Оценка вероятности обнаружения дефектов при автоматизированном иммерсионном ультразвуковом контроле полуфабрикатов из титановых сплавов с использованием математического моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Ложкова Дарья Сергеевна

• Ложкова Дарья Сергеевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Ложкова Дарья Сергеевна

СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Неразрушающий контроль в производстве полуфабрикатов из титановых сплавов для авиационных двигателей

1.1. Применение жаропрочных титановых сплавов в деталях авиационной техники

1.2. Дефекты полуфабрикатов титановых сплавов, их влияние на прочностные свойства изделий

1.3. Неразрушающие методы обнаружения дефектов

1.4. Ультразвуковой контроль полуфабрикатов дисков ГТД

1.5. Вероятностная оценка достоверности результатов НК

1.6. Дефектность материала и использование POD(а) для ее оценки

1.7. Существующие методы оценки достоверности проводимого ультразвукового контроля полуфабрикатов из титановых сплавов

1.7.1. Состояние вопроса за рубежом

1.7.2. Состояние вопроса в России

1.8. Выводы по главе I

ГЛАВА II. Моделирование процессов, происходящих при ультразвуковом контроле

2.1 Этапы создания математической модели процесса излучения-приема ультразвуковых колебаний при иммерсионном автоматизированном контроле

2.2 Основные уравнения. Учет электрического тракта

2.2.1 Выбор шага конечных элементов

2.2.2 Выбор шага частоты

2.2.3 Определение величины геометрического фокусного расстояния ПЭП

2.2.4 Структура поля в иммерсионной жидкости, иммерсионная жидкость/титановый сплав

2.2.5 Поле на поверхности при вводе продольных и сдвиговых ультразвуковых колебаний

2.2.6 Сечение поля излучения/приема в титановом сплаве при распространении продольных и сдвиговых ультразвуковых колебаний

2.2.7 Шаг сетки на КО

2.3 Верификация созданной математической модели

2.3.1 Образцы с искусственными дефектами

2.3.2 Ввод продольных уз-колебаний через плоскую поверхность

2.3.3 Ввод продольных уз-колебаний через криволинейную поверхность

2.3.4 Ввод сдвиговых уз-колебаний через плоскую поверхность

2.4 Выводы по главе II

ГЛАВА III. Оценка вероятности обнаружения дефектов при ультразвуковом автоматизированном контроле полуфабрикатов титановых сплавов

3.1 Моделирование линий течения зерна для установления геометрии и ориентации возможных дефектов

3.1.1 Методика проведения эксперимента

3.1.2 Методика измерения трансформировавшихся сфер

3.1.3 Определение поправочного коэффициента

3.2 Моделируемые преобразователи

3.3 Моделирование эхосигналов от отражателей произвольной ориентации

3.3.1 Моделирование эхосигналов от отражателей для одноэлементного преобразователя с центральной частотой 5 МГц

3.3.2 Моделирование эхосигналов от отражателей для одноэлементного преобразователя с центральной частотой 10 МГц

3.3.3 Моделирование эхосигналов от отражателей для двухэлементного ПЭП

3.3.4 Сравнение результатов моделирования двух типов ПЭП от одного массива данных

3.4 Алгоритм обработки результатов контроля для построения графиков зависимостей POD(a)

3.5 Математическая обработка результатов вычислительного эксперимента

3.6 Построение зависимостей вероятности обнаружения дефектов от их размеров

3.7 Способ приведения зональной PODn(a) к средневзвешенной POD(a)

3.8 Выводы по главе III

ГЛАВА IV. Способы повышения эффективности автоматизированного

иммерсионного ультразвукового контроля

4.1 Подходы к повышению эффективности ультразвукового контроля

4.2 Выявляемость дефектов в различных видах полуфабрикатов

4.3 Варьирование угла ввода продольных ультразвуковых колебаний в объект исследования

4.4 Способы альтернативного использования математической модели

4.4.1 Необходимость введения поправочных коэффициентов

4.4.2 Определение поправочных коэффициентов при контроле со стороны криволинейных поверхностей при настройке на контрольных образцах с плоской поверхностью ввода

4.4.2.1 Перспектива использования математической модели для определения поправочных коэффициентов при контроле с углами ввода, отличающимися от углов ввода в контрольных образцах

4.5 Выводы по главе IV

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

СОКРАЩЕНИЯ

ПЭП - пьезоэлектрический преобразователь; ОПФ - обратное преобразование Фурье;

РЦ АП - рекомендательный циркуляр. Авиационные правила;

ГТД - газотурбинный двигатель;

ГНВ - газонасыщенное включение;

ВДП - вакуумно-дуговой переплав;

УЗК - ультразвуковой контроль;

ОК - объект контроля;

POD(a) - probability of detection, вероятность обнаружения дефектов;

WP - water path, расстояние от торца преобразователя до поверхности ввода;

НК - неразрушающий контроль;

PTF - point target focus, положение акустического фокуса; ПЧХ - пространственная частотная характеристика; ПИХ - пространственной импульсная характеристика; КСО - комплект стандартных образцов;

EFBH - equal flat-bottom hole, эквивалентный размер контрольного отражателя; КНД - компрессор низкого давления; КВД - компрессор высокого давления; ЧСИ - частота следования импульса.

