3.3.1.6.1. Контроль дисков турбин,
компрессоров и других поковок авиационной
промышленности

Диски авиадвигателей относятся к чрезвычайно ответственным изделиям, поэтому их желательно контролировать на максимально высокой чувствительно­сти. Они изготовляются из сплавов на ос­нове железа, никеля и титана - жаропроч­ных материалов, часто обладающих круп­
нозернистой структурой и повышенным рассеянием УЗ, что ограничивает возмож­ность повышения чувствительности.

Производственной инструкцией ПИ 1.2 Министерства авиационной промышлен­ности, утвержденной в 1987 г., предусмат­ривается УЗ-контроль после прохождения изделием каждой из технологических опе­раций. Среди них: изготовление слитка; изготовление кованых "шайб" или штам­пованных заготовок на металлургическом предприятии. Далее проводят их входной контроль на моторостроительном пред­приятии до термообработки, а затем после термообработки и, наконец, контроль го­товых дисков.

Дефектоскоп для контроля дисков должен иметь частоты 1,25; 2,5 и 5 МГц, пределы зоны прозвучивания по глубине от 1 мм (с PC-преобразователем) до 1000 мм (по стали), глубиномер с погреш­ностью не более ± 2 %, регулировку чув­ствительности аттенюатором от 0 до 80 дБ с погрешностью ± 2 дБ, отсечку шумов, ВРЧ с пределами регулировки по усиле­нию 30 дБ и глубине до 500 мм. В ком­плект дефектоскопа должны входить пря­мые, PC- и наклонные преобразователи.

В инструкции очень подробно изло­жены требования к СОП. Их материал не должен отличаться от материала изделия
более чем на 10 % по КЗ и уровню струк­турных шумов. Способ измерения КЗ не указан, а оценка уровня структурных шу­мов рассмотрена подробно. Перед изго­товлением СОП материал контролируют на повышенной чувствительности. Атте­нюатором и ВРЧ устанавливают уровень структурных шумов на 1/4 высоты экрана. С учетом этого не допускаются дефекты, амплитуда эхосигнала от которых выше половины экрана.

Искусственными отражателями при контроле продольными и поперечными волнами служат плоскодонные отверстия на глубинах 2 ... 200 мм. Приняты меры, исключающие влияние боковых поверх­ностей СОП на амплитуду эхосигнала от отверстия. Оптимальная рабочая частота определяется по максимальному отноше­нию амплитуд сигнала от заданного кон­трольного отражателя, расположенного на максимальном расстоянии от преобразо­вателя, к уровню структурных шумов. Контроль выполняют всеми типами пре­образователей: прямыми контролируют толщины > 10 ... 15 мм, PC - толщины

1 ... 30 мм, наклонными осуществляют контроль на наклонные к поверхности дефекты.

Предусмотрен также контроль по­верхностными волнами, а тонких участков (тоньше 5 мм) штампованных дисков - нормальными волнами. В этих случаях настройка выполняется по искусственным отражателям, подобным зарубкам. Тол­щина СОП для контроля нормальными волнами не должна отличаться от толщи­ны ОК более чем на 0,1 мм.

Шаг сканирования не должен пре­вышать 3 мм для прямых и наклонных и

2 мм для PC-преобразователей. Его уточ­няют экспериментально по ослаблению на 20 % максимального эхосигнала от задан­ного контрольного отражателя, располо­женного на глубине 4,5 мм. Скорость ска­нирования 1 м/мин.

Чувствительность контроля опреде­ляется минимальными размерами искус­ственного отражателя, эхосигнал от кото­рого на 6 ... 8 дБ превышает уровень структурных шумов при максимальной толщине ОК. По терминологии ГОСТ 24507-80 эта чувствительность соответст­вует уровню фиксации. Ее определяют экспериментально или с помощью диа­граммы АРДЗШ. Последняя представляет собой обычную АРД диаграмму, на кото­рой дополнительно проводят кривую уровня структурных шумов (зоны шумов) для ОК в зависимости от расстояния от преобразователя.

