобы часть ее можно было использовать для осуществления безопасной работы конструкции с развивающейся трещиной. [c.65] Как было указано выше, в настоящее время эксплуатация ВС осуществляется одновременно по двум принципам — безопасный ресурс и безопасное повреждение элементов конструкций. Оба принципа формируют разные подходы в реализации стратегии поиска и контроля трещин. Однако общим принципом для всех методов контроля является раннее обнаружение тех трещин, которые появляются на ранней стадии эксплуатации в наиболее напряженных зонах конструкции. [c.66] При использовании периодического контроля решающее значение приобретает достоверность оценки кинетических закономерностей эксплуатационного роста трещин. Они устанавливаются на основе лабораторных методов исследования деталей после их разрушения в эк плyaтaц п или после выявления в них трещин. На основании результатов такого исследования первоначально решается вопрос о целесообразности проведения разового контроля деталей на всем парке ВС. Этот вид контроля носит браковочный характер и во многих случаях связан с большими экономическими издержками, поскольку зоны контроля могут быть непригодны для контроля стандартными методами, и требовать разработки специальных методов контроля на открытых площадках прямо на стоянке ВС. Примером такой ситуации может служить контроль уха-подкоса основного шасси самолета Ту-154 [110]. [c.66] В лабораторных условиях было установлено, что появление усталостных трещин в подкосе имеет регулярный характер и связано с высоким уровнем циклических нагрузок. При возрастающей наработке в эксплуатации должно возрастать число подкосов с усталостными трещинами. Выполненный разовый контроль подтвердил этот вывод. Было забраковано но трещинам и снято с эксплуатации более 200 деталей. [c.66] Продление срока службы ВС с учетом появления в отдельных зонах конструкции усталостных трещин может быть реализовано при сохранении роста трещин до достижения ими критического размера с последующей заменой детали. Однако после выявления трещины могут быть осуществлены операции по ее торможению [116]. В частности, может быть частично удален материал с поверхности детали в зоне выявленной трещины. Эта операция осуществляется таким образом, чтобы не создавать существенной локальной концентрации напряжений, что служит предпосылкой нового зарождения трещины. В такой ситуации контроль подразумевает дополнительный анализ состояния материала в районе выбранного (удаленного) материала. Примером такого контроля может служить диагностика трещин в верхнем поясе нервюры самолета Ил-62 в зоне его галтельного перехода [117]. [c.67] Стратегия контроля подразумевала первоначально выявление трещин с последующей выборкой материала в зоне трещин на регламентированную глубину не более 1 мм. Статистика распределения трещин такова, что при одинаковой наработке детали глубина трещин различна. В результате этого оказалось, что без дополнительного контроля поверхности после удаления слоя материала в нем могут оставаться и быстро распространяться в последующем усталостные трещины. Введение контроля после удаления слоя материала и последующий периодический контроль зон с удаленным материалом позволили исключить разрушение детали в контролируемой зоне, поскольку по мере наработки в эксплуатации возникавшие трещины выявляли и детали снимали с эксплуатации. Был реализован принцип эксплуатации рассмотренного элемента конструкции по безопасному повреждению. [c.67] Решение вопроса о контроле в первую очередь базируется на выборе методов и средств неразрушающего контроля. Однако следует подчеркнуть, что без обоснования периодичности контроля на основе представления о реализуемой в эксплуатации кинетике усталостных трещин, а также оценке максимального размера трещины, который может быть допущен в эксплуатации, вопрос о выборе метода контроля может оказаться нерешенным. [c.67] Выбор рационального метода контроля существенно зависит от стоимости проводимых работ с учетом чувствительности метода, доступности места контроля, наличия стандартных средств при большом объеме работ и прочее. Не менее важным моментом является и статистика выявления трещин, поскольку даже чувствительным и простым методом могут быть пропущены трещины, если они многократно в течение длительного периода времени не выявлялись в контролируемой зоне. [c.67] Например, в полете самолета Цессна-404 произошло падение оборотов двигателя в результате разрушения турбинной лопатки [118]. Оно было результатом первоначального нанесения забоины на кромку лопатки в результате попадания постороннего предмета в проточную часть двигателя, от которой в последующем произошло развитие усталостной трещины до критических размеров. Оптико-визуальный контроль лопаток (с помощью волокнистой оптики) имел высокую разрешающую способность. Этот метод был применен для контроля разрушившейся лопатки непосредственно перед последним полетом, однако ни забоина, ни трещина в лопатке не были обнаружены. Вместе с тем выполненные исследования закономерности роста трещины в разрушившейся лопатке показали, что после нанесения на нее забоины она пролетала несколько десятков полетов. [c.67] Не менее важную роль при контроле играет и подготовка поверхности детали к контролю. В этом случае чувствительность метода существенно зависит от того, как именно реализована процедура