ВВЕДЕНИЕ

Раздел современных авиационных правил «Рекомендательный циркуляр. Авиационные правила» (РЦ АП) 33.70-1[1], устанавливающий требования к расчёту ресурса основных деталей авиационных двигателей, допускает кроме традиционного метода расчёта, базированного на коэффициентах запаса, также применение метода, основанного на концепции допустимых повреждений. Этот метод в некоторых случаях позволяет обоснованно увеличить назначенный срок эксплуатации двигателя и длительность межремонтных интервалов. Для его полноценного применения необходимо знание дефектности материала детали - ожидаемого количества дефектов, в том числе металлургического происхождения, в единице массы материала, как функции размеров этих дефектов. На основе проанализированной зарубежной информации, а также научно-исследовательских работ, проводимых в ФГУП «ВИАМ» установлено, что приоритетный подход, который необходимо использовать для количественной оценки дефектности должен быть основан на математической обработке следующих данных:

1. Вероятность обнаружения дефекта POD(a) используемым методом неразрушающего контроля;

2. Количество материала, прошедшего неразрушающий контроль;

3. Количество обнаруженных в процессе контроля дефектов;

4. Размер обнаруженных дефектов, установленный по результатам их металлографического исследования.

Информация, указанная в пунктах 2-4, носит статистический характер и требует наличие нормативного документа, регламентирующего порядок сбора данных. В отличие от сбора статистических данных оценка POD(a) требует проведения исследований. В настоящий момент в авиационной отрасли сформировалась методология оценки вероятности обнаружения дефектов при автоматизированном ультразвуковом контроле полуфабрикатов основных деталей двигателя из деформируемых жаропрочных никелевых сплавов и конструкционных сталей, согласно которой предварительно изготавливается значительное количество образцов

с искусственными дефектами известной формы и ориентации, которые впоследствии исследуются на предприятиях отрасли. Полученная в рамках натурного эксперимента информация математически обрабатывается для определения основных параметров выявляемости дефектов по ОСТ 1 01207-2012 [2].

В рамках проведения научно-исследовательских работ, было установлено, что использование такого консервативного подхода к полуфабрикатам из титанового сплава некорректно. Это связано с тем, что наиболее опасным и трудно выявляемым дефектом в них является газонасыщенное включение (ГНВ), обладающее высокой степенью охрупчивания. Известно как минимум два случая крушения авиационной техники, приведших к человеческим жертвам, причиной которых стало их наличие в дисках газотурбинных двигателей (ГТД). ГНВ является хрупким и имеет твёрдость, в несколько раз превышающую твёрдость основного материала, поэтому под воздействием эксплуатационных нагрузок в условиях циклического нагружения оно становится очагом роста усталостной трещины. Воссоздать в образцах с искусственными дефектами морфологические особенности натурных ГНВ практически невозможно, поэтому необходимо разработать альтернативный подход, использование которого приближенно помогло бы оценить выявляемость данного типа дефекта.

Вышеизложенное определило актуальность работы, направленной на исследование и реализацию перспективного подхода, основанного на математическом моделировании процессов взаимодействия ультразвуковых колебаний с дефектами различной формы и ориентации. При этом необходимо обеспечить проведение численной оценки вероятностной выявления дефектов при автоматизированном ультразвуковом контроле полуфабрикатов из титановых сплавов. С одной стороны важно учесть морфологические особенности ГНВ, их ориентацию в объекте исследований относительно поверхностей ввода ультразвуковых колебаний, а с другой - особенности электрического тракта используемого при контроле оборудования.

Целью работы является разработка альтернативного подхода, обеспечивающего возможность проведения оценки вероятности обнаружения

дефектов при автоматизированном ультразвуковом контроле полуфабрикатов из титановых сплавов, учитывающего с одной стороны морфологические особенности газонасыщенных включений, их ориентацию в объекте исследований относительно поверхностей ввода ультразвуковых колебаний, а с другой - особенности электрического тракта используемого при контроле оборудования. Опробование разработанного подхода для полуфабрикатов основных деталей двигателя, изготовленных из титановых сплавов, а также определение основных направлений, обеспечивающих повышение эффективности применяемых технологий автоматизированного ультразвукового иммерсионного контроля полуфабрикатов основных деталей ГТД в авиационной отрасли при серийном НК.

Область исследований: обеспечение оценки вероятности обнаружения дефектов при автоматизированном иммерсионном ультразвуковом контроле полуфабрикатов основных деталей газотурбинного двигателя из титановых сплавов.

Объект исследований: полуфабрикаты основных деталей газотурбинного двигателя из титановых сплавов.

Основные задачи работы в соответствии с поставленной целью состояли в следующем:

1. Анализ существующих методов численной оценки вероятности обнаружения дефектов в полуфабрикатах основных деталей газотурбинного двигателя из титановых сплавов.