В толстых изделиях с высоким уров­нем структурных шумов не удается вы­ровнять уровень шумов с помощью ВРЧ. Такие объекты контролируют послойно, последовательно выделяя строб-импуль­сом слои по толщине изделия и настраи­вая чувствительность для каждого слоя. Начинать рекомендуется с самого глубо­кого слоя.

Выполняют контроль прямым преоб­разователем, а в мертвой зоне - РС - преобразователем. Если толщина диска <30 мм, то контроль осуществляют толь­ко PC-преобразователем. Контроль прово­дят в две стадии. При отборочном контро­ле на повышенной чувствительности от­мечают зоны, где имеются эхосигналы.

Диски, в которых не обнаружено эхо- сигналов, на 20 % больших уровня фикса­ции, считают годными. При браковочном контроле оценивают обнаруженные де­фекты, для которых амплитуда превосхо­дит уровень фиксации. Бракуются диски, где имеются дефекты, амплитуда эхосиг­нала от которых больше, чем от оговорен­ных в технических условиях искусствен­ных отражателей.

Отборочный контроль проводят с двух торцовых поверхностей диска. В не­которых случаях контроль может также проводиться с образующей ободной части диска и со сторон центрального отверстия.

При таком контроле отмечают зоны, где донный сигнал ослабился на величину > 30 %. Эти зоны контролируют повторно с корректировкой чувствительности. Дис­ки, в которых имеются участки, где дон­ный сигнал ослабился на величину > 70 %, считают не прошедшими УЗ-контроль.

Согласно ОСТ 1.90197-89 брак заго­товок дисков и шайб (идущих на диски и валы) из титановых сплавов определяют по плоскодонным отражателям диаметром

1,5 мм. Однако заготовки дисков и шайбы бракуются также в том случае, если ам­плитуда эхосигнала от предполагаемого дефекта даже меньше амплитуды эхосиг­нала от плоскодонного отражателя диа­метром 1,5 мм, но превышает уровень структурных помех контролируемого ме­талла на > 8 дБ. Таким образом, при дос­таточно низком уровне структурных шу­мов металла браковочным признаком УЗ - контроля заготовок дисков и шайб может быть плоскодонный отражатель диамет­ром < 0,8 мм.

В заготовках из титановых сплавов трудно обнаруживаемый дефект - обога­щенные азотом включения - нитриды. Это твердые вещества, которые не расплющи­ваются при обработке давлением. Около них могут возникать трещины, поэтому они существенно ослабляют прочность диска. Для их обнаружения разработаны Методические рекомендации № 40-5/86 Д.

Предусмотрен контроль изделий прямым, PC и наклонным преобразовате­лями по той же схеме, что и в инструкции ПИ 1.2. Контроль наклонным преобразо­вателем изделий толщиной > 20 мм вы­полняют прямым лучом, 4 ... 20 мм - прямым и однократно отраженным луча­ми, < 4 мм - трижды отраженным лучом. Преобразователь разворачивают так, что­бы проверить металл во всех направлени­ях.

Чувствительность при контроле пря­мым преобразователем настраивают на браковочный уровень по плоскодонному отверстию диаметром 0,8 мм (.S) = 0,5 мм2).

Поисковый уровень соответствует вдвое меньшей амплитуде эхосигнала. При кон­троле наклонным преобразователем чув­ствительность настраивают по отверстию диаметром 0,5 мм, глубиной 1 мм с кони­ческим дном. Амплитуду эхосигнала от засверловки измеряют при разных направ­лениях озвучивания и вычисляют среднее значение.

Для поковок из алюминиевых спла­вов первой категории изделий массой до 500 кг уровень фиксации и браковочный уровень соответствуют диаметрам плос­кодонных отверстий D0 = 1,6 мм (S0 = = 2 мм2), А = 2,0 мм (S = 3,2 мм2), для изделий второй категории - соответствен­но 2,5 (5 мм2) и 3,2 мм (8 мм2).

