Применение трехслойных панелей из полимерных композиционных материалов в конструкции планера ЯК-242 и разработка технологии импедансного неразрушающего контроля их эксплуатационных повреждений

5. Заряд встроенного аккумулятора.

Для заряда встроенного аккумулятора необходимо подключить сетевой адаптер из комплекта ДАМИ-С к электросети, при этом процесс заряда индицируется “миганием” уровня заряда.

Для полного заряда аккумулятора требуется не более 5 часов, завершение заряда индицируется прекращением “мигания” уровня. Заряд прибора возможен во всех режимах работы (без потери функциональности), в том числе и в выключенном состоянии.

6. Выключение ДАМИ-С.

Для выключения необходимо нажать и удерживать кнопку в течение 1-ой секунды.

4.2 Проведение контроля акустическим импедансным методом

Среди методов неразрушающего контроля (НК) деталей из полимерных композиционных материалов акустические методы по объему применения занимают первое место. Эти методы основаны на взаимодействии упругих колебаний и волн широкого диапазона частот с контролируемой деталью или конструкцией .

Принцип работы - определение отличия полного механического сопротивления - импеданса дефектного участка по сравнению с доброкачественным, для чего контролируемая поверхность сканируется с помощью двух пьезоэлементов, один из которых возбуждает колебания в материале, другой воспринимает колебания.

В приборе ДАМИ-С реализован импедансный амплитудно-фазовый метод звукового контроля в частотном диапазоне 1…40kHz с применением сухого точечного контакта при одностороннем доступе (рис. 18).

Рисунок 18 - Процесс контроля с помощью дефектоскопа ДАМИ-С

ДАМИ-С обеспечивает обнаружение зоны нарушения соединений между обшивками и внутренними элементами для следующих конструкций:

- сотовых конструкций с неметаллическими обшивками и сотами из полиамидной бумаги или других материалов;

- сотовых конструкций с металлическими обшивками (в том числе перфорированными) и сотами из алюминиевых или других сплавов;

- конструкций с различными заполнителями, в том числе типа ТЗП;

- объектов с грубой сотовой структурой, когда трудно выявить разницу между дефектными и бездефектными участками объекта.

Таблица 10 - Виды дефектов, выявляемых акустическим импедансным методом

Контроль отслоений в сотовых агрегатах самолета

Механизм воздействия влаги на прочностные свойства ПКМ можно проследить по результатам последовательных проверок сотового клина элерона самолета. На рисунках показаны последовательно результаты ранее выполненных проверок акустическим импедансным методом - на наличие воды и отслоения (рис.19,20).

Рисунок 19 - Элерон правый. Контроль отслоений и воды в сотовых конструкциях

Рисунок 20 - Боковая поверхность элерона с трещиной в месте отслоения

Как видно, на элероне вначале появилась зона с водой, которая в конечном итоге привела к появлению отслоения площадью ~ 1800 кв. см.

Наличие отслоений в сотовых конструкциях связано, прежде всего, с попаданием воды внутрь сотового агрегата. Попавшая внутрь сотовых агрегатов вода снижает прочность клеевых соединений, вызывает разрушение клеевого слоя и сотового заполнителя, приводит к увеличению массы и изменению центровки агрегатов, отслоению обшивок от сот, а при замерзании воды - к отрыву обшивки от сотового заполнителя, или разрушению агрегата в полете.

Конструктивные особенности сотового клина руля направления (РН) самолета и плохое качество склейки так же может привести к отслоению (рис.21).

Рисунок 21 - Руль направления. Сотовый клин.

Руководством по технической эксплуатации самолета предусмотрен периодический акустический импедансный контроль сотовых конструкций самолета на наличие отслоений обшивки от сот. Контроль осуществляется дефектоскопом ДАМИ-С с использованием "безэталонной" настройки.