2. Разработка математической модели физических процессов, происходящих при ультразвуковом контроле заготовок основных деталей ГТД из титанового сплава. Исследование взаимодействия волн с объемными дефектами различной ориентации при вводе продольных ультразвуковых колебаний с цилиндрических и плоских поверхностей, а также при вводе сдвиговых - с плоских поверхностей.

3. Проведение альтернативной численной оценки вероятности обнаружения дефектов с использованием разработанной математической модели при автоматизированном ультразвуковом контроле полуфабрикатов основных деталей газотурбинного двигателя из титановых сплавов с учетом:

- морфологических особенностей ГНВ, их ориентации в объекте исследований относительно поверхностей ввода ультразвуковых колебаний;

- электрического тракта используемого при контроле оборудования;

- применяемых многопараметровых критериев браковки.

4. Разработка технологических приемов повышающих эффективность автоматизированного иммерсионного ультразвукового контроля полуфабрикатов основных деталей ГТД из титановых сплавов.

5. Разработка подходов альтернативного использования разработанной математической модели, имитирующей процессы, происходящие при автоматизированном ультразвуковом контроле.

Научная новизна

1. Предложен алгоритм, реализующий численный расчет в частотной области амплитуд эхосигналов от объемных дефектов для случая нормального и наклонного падения фокусированных ультразвуковых пучков из воды на плоскую и цилиндрическую поверхность объекта контроля с учетом его акустических свойств и электрического тракта используемого дефектоскопического оборудования.

2. Разработан подход к оценке вероятности обнаружения дефектов при автоматизированном ультразвуковом контроле полуфабрикатов основных деталей ГТД из титановых сплавов, основанный на математическом моделировании эхосигналов от дефектов различной формы и ориентации, с последующим учётом морфологических особенностей газонасыщенных включений и многопараметровых критериев браковки.

Практическая значимость и внедрение результатов работы

1) Разработанный подход был применен в рамках выполнения работ по аттестации систем и технологий неразрушающего контроля основных деталей двигателя ПД-14, проводимой в рамках мероприятий по подтверждению соответствия двигателя ПД-14 требованиям Сертификационного базиса.

2) Способы альтернативного использования математической модели были применены при выполнении работ в рамках мероприятий, направленных на

повышение чувствительности УЗК заготовок основных и особо ответственных деталей двигателя ПД-14 из сплавов ЭП517-Ш, ЭП718-ИД, ЭИ698-ВД, ВЖ175-ИД в условиях металлургического завода АО «МЗ «Электросталь».

3) Разработанная технология контроля ТР 1.2.2304-2013 «Автоматизированный иммерсионный ультразвуковой контроль заготовок титановых дисков», контроль по которой охарактеризован графиками зависимости обнаружения дефектов от их размеров, внедрена на ФГУП «ВИАМ» при выпуске внутренней продукции.

Результаты исследований были использованы при выполнении:

1. Разработанный подход по оценке достоверности, основанный на математическом моделировании процессов, происходящих при автоматизированном ультразвуковом контроле, был применен в рамках выполнения работ по аттестации систем и технологий неразрушающего контроля основных деталей двигателя ПД-14, проводимой в рамках мероприятий по подтверждению соответствия двигателя ПД-14 требованиям Сертификационного базиса. Договор с АО «Авиадвигатель» на СЧ ОКР «Оценка вероятности обнаружения дефектов при неразрушающем контроле основных деталей двигателя ПД-14», 2016 г.

2. Способы альтернативного использования математической модели были применены при выполнении работ в рамках мероприятий, направленных на повышение чувствительности УЗК заготовок основных и особо ответственных деталей двигателя ПД-14 из сплавов ЭП517-Ш, ЭП718-ИД, ЭИ698-ВД, ВЖ175-ИД. Договор с АО «МЗ «Электросталь» на НИР «Научно-методическое сопровождение работ по повышению чувствительности УЗК заготовок основных и особо ответственных деталей двигателя ПД-14 из сплавов ЭП517-Ш, ЭП718-ИД, ЭИ698-ВД, ВЖ175-ИД», 2018 г.

3. Разработаны дополнения и изменения к действующей технологии контроля ТР 1.2.2304-2013 «Автоматизированный иммерсионный ультразвуковой контроль заготовок титановых дисков», содержащие графики зависимости вероятности обнаружения дефектов от их размеров POD(a) для типичных зон контроля полуфабрикатов вертолетных ГТД простой формы (шайба) с учетом индивидуальных схем прозвучивания, применяемых в них, а также параметрах

контроля и браковочных признаков. Данная технология внедрена на ФГУП «ВИАМ» при выпуске продукции для газоперекачивающих станций. Государственный контракт на НИОКР «Опытно-технологические работы по освоению новых материалов, полуфабрикатов и технологий для модернизации вертолетных двигателей» в рамках темы «Оценка выявляемости при неразрушающем контроле металлургических дефектов в основных деталях вертолетных двигателей», 20122015 г.