Для штамповок из алюминиевых сплавов первой категории массой до 200 кг уровень фиксации и браковочный уровень соответствуют диаметрам плоско­донных отверстий D0 = 1,6 мм, Г), = 2,5 мм, для изделий второй категории - соответ­ственно 2,5 и 3,2 мм. Это значения того же порядка, что приведенные выше для энер­гетического оборудования.

Расстояние между дефектами должно быть > 25 мм, реальная протяженность дефектов для изделий первой категории не должна превышать 20 мм, а для изделий второй категории - 30 мм. Для наиболее нагруженных участков установлены диа­метры плоскодонных отверстий D0 = 1,2 мм и D = 1,6 мм. Дефекты заготовок, выхо­дящие за габаритные размеры готовой детали, не учитываются.

Д. С. Шрайбером (Всесоюзный ин­ститут авиационных материалов, Москва) предложено для контроля авиационных дисков со сложной формой поверхности в процессе производства на иммерсионной установке осуществлять автоматическое слежение за рельефом поверхности с по­мощью вспомогательного разнесенного PC-преобразователя. Ориентация перпен­дикулярно к поверхности ввода соответст­вует достижению максимума сигнала это­го преобразователя, отраженного от по-

верхности ввода. Впоследствии идея ав­томатической ориентации УЗ перпендику­лярно к поверхности ввода по максимуму сигнала использовалась во многих разра­ботках.

Диски также контролируют в процес­се эксплуатации авиадвигателей, в частно­сти диски первой ступени компрессора низкого давления [76]. С этой целью ком­прессор частично демонтируют, чтобы получить доступ к центральному отвер­стию в ступице диска. С поверхности это­го отверстия выполняют контроль эхоме - тодом с помощью прямого контактного преобразователя на частоте 2,5 МГц. Про­тектор преобразователя имеет цилиндри­ческую форму, чтобы он контактировал с вогнутой цилиндрической поверхностью центрального отверстия.

Преобразователь перемещают цен­трирующим механическим приспособле­нием. Контроль выполняют в два этапа. Сначала контролируют зону 1 вблизи сту­пицы диска, а затем зону 2 - участок по­лотна диска, галтельного перехода и меж­пазовых выступов (рис. 3.34). При перехо­
де от одной зоны к другой изменяют часть линии развертки, выделяемую строб- импульсом.

Чувствительность настраивают по эхосигналам от крепежных отверстий дис­ка, фиксируя эхосигналы амплитудой, в 4 раза меньшей, как признаки наличия дефекта. При этом в зоне ступицы выявля­ется плоскодонное отверстие диаметром 4 мм.

Поковки авиационных двигателей отличаются сложной формой, даже когда деталь имеет вид заготовки, предназна­ченной для дальнейшей механической обработки (рис. 3.35). Фирма Kraut-kramer [422, с. 82] разработала иммерсионную установку для контроля таких заготовок. Преобразователь может перемещаться в трех направлениях и изменять угол ввода. Контроль предусматривает выполнение нескольких последовательных операций (32 операции и даже больше), связанных с перемещением преобразователя над раз­личными участками заготовки при раз­личных углах ввода. Заштрихованные об­ласти при этом контролируются повторно
(до 20 %). Все этапы контроля могут быть воспроизведены.

Для сопоставления с отечественными методиками контроля приведем данные по УЗ-контролю авиационных материалов из американского стандарта Aerospace mate­rial specification (ASM 2630A).

Контроль плоских, прямоугольных, круглых, цилиндрических заготовок тол­щиной > 12,5 мм выполняется эхомето- дом, продольными и поперечными волна­ми в контактном или иммерсионном вари­анте. Выявляют трещины, структурные нарушения и другие несплошности, как выходящие, так и не выходящие на по­верхность ОК. Из сказанного следует, что данный документ относится не только к дискам, но и к другим изделиям, приме­няемым в авиационной промышленности.