контроля. Так, например, в процессе эксплуатации самолета Боинг-747 имела место катастрофа одного из ВС из-за возникновения и распространения усталостной трещины в секции фюзеляжа перед корневой частью крыла [119]. В эксплуатации была осуществлена разовая проверка аналогичных зон всех ВС данного типа, и ни в одном из них не были выявлены трещины. Из числа осмотренных ВС два были отправлены в ремонт в связи с близким сроком наработки, после которого необходим ремонт. После снятия старого слоя краски у одного и другого самолета в указанных выше зонах были выявлены трещины длиной 356 и 406 мм. После этого было принято решение использовать неразрушающий контроль только после удаления слоя краски. [c.68] Приведенные примеры свидетельствуют о том, что при формировании стратегии эксплуатационного контроля не могут быть учтены все факторы, влияние которых может оказаться в конечном итоге решающим в обнаружении трещин. Вместе с тем в общем случае выбор метода контроля элемента конструкции ВС может быть осуществлен с помощью следующего алгоритма (рис. 1.24), в котором рассмотрены основные критерии качества контроля [119]. Принято использовать понятия о чувствительности и трудоемкости контроля. [c.68] Характерным примером такого контроля является применение ультразвукового контроля дисков компрессоров из титанового сплава ВТ-8 [117, 120]. В эксплуатацию был введен контроль диска по эталону с гладкой поверхностью. Однако один из дисков разрушился после введения контроля, и это потребовало решения вопроса о том, насколько эффективен контроль с точки зрения частоты его проведения и чувствительности используемого метода. Разрушение контролируемых дисков в эксплуатации происходит с формированием развитого в пространстве рельефа, что оказывает существенное влияние на рассеивание ультразвукового сигнала. Поэтому были выполнены испытания образцов с моделированием процессов роста трещины, подобных эксплуатационным с созданием развитой поверхности разрушения. Оказалось, что в зависимости от шероховатости поверхности разрушения ослабление сигнала может происходить в несколько раз [120]. Поэтому помимо исходной информации о чувствительности метода контроля по эталону с гладкой поверхностью необходимо иметь оценки чувствительности метода по реально формируемой поверхности разрушения, которая характерна именно для контролируемого процесса разрушения (коррозия, ползучесть и др.). [c.69] Общей характеристикой для всех методов контроля, используемых в гражданской авиации, является их специфическое использование в зависимости от физической природы самого метода [121-125]. [c.69] Необходимым условием выявления дефектов является чистая полость трещины (несплошности) по поверхности детали. Капиллярные методы основаны на проникновении жидкостей в капилляры, удерживаться там, извлекаться из них специальными веществами (проявителями) и образовывать на исследуемой поверхности оптически контрастный след. [c.69] Особенности и специфика ультразвукового метода контроля рассмотрены выше. Следует подчеркнуть, что наиболее широкое распространение на практике получил эхо-метод. Он связан с анализом отраженного от поверхности несплошности ультразвукового сигнала, вводимого в металл. [c.70] Основным методом радиапионного контроля в гражданской авиации является рентгеновский (прошедшего излучения и теневой) радиографический метод. На основе рентгеновского излучения используется графический способ представления информации в виде фиксированного изображения на пленке. Учитывая методическую сложность, трудоемкость и низкую чувствительность метода, его применяют только в тех случаях, когда другими методами контроль осуществить нельзя. Выше уже был приведен пример ситуации с применением такого метода контроля к замкнутым полостям конструктивных элементов ВС. Помимо того, контроль проводят и с целью обнаружения влаги в сотовых конструкциях, например в самолетах Ил-86 и Ил-96. [c.70] Магнитопорошковый метод основан на индикации частицами магнитного порошка магнитных полей рассеивания, возникающих над дефектом при намагничивании деталей из ферромагнитных материа.тов [121, 125]. В процессе нанесения на деталь частицы могут находиться во взвешенном состоянии в жидкостях (мокрый метод) или в воздухе (сухой метод). Этот метод очень чувствителен к состоянию поверхности детали. Поэтому его применение возможно к поверхностям при их высокой чистоте. Любые посторонние частицы влияют на контролируемую поверхность, понижая чувствительность метода. Могут даже появляться ложные сигналы в зоне контроля, если произошло прилипание порошка к поверхности. [c.70] Суммарная характеристика методов с точки зрения их чувствительности и требований к условиям эффективного проведения контроля представлена в табл. 1.3. [c.70] Особо требуется отметить, что используемые датчики могут быть расположены неподвижно только в том случае, если заранее известно месторасположение трещины и зона контроля. В противном случае процесс контроля осуществляется при сканировании датчиком по поверхности. И еще, ни один из указанных выше методов не позволяет осуществлять контроль в процессе эксплуатации в реальном масштабе времени, т. е. они не имеют способности давать информацию о динамике накопления усталостных повреждений и характеризовать момент возникновения трещины в реальном масштабе времени. [c.70] Вернуться к основной статье