4. При выполнении Государственного контракта Министерства промышленности и торговли Российской Федерации с ФГУП «ВИАМ» № 12411.1003800.18.013 от 10.07.2012 года на НИОКР «Опытно-технологические работы по освоению новых материалов, полуфабрикатов и технологий для модернизации вертолетных двигателей» в рамках темы «Оценка выявляемости при неразрушающем контроле металлургических дефектов в основных деталях вертолетных двигателей» разработана математическая модель, имитирующая процессы при ультразвуковом контроле при вводе колебаний через плоские поверхности ввода.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Способ определения импульсного отклика системы, учитывающего частотные характеристики преобразователя, генератора зондирующих импульсов и приемного электрического тракта дефектоскопа.

2. Способ формирования представительного массива моделей металлургических дефектов в виде эллипсоидов, учитывающий деформацию заготовки на различных стадиях технологического передела

3. Алгоритм учета многопараметровых критериев браковки при обработке полученных в результате моделирования значений максимальных амплитуд эхосигналов от массива моделей дефектов различной формы, ориентации и глубины залегания.

4. Методика оценки вероятности обнаружения газонасыщенных включений при автоматизированном ультразвуковом контроле полуфабрикатов основных деталей ГТД из титановых сплавов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка вероятности обнаружения дефектов при автоматизированном иммерсионном ультразвуковом контроле полуфабрикатов из титановых сплавов с использованием математического моделирования»

Апробация работы

По результатам исследований было опубликовано 5 печатных работ.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих всероссийских и международных конференциях, семинарах, симпозиумах:

- 17-й, 18-й, 19-й и 20-й международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», НИУ МЭИ, 2011-2014 гг. (доклады на этих конференциях отмечены двумя почетными дипломами), г. Москва;

- 20-й международных конференциях «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики», г. Гурзуф, 2012 гг.;

- 5 европейско-американском симпозиум по надежности неразрушающего контроля, «5th European-American Workshop on Reliability of NDE», г. Берлин, Германия, 2013 г.

- 11 европейская научно-технической конференция по неразрушающему контролю, «11 European Conference on Non-Destructive Testing», г. Прага, Чешская Республика, 2014 г.

- научно-техническая конференция «Климовские чтения-2017. Перспективные направления развития авиадвигателестроения», г. Санкт-Петербург, 2017 г.,

- всероссийской конференции по испытаниям и исследованиям материалов «ТестМат 2018», Москва, 2018 г.

Опубликованы 5 статей в изданиях из списка ВАК:

1. Ложкова Д.С., Далин М.А., Цыкунов Н.В. Оценка достоверности автоматизированного ультразвукового контроля титановых сплавов // Журнал «Контроль. Диагностика». 2014. № 6. С. 24-28.

2. Ложкова Д.С., Далин М.А. «Оценка достоверности автоматизированного ультразвукового контроля полуфабрикатов основных деталей ГТД из титанового

сплава с использованием математического моделирования» // Журнал «Контроль. Диагностика». 2017. № 12. С. 54-63.

3. Ложкова Д.С., Краснов И.С. Экспериментальные исследования по оценке дефектности сварных соединений основных деталей ГТД // Журнал «Дефектоскопия». 2015. № 2. С. 10-16.

4. Ложкова Д.С., Краснов И.С., Далин М.А. Оценка дефектности заготовок дисков ГТД из титановых сплавов // Журнал «Контроль. Диагностика» Москва 2016. № 7. С.61-67.

5. Степанов А.В., Ложкова Д.С., Косарина Е.И. «Компьютерная радиография: результаты практических исследований и возможность замены пленочных технологий» // «Вестник МЭИ ». 2011. № 3. С.57-62.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, состоящего из 83 источников и трех актов внедрения.

Объем работы составляет 197 страниц, включая 96 рисунков и 17 таблиц.

ГЛАВА I. НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Применение жаропрочных титановых сплавов в деталях авиационной техники

В авиастроении особый интерес представляют сплавы на основе титана, относящиеся к классу легких металлов [3,4]. Свойства титановых сплавов, такие как: коррозионная стойкость, пластичность, малая (по сравнению с железом) плотность делают их незаменимыми как в отечественном, так и в зарубежном авиастроении. [5 ,6 ,7].

Общими основными показателями, которыми руководствуются разработчики изделий при выборе материала для деталей авиационных газотурбинных двигателей, являются: максимальная рабочая температура, показатели прочности при этой температуре (пределы прочности, длительной прочности, ползучести, усталостной прочности), плотность материала, контролепригодность заготовок на различных этапах технологического передела и т.д.

На рисунке 1.1 показана область применения жаропрочных материалов в зависимости от температуры и длительной прочности (за сто часов) отнесенной к плотности.

Рисунок 1.1- Область применения различных жаропрочных сплавов

Из диаграммы,

приведенной на рисунке 1.2, что жаропрочные титановые сплавы до температур 600 °С по удельной жаропрочности

превосходят все используемые материалы [8, 9, 10, 11]. Именно этой причине в конструкции компрессора газотурбинного

видно,

Рисунок 1.2- Диаграмма применимости жаропрочных сплавов

по

авиационного двигателя их доля в зависимости от модификации может составлять до 40 % от массы двигателя [12, 13, 14, 15]. Так, например, наглядно оценить объем использования титановых сплавов в конструкции двигателя ПС-90А можно проанализировав информацию, представленную на рисунке 1.3 [13].