Аппаратура должна обеспечивать линейность изображения на экране по вертикальной и горизонтальной осям с погрешностью < 3 %. Рекомендуется: применять частоты > 2,25 МГц для про­дольных волн и 1 МГц для поперечных; размер пьезоэлемента иммерсионного преобразователя 9,5 ... 19 мм; для кон­тактного прямого преобразователя пьезо­элемент площадью до 650 мм2, размером

12,5 ... 28 мм; для контактного наклонно­го преобразователя пьезоэлемент площа­дью 25 х 25 ... 25 х 12,5 мм2.

Акустическое поле прямого преобра­зователя проверяется в иммерсионной ванне. По отражению от стального шарика диаметром 3 мм определяют положение границы ближней зоны N, по отражению от плоскости, перпендикулярной к оси преобразователя, - расстояния от N, соот­ветствующие ослаблению эхосигнала на 3 или 6 дБ при смещении плоскости ближе и дальше от преобразователя. Отражение от стального шарика помогает узнать ши­рину поля в плоскости на расстоянии N. Отношение ширины поля в двух перпен­дикулярных направлениях должно быть <0,75: І. Для наклонного преобразовате-

Рис. 3.35. Заготовка диска сложной формы (показано сечение выше оси). Наружный контур - заготовка до механообработки

ля проверяют положение точки выхода и угла ввода на образцах V-l, V-2 или по­добных им.

При контроле иммерсионным вари­антом иммерсионная жидкость не должна взаимодействовать с материалом ОК, а также содержать пузырьки воздуха. При контроле контактным вариантом для аку­стического контакта применяют машин­ные масла все более густой консистенции при повышении величины неровностей поверхности ввода от 0,1 до 0,5 мкм.

Во время контроля обязательно ис­пользование СОП. Кривизна и шерохова­тость поверхности СОП должны быть как можно ближе к ОК. При контроле прямым преобразователем в качестве искусствен­ных дефектов используют плоскодонные отверстия. Желательно, чтобы неровность поверхности была < 3,7 мкм. Плоскодон­ные отверстия нужно загерметизировать, чтобы в них не проникала жидкость.

В случае контроля наклонным преоб­разователем возможно применение не­скольких типов СОП с искусственными дефектами. Когда контролируется объект с плоской поверхностью ввода, применя­ют плоскодонные отверстия под углом 45°. При контроле полых цилиндров плос­кодонные отверстия сверлят в централь­ной части стенки перпендикулярно к ра­диусу.

При контроле как плоских, так и ци­линдрических изделий могут использо­ваться боковые отверстия, приблизитель­но эквивалентные плоскодонным отвер­стиям. Могут быть использованы различ­ные типы пазов: V-образные с углом 60° при вершине, прямоугольные, U-образные (форма дна) и щели. Размеры пазов вооб­ще зависят от толщины ОК (типичны та­кие рекомендации: паз длиной 25 мм, глу­биной 5 % толщины ОК или площадь паза должна быть равна площади плоскодонно­го отверстия). При контроле по искрив­ленной поверхности требования на СОП согласовываются между заказчиком и из­готовителем. Вообще объект с поверхно­стью с радиусом кривизны > 125 мм мо­жет контролироваться с помощью СОП с плоской поверхностью ввода или по СОП с кривизной поверхности ввода, отли­чающейся от ОК не более + 10 %.

Большое внимание обращено на им­мерсионный способ контроля. При кон­троле прямым преобразователем перпен­дикулярность УЗ-пучка к поверхности ввода определяется по максимуму началь­ного сигнала, т. е. сигнала, отраженного от поверхности ввода. Когда это невозможно (например, для преобразователя с острой фокусировкой), можно использовать мно­гократные отражения.

Если возможно, путь в иммерсион­ной жидкости должен быть таким, чтобы контроль осуществлялся в дальней зоне. Целесообразно использовать фокусирую­щие преобразователи (в ближней зоне). Изменение пути в иммерсионной жидко­сти в процессе контроля должно быть < 6,4 мм от принятого при настройке.