Необходимость введения "безэталонной" настройки обусловлена применением на самолете предусмотренной конструкцией переменной толщины обшивки на большинстве сотовых агрегатов. Поскольку принцип действия импедансного дефектоскопа основан на регистрации изменения механического импеданса обшивки в месте наличия дефекта - отслоения, расслоения или непроклея, то изменение толщины обшивки также приводит к такому же изменению механического импеданса, что и дефект. Поэтому при контроле таких обшивок оператор вынужден перестраивать режим работы дефектоскопа при контроле участков с различной толщиной обшивки. Применение при этом специальных контрольных образцов сотовых конструкций для настройки дефектоскопа практически исключено, поскольку их общее количество может достигать несколько сот штук. Метод "безэталонной" настройки позволяет отказаться от контрольных образцов.

Сущность метода "безэталонной" настройки заключается в следующем. Оператор выбирает на поверхности агрегата участок, не имеющий явно выраженных дефектов (вспучивания, вмятины, забоины и др.) и размечает на нем 3 точки на расстоянии 100-150мм друг от друга, не лежащие на одной прямой (рис.22).

Рисунок 22 - Схема «безэталлонной настройки» дефектоскопа ДАМИ-С

Затем оператор последовательно устанавливает преобразователь дефектоскопа в выбранные точки и следит за показаниями его стрелочного индикатора (СИД). Если показания СИД прибора хотя бы в одной из точек настройки отличаются более, чем на 20µкА, выбирается другая зона настройки.

При отсутствии необходимой информации о расположении и размерах зон переменной толщины обшивки контролируемого объекта можно произвести разбивку контролируемой поверхности на отдельные зоны по максимальным и минимальным толщинам, материалу, размерам ячейки сотового заполнителя и т.д., следующим образом:

- производится настройка дефектоскопа с преобразователем РСП в центре контролируемой поверхности;

- перемещая преобразователь из центра зоны настройки к краям контролируемой поверхности, следят за показаниями СИД. Если в каком-то из направлений показания СИД изменяются более, чем на 20µкА (в большую или меньшую сторону), отмечают точку изменения показаний и производят сканирование по всей ширине контролируемой зоны в направлении,

параллельном данному с шагом ? 20мм;

- отмечают точки изменения показаний СИД;

- если линия изменения показаний СИД имеет четкие геометрические очертания (прямая линия, плавный изгиб), можно утверждать, что за ней находится зона, основные характеристики которой (толщина обшивки, размер ячейки сотоблока, высота пакета и т.д.) или одна из них, отличаются от исходной.

Для выявления дефектов типа «расслоение» с относительно малой глубиной залегания (0.15ч1.0 мм) в трехслойных сотовых конструкциях и обшивках толщиной более 2.5 мм из ПКМ при работе с преобразователем РСП необходимо установить нижний порог срабатывания автоматического сигнализатора дефектов (АСД) в диапазоне 0ч50µкА.

Ввиду высокой неоднородности клеёных конструкций из ПКМ, наличия складок, натеков связующего и ЛКП или повышенной шероховатости поверхности разброс показаний СИД при настройке и проведении контроля может достигать до 30µкА.

В качестве примера приведены результаты контроля сотовой конструкции самолета (рис.23,24).

Рисунок 23 - Процесс сканирования

Рисунок 24 - Изображение дефектов (отслоений) на экране дефектоскопа ДАМИ- С

4.3 Технологическая карта контроля деталей с помощью дефектоскопа ДАМИ-С

5. Преимущества и недостатки применяемых дефектоскопов

5.1 Преимущества

Акустический контроль не разрушает и не повреждает исследуемый образец, что является его главным преимуществом. Методы неразрушающего акустического контроля широко применяют благодаря ряду их преимуществ: волны легко вводятся в объект контроля, хорошо распространяются как в металлах, так и неметаллах; эффективны при выявлении дефектов с малым раскрытием; чувствительны к изменению структуры и физико-механических свойств материалов.

Кроме того, можно выделить высокую скорость исследования при низкой стоимости и опасности для человека (по сравнению с рентгеновской дефектоскопией) и высокую мобильность дефектоскопа.