45 40

35 30 25 20 15 10

I Жаропрочныесплавы на никелевой основе I Жаропрочные сплавы на железно-никелевой основе Жаропрочные стали

I Корозионностойкие стали

I Титановые сплавы

I Магнивые сплавы

Прочие

Алюминивые сплавы

Низколегированные, конструкционные и др. стали

Рисунок 1.3 - Различные виды сплавов, используемые в конструкции

двигателя ПС-90А

В настоящий момент в конструкции компрессора низкого и высокого давления (КНД, КВД) используют как деформируемые сплавы средней прочности, высокой прочности и жаропрочные, так и литейные. Благодаря более высокой удельной жаропрочности титановых сплавов по сравнению со сталями разработчикам удалось снизить массу компрессора на 30-35 % [13]. Из титановых жаропрочных сплавов изготавливаются наиболее ответственные его детали - рабочие лопатки, диски и валы. Требования к качеству подобных деталей чрезвычайно высоки и постоянно возрастают. Если учесть, что в современных двигателях давление за компрессором составляет до (20-30)*105 Па, а температура воздуха - превышает 600 °С при общем ресурсе работы двигателя до 30000 часов для гражданской авиации и 5000 часов для военной, то становится понятной мера ответственности этих деталей и материалов, из которых они изготовлены.

Технология изготовления дисков из титановых сплавов требует высокой культуры производства [4, 8, 10, 16]. Предъявляются наиболее жесткие требования к технологическому процессу по температурным и временным параметрам при получении заготовок. Контроль свойств по общепринятым критериям (по образцам из припуска) не всегда отражает состояние материала внутри заготовки. Это

заставляет жестко регламентировать технологию и вводить неразрушающий контроль 100 % объема чистового контура детали в заготовке, а также на стадии окончательно изготовленной детали.

Титан чутко реагирует на любые отклонения от заданного технологического процесса [17, 18]. Поэтому для предотвращения попадания в эксплуатацию дисков, содержащих дефекты, прилагаются значительные усилия по совершенствованию не только технологий изготовления полуфабрикатов из титановых сплавов, но также подходов, используемых при проведении неразрушающего контроля на различных стадиях [19] .

1.2. Дефекты полуфабрикатов титановых сплавов, их влияние на прочностные свойства изделий

Типичными дефектами деформированных титановых полуфабрикатов [9], получаемых ковкой, штамповкой и прокаткой являются заковы (закаты), трещины, металлургические дефекты типа металлических (тугоплавких) и неметаллических включений.

Тугоплавкие включения в титановых заготовках представляют собой фрагменты вольфрамовых электродов печи вакуумно-дугового переплава (ВДП), либо фрагменты твёрдосплавных пластин резцов из карбида вольфрама и кобальта, попавших в шихту вместе с вторичным материалом, либо не расплавившуюся лигатуру, содержащую молибден и ванадий. Отдельно следует упомянуть такой металлургический дефект, как газонасыщенное включение (ГНВ) [20, 21, 22, 23]. Он характерен только для титановых сплавов, в особенности полученных из слитка двойного вакуумно-дугового переплава. Объёмные полости типа раковин и пор, не ассоциированных с ГНВ, для деформированных титановых полуфабрикатов не характерны, так как завариваются при деформации. ГНВ представляет собой область металла с повышенным содержанием азота (от 3,5 до 14,8 вес. % азота) и/или кислорода (до 2,5 вес. %) и имеющую кристаллическую структуру а-фазы. ГНВ является опасным, с точки зрения эксплуатационных свойств материала, дефектом, так как является хрупким и имеет твёрдость, в несколько раз превышающую твёрдость основного материала. Под воздействием эксплуатационных нагрузок в

условиях циклического нагружения данный дефект становится очагом роста усталостной трещины.

Металлографические исследования с последующей реконструкцией натурных газонасыщенных включений (дефектов твердой альфа-фазы), показывают, что они представляют включения, характеризующиеся избыточным содержанием кислорода и азота с переходными зонами к основному материалу [24, 25]. На рисунке 1.4 представлено описание ГНВ со всеми составными частями: ядро; диффузионная зона; внутренняя объемная несплошность или трещина.

Диффузионная зона - максимальная длина

^Полость - максимальная длина — Полость и ядро - максимальная длина

Ядро

Диффузионная зона Несплошность

Диффузионная зона — максимальная ширина

Полость — максимальная ширина

Полость и ядро -

максимальная ширина

Рисунок 1.4 - Сечение ГНВ

ГНВ в деформированном полуфабрикате могут содержать полости или трещины, что повышает вероятность их выявления при неразрушающем контроле.