По согласованию между заказчиком и изготовителем выполняется специаль­ный контроль поверхностными волнами (обращено внимание на подготовку по­верхности, в частности удаление контакт­ной жидкости), контроль волнами Лэмба и контроль РС-преобразователями.

Кривая ВРЧ строится по искусствен­ным дефектам в СОП не менее чем по трем точкам. Высота эхосигнала должна быть в пределах 20 ... 80 % экрана. Реко­мендуется использовать несколько кривых ВРЧ для различных уровней чувствитель­ности. Автоматическая сигнализация должна срабатывать при достижении эхо - сигналом уровня 50 % кривой ВРЧ. При ручном контроле поисковый уровень дол­жен быть на 6 дБ выше установленного.

Необходимо выполнять 100 %-ное ска­нирование. Для выбора шага сканирова­ния определяется эффективный диаметр УЗ-пучка на уровне 6 дБ от максимума эхосигнала от настроечного искусственно­го дефекта при заданных усилении и пути в жидкости. Шаг сканирования должен быть не больше этого диаметра. Скорость сканирования при автоматическом кон­троле обычно < 500 мм/с, при ручном <150 мм/с.

При контроле продольными волнами установлено пять классов качества, опре­деляемых по диаметрам плоскодонных отверстий, мм (табл. 3.6). Для наклонного прозвучивания также установлено пять классов качества, тоже определяемых по диаметрам плоскодонных отверстий, мм (табл. 3.7).

Несплошность с амплитудой эхосиг­нала, большей, чем установлено для дан­ного класса, переводит изделие в другой класс. Множественные несплошносги - это две или более несплошности с ампли­тудой эхосигнала, большей, чем установ­лено для данного класса в кубе объемом

16,4 см3.

При контроле прямым преобразова­телем уменьшение донного сигнала на > 50 %, возникающее под действием кон­тролируемого металла, недопустимо. Для наклонного прозвучивания могут устанав­ливаться классы качества по отражениям

3.6. Диаметры плоскодонных отверстий в мм для поковок в авиакосмической промышленности США, контролируемых прямым преобразователем

Класс качества	Единичная несплошность	Множествен­ные несплош­ности	Линейные несплошности	Максимальное уменьшение дон­ного сигнала
АА	1,2	0,4	0,4 на длине 3 мм
А1	0,8	0,8 на длине 25 мм	50%
А	2,0	1,2	1,2 на длине 25 мм
В	3,2	2,0	2,0 на длине 25 мм
С	По соглашению заказчика и производителя

Примечание. Вместо плоскодонного отверстия диаметром 0,4 мм можно использовать 11 % амплитуды эхосигнала от плоскодонного отверстия диаметром 1,2 мм. Если плоскодон­ное отверстие имеет диаметр 0,8 мм, можно использовать 44 % амплитуды эхосигнала от плоскодонного отверстия диаметром 1,2 мм.

3.7. Диаметры плоскодонных отверстий в мм для поковок в авиакосмической промышленности США, контролируемых наклонным преобразователем

Класс	Единичная	Множественные	Линейные несплошности
качества	несплошность	несплошности
АА	0,8	50% от 0,8	50 % от 0,8 на длине 3 мм
А1	1,2	0,8	0,8 на длине 6,5 мм
А	2,0	1,2	1,2 на длине 12,5 мм
В	3,2	2,0	2,0 на длине 25 мм
С	По соглашению заказчика и производителя

от зарубок или боковых отверстий по со­глашению заказчика и производителя.

Изделие с индикациями, не превы­шающими принятые пределы, считается годным без дополнительных проверок. Изделие с индикациями, большими уста­новленных пределов, в котором несплош - ности будут удалены при машинной обра­ботке, может быть принято при условии контроля квалифицированным персона­лом. Изделие с индикациями, превышаю­щими установленные пределы, в котором несплошности не будут удалены при ма­шинной обработке, не принимается.

Близкие требования по допустимым дефектам предъявляются к алюминиевым полуфабрикатам, обработанным давлени­ем [308]. Преимущественно используют иммерсионный метод контроля.