Достоинство пьезоэлектрических преобразователей в том, что источник ультразвука может служить и его приемником, при этом в действие вступает прямой пьезоэлектрический эффект, когда на гранях пьезокристалл при его деформации воспринимаемым ультразвуком образует разноименные электрические потенциалы, которые могут быть зарегистрированы. Длина волны генерируемого ультразвука зависит от толщины пластинки кристалла, соответствующей в грубом приближении половине длины генерируемой волны. Для получения ультразвуковых колебаний чаще всего используют кристалл титаната циркония. Коэффициент полезного действия пьезоэлемента очень высок и достигает 60--90%.

По сравнению с другими методами акустический контроль имеет следующие преимущества:

- высокую чувствительность и производительность;

- возможность контроля при одностороннем доступе.

Поиск дефектов с помощью неразрушающих методов контроля, который обеспечивает заданный уровень надежности, позволяет добиваться увеличения долговечности с высокой эффективностью и производительностью.

5.2 Недостатки

Как правило, акустическая дефектоскопия не может дать ответ на вопрос о реальных размерах дефекта, лишь о его отражательной способности в направлении приемника. Эти величины коррелируют, но не для всех типов дефектов. Некоторые дефекты практически невозможно выявить акустическим методом в силу их характера, формы или расположения в объекте контроля.

Методы дефектоскопии не являются абсолютными, т.к. на результаты контроля влияет множество случайных факторов. Об отсутствии дефектов в изделии можно говорить только с той или иной степенью вероятности.

Заключение

Предложенный в работе подход, эффективен для дефектоскопии изделий непосредственно в ходе технологической цепи их производства, где требуется оперативная локализация наличия дефектных участков (непроклеев, расслоений, вызванных механическими воздействиями на панель). Определение основных характеристик дефектов (размера и глубины залегания) может быть произведено акустическим методом локации. Необходимость решения указанных задач подобной постановки возникает как на этапе отработки технологии изготовления изделий, так и проведении стендовых испытаний конструкций. Близкие по характеру задачи связаны с обнаружением образовавшихся дефектов и увлажнений композиционных и сотовых конструкций в процессе эксплуатации авиационной техники.

Предварительная проработка методических аспектов контроля, с учетом технологических особенностей изготовления изделий, является необходимым атрибутом успешного использования применяемых средств дефектоскопии.

Актуальной является задача разработки систем встроенного дефектоскопического контроля труднодоступных и высоконагруженных элементов конструкции самолетов в полете.

Из изложенного следует, что методы неразрушающего дефектоскопического контроля деталей и узлов авиационной техники являются существенным фактором поддержания надежности воздушных судов и обеспечения безопасности полетов. Однако для повышения эффективности контроля требуется выполнение очевидных необходимых условий: продолжения исследований в этой сфере, разработки новых средств контроля.

Новые задачи в области контроля обусловлены также внедрением современных технологических операций изготовления и ремонта деталей и узлов, влияющих на эффективность контроля. Вследствие этого, требуется проводить исследования с целью оценки этого влияния, разработки рекомендаций по замене методов контроля, внедрению дублирующих методов или изменению точек контроля в технологических маршрутах изготовления и ремонта деталей, модернизации известных средств и замена устаревшей аппаратуры.

Список литературы

1 Стандарт корпорации. «Технологические требования к конструкции при проектировании семейства самолетов Як-242(МС-21). Конструкции из ПКМ». Введен 15 марта 2013г. (введен впервые).

2 Стандарт инженерного центра. «Полимерные композиционные материалы, применяемые в конструкции семейства самолетов Як-242(МС-21). Ограничитель. Дата введения в действие 19 августа 2010г. (введен впервые).

3 Производственная инструкция. «Изготовление трехслойных первичных конструкций самолета Як-242(МС-21). из препрегов на основе связующего М21». Введена в действие 11 ноября 2011г. (введена впервые).

4 Производственная инструкция. «Неразрушающий контроль конструкций из ПКМ. Изделие Як-242(МС-21). Дата введения в действие 23 ноября 2012г. (введена впервые).

5 Алешин Н.П., Белый В.Е., Вопилкин А.Х. и др. Методы акустического контроля металлов. - М.: Машиностроение, 1989. - 465с.

6 Ермолов И.Н., Алешин Н.П., Потапов А. И. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: Практическое пособие. - М.: Высшая школа, 1991 -- 283с.

Размещено на Allbest.ru