1.3. Неразрушающие методы обнаружения дефектов

Выбор метода или комплекса методов неразрушающего контроля (НК) для наиболее эффективного обнаружения дефектов определяется следующими факторами:

- вид дефекта;

- его размеры и координаты расположения в объекте контроля (ОК);

- условия эксплуатации изделия;

- чувствительность выбираемого метода НК.

Дефекты титановых полуфабрикатов, такие как закаты, заковы, трещины успешно обнаруживаются посредством капиллярных методов НК.

Для обнаружения дефектов в виде тугоплавких включений применяют радиационные методы. Штампованные изделия обычно не подлежат контролю радиографическим методом, так как дефекты, содержащиеся в изделии, после деформации не создают радиационного контраста. Исключение составляют карбиды вольфрама и кобальта (обуглившиеся осколки электродов плавильных печей). Попадая в расплав титанового сплава, мелкие частицы карбида вольфрама могут задержаться в среднем слое, который используют для заготовок лопаток, валов и дисков компрессора ГТД. Во время работы двигателя они являются концентраторами напряжений, поэтому даже мельчайшие частицы, содержащиеся в изделии, -недопустимый дефект. Рентгенографическим методом соединения карбида вольфрама обнаруживаются достаточно надежно из-за большой разницы коэффициентов ослабления излучения титаном и вольфрамом в диапазоне энергий от 40 до 400 кэВ: коэффициент ослабления излучения титаном составляет (10,0^0,4) см-1; коэффициент ослабления излучения вольфрамом - (156,0^3,5) см-1. При штамповке частицы карбида вольфрама не подвергаются деформации и остаются объемными. Таким образом, частица карбида вольфрама для рентгенографического метода -объемный и особо контрастный дефект.

Единственный метод неразрушающего контроля, используемый для выявления внутренних ГНВ - ультразвуковой, однако особенности данных дефектов затрудняют их обнаружение.

Как минимум две авиакатастрофы (катастрофа DC-10 в Сиу-Сити 19 июля 1989 года и катастрофа Ту-154 под Красноярском 23 декабря 1984 года), повлекшие за собой человеческие жертвы, были вызваны разрушением дисков ГТД из титанового сплава именно из-за наличия в них ГНВ (рисунок 1.5), пропущенных дефектоскопистами при контроле на различных стадиях технологического цикла производства полуфабрикатов.

Рисунок 1.5- Разрушение диска ГТД

Существует утвержденная система взаимодействия между металлургическими и моторостроительными предприятиями, согласно которой на полуфабрикате осуществляется как выходной контроль у поставщика, так и входной у потребителя. После катастрофы под Красноярском в качестве мер, направленных на повышение достоверности проводимого ручного ультразвукового контроля (УЗК), на авиационных предприятиях были введены требования по его ужесточению и чувствительность увеличена в 3,5 раза. Изначально УЗК проводился в контактном варианте на чувствительности, эквивалентной выявлению плоскодонного отражателя диаметром 1,5 мм с вводом продольных колебаний. После внедрения ужесточающих мер на авиационных предприятиях был введен контроль обточенных заготовок по нормативному документу МР40-5/86Д [26], разработанному кооперацией отраслевых институтов, который регламентирует контроль обточенных заготовок диска (ручной и автоматизированный в иммерсионном варианте) на чувствительности, эквивалентной выявлению плоскодонного контрольного отражателя диаметром 0,8 мм продольными и сдвиговыми волнами. Несмотря на значительный временной интервал с момента описанных событий на авиационных предприятиях до сих пор проводится ультразвуковой контроль по вышеуказанной технологии. В дальнейшем будет показано, что и применение такого контроля на этой стадии изготовления полуфабриката малоэффективно для выявления дефекта типа ГНВ.

1.4. Ультразвуковой контроль полуфабрикатов дисков ГТД

Из всех методов ультразвукового контроля (УЗК) наиболее широкое применение при контроле полуфабрикатов заготовок дисков газотурбинных

двигателей из титановых сплавов получил эхоимпульсный метод неразрушающего контроля (НК) [28], применяемый как в ручном контактом варианте, так и в иммерсионном. Несмотря на очевидные недостатки ручного контроля с использованием одноэлементного преобразователя, такие как низкая производительность контроля, высокое влияние человеческого фактора, невозможность сохранения результатов контроля в виде А- и С- сканов [29], невозможность обеспечения заданной полноты контроля из-за специфичного профиля контролируемых полуфабрикатов и других, на некоторых предприятиях авиационной отрасли он все еще применяется исключительно из-за экономических причин. Автоматизированные системы и ручные контактные дефектоскопы имеют существенную разницу в стоимости и требования к специалистам, работающим на этих системах, сильно отличаются. При рассмотрении вопросов автоматизации следует также упомянуть, что требования к качеству механической обработки поверхности также ужесточаются, что в свою очередь приводит к общему удорожанию изделия. Но в большинстве случаев металлургические и моторостроительные предприятия переоснащаются и ориентированы на использование автоматизированных систем, которые существенно увеличивают показатели достоверности проводимого контроля.

В авиационной отрасли полуфабрикаты заготовок дисков ГТД из титанового сплава поставляются по ОСТ1 90197 [30] и РТМ 1.2.072 [31], в которых регламентировано проведение УЗК заготовок на стадии шайбы у поставщика на максимально возможной чувствительности, но не хуже соответствующей выявлению контрольного отражателя (КО) в виде плоскодонного отверстия диаметром 1,5 мм, в соответствии с МР40-5/86 [32], и УЗК обточенной заготовок у потребителя на чувствительности, соответствующей выявлению КО диаметром 0,8 мм продольными и сдвиговыми волнами в соответствии с МР40-5/86Д [26] или нормативным документам (техническим рекомендациям, методическим материалом, технологической инструкции), выпущенным на его основе. Несмотря на общий регламентирующий документ, в котором прописаны требования к чувствительности, виду и способу ввода ультразвуковых колебаний, настроечным образцам, параметры

контроля предприятия выбирают самостоятельно. Поэтому для установления эффективности применяемых систем неразрушающего контроля необходимо проводить специальную оценку, направленную на установление показателей вероятности обнаружения дефекта заданного размера [2], а также на определение слабых сторон технологии неразрушающего контроля для их своевременной корректировки.

1.5. Вероятностная оценка достоверности результатов НК

Знание вероятности обнаружения дефектов позволяет сравнивать и обоснованно выбирать методику и оборудование для неразрушающего контроля, предоставляет возможность предприятию-заказчику объективно оценивать эффективность внедренной системы НК предприятия-поставщика полуфабрикатов и т.д.

В настоящий момент в области НК несмотря на то, что уже начала складываться общепринятая система взглядов, регламентирующая необходимость подтверждения уровня разрабатываемых методик путем проведения оценки достоверности контроля, проводимого по ним, единого утвержденного в нормативных документах определения терминов «выявляемость» и «достоверность» контроля не существует. С другой стороны в литературе общего назначения эти понятия вводятся, однако определяются и рассчитываются по-разному [33, 34, 35, 36, 37].

Согласно ОСТ 1.01207 [2], действующему в авиационной отрасли, под основными показателями выявляемости дефектов подразумевают: вероятности обнаружения дефекта заданного размера или/и размера дефекта, обнаруживаемого с вероятностью 50, 90 и 95 % при доверительной вероятности 50 %, а также размера дефекта, обнаруживаемого с вероятностью 90 % при доверительной вероятности 95 %. Иными словами, необходимо установить следующие основные показатели выявляемости дефектов основных деталей ГТД:

a50 - площадь дефекта, выявляемого с вероятностью 50 % при доверительной вероятности 50 %;

a90 - площадь дефекта, выявляемого с вероятностью 90 % при доверительной

вероятности 50 %;

а95 - площадь дефекта, выявляемого с вероятностью 95 % при доверительной вероятности 50 %;

а90/95 - площадь дефекта, выявляемого с вероятностью 90 % при доверительной вероятности 95 %.

Выявляемость также можно рассматривать как достоверность контроля без учета случая перебраковки.

В настоящее время в авиационной отрасли основным назначением вероятностной оценки надёжности НК при контроле деталей авиационной техники является ее применение при расчёте ресурса основных деталей ГТД, необходимого для сертификации и безопасной эксплуатации двигателя. К ним относят детали двигателя, разрушение которых в полёте приводит к опасным, связанным с двигателем, последствиям [2, 1]. Перечень основных деталей ГТД для конкретного изделия устанавливается конструктором и может меняться в зависимости от модели. Диски турбин и компрессоров, а также диски вентилятора, барабаны бустера, цапфы и другие роторные детали при разрушении могут повредить конструкции самолёта, поэтому их обычно относят к основным деталям. На рисунке 1.6 в качестве примера приведено сечение ГТД с обозначением ряда основных деталей, полуфабрикаты которого на различных стадиях производства неоднократно проходят ультразвуковой контроль.

Под воздействием циклических нагружений имеющийся в детали дефект металлургического происхождения может вызвать рост усталостной трещины, образованной от него, и ее разрушение [38]. Это обстоятельство является ключевым фактором, ограничивающим ресурс двигателя. Один из наиболее современных подходов к расчёту безопасного ресурса ГТД, основанный на концепции допустимых повреждений, предусматривает применение в качестве входных данных количественной информации о дефектности материала - зависимости ожидаемого количества дефектов в единице массы материала от их размера и/или вероятности обнаружения дефектов при неразрушающем контроле при производстве деталей и эксплуатации ГТД. Подобный подход к расчёту ресурса допускается текущей

редакцией авиационных правил РЦ АП 33.70-1 [1] и привлекает передовые авиационные конструкторские бюро, так как может дать их разработкам конкурентные преимущества по сравнению с традиционным подходом.

Рисунок 1.6 - ГТД ПД-14 в сечении с обозначением основных деталей,

контролируемых ультразвуком

В ФГУП «ЦИАМ» в настоящий момент имеется специализированное программное обеспечение (ПО) «DARWIN» [39,40,41, 42], которое позволяет учитывать влияние дефектов на ресурс основных деталей ГТД, в частности с использованием данного ПО проводится расчет рисков разрушения деталей в эксплуатации. Входными данными являются прочностные характеристики материала и условия нагружения детали в полёте. Но, кроме этого, для расчёта необходимы оценки ожидаемого количества металлургических дефектов различного размера в материале детали (рисунок 1.7 а) и вероятности обнаружения дефектов типа усталостных трещин [38] при неразрушающем контроле в условиях технического

обслуживания и ремонта двигателя (рисунок 1.7 б). Итоговым результатом расчёта является график, характеризующий вероятность разрушения детали после N полётов (рисунок 1.7 в).

'-■■г $

т

.Л,

в

к,

1

авггагн

Рисунок 1.7 - ПО «DARWIN»: расчёт вероятности разрушения основной детали в течение одного полётного цикла с учётом вероятности обнаружения

дефектов при НК

а) ожидаемое количество дефектов, пропущенных при НК при производстве детали, на единицу массы материала;

б) вероятность обнаружения дефекта при НК в эксплуатации;

в) расписание проведения НК в эксплуатации

На рисунке 1.7 (в) красный график показывает вероятность разрушения детали без НК, синий - если проведение НК в эксплуатации запланировано. Задавшись допустимой величиной риска (обычно около одной миллионной), по этому графику можно определить безопасный ресурс детали.

Первая составляющая исходных данных (рисунок 1.7 а) - ожидаемое содержание металлургических дефектов в материале детали. В настоящий момент общая методология оценки дефектности полуфабрикатов основных деталей ГТД из титановых сплавов, жаропрочных никелевых деформируемых и гранулируемых

жаропрочных никелевых сплавов, а также их сварных соединений находится на стадии становления. Ранее во ФГУП «ВИАМ» и других организациях был проведен ряд работ направленных на разработку основных подходов, описывающих определение дефектности [43, 44, 45] в сварных соединениях из титанового сплава, полученных методом электронно-лучевой сварки, и заготовок дисков ГТД из титановых сплавов, в результате которых установлено, что для построения графика дефектности необходимо, но не достаточно, знание графика POD^) (Probability of Detection), характеризующего достоверность проводимого неразрушающего контроля.

График POD^) оказывает сильное влияние на результирующий график дефектности, так как все полуфабрикаты основных деталей неоднократно проходят неразрушающий контроль различными методами. На рисунке 1.8 продемонстрирована зависимость ожидаемого содержания металлургических дефектов в диске компрессора из титанового сплава от чувствительности проведенного ультразвукового контроля.

в)

о т

н

у

ф н

о и л

л ми

а н

ь т с о н кт

е ф

е Де

1.0GE-01

100

X

-Мультизональный контроль биллета (5-10"), 0,4 мм

......Мультизональный контроль биллета (5-10"), 1,2 мм

Мультизональный контроль биллета (12-13"), 0,4 мм Контроль биллета 0,8 мм/ штамповка 0,4 мм Контроль биллета 0,8 мм/ штамповка 0,8 мм Контроль биллета 1,2 мм/ штамповка 0,4 мм Контроль биллета 1,2 мм/ штамповка 0,8 мм Контроль биллета 1,2 мм/ штамповка 1,2 мм

1000

10000

Площадь дефекта, кв. миллидюймы Рисунок 1.8 - Примеры графиков дефектности штамповки для различных параметров ультразвукового контроля биллета и штамповки

Следует отметить, что прямая связь между эффективностью неразрушающего контроля и ресурсом двигателя, в том числе и из-за чисто экономических причин, за

рубежом привела к небывалому прогрессу в области высокочувствительного контроля полуфабрикатов основных деталей.

Таким образом, оценка вероятности обнаружения дефектов при неразрушающем контроле даёт возможность разработчикам авиационной техники более обоснованно управлять жизненным циклом изделий.

1.6. Дефектность материала и использование POD(а) для ее оценки Ранее упоминалось, что раздел современных авиационных правил РЦ АП 33.701 [1], устанавливающий требования к расчёту ресурса основных деталей авиационных двигателей, допускает кроме традиционного метода расчёта, основанного на коэффициентах запаса, также применение метода, основанного на концепции допустимых повреждений. Этот метод в некоторых случаях позволяет обоснованно увеличить назначенный срок эксплуатации двигателя и длительность межремонтных интервалов. Однако для его полноценного применения необходимо знание дефектности материала детали - ожидаемого количества дефектов, в том числе металлургического происхождения, в единице массы материала, как функции размеров этих дефектов. Как отмечено в РЦ АП [1], в настоящее время дефектность известна только для одной категории материала - для зарубежных титановых сплавов, получаемых по технологиям тройного вакуумно-дугового переплава или плавки с холодным подом [46]. Для остальных материалов основных деталей ГТД -дисков и валов из деформируемых жаропрочных никелевых сплавов и сталей, сварных соединений в барабанах компрессора и камеры сгорания - из-за отсутствия информации о дефектности материала, возможно применение лишь консервативного подхода к допустимости повреждений, который не даёт ожидаемого увеличения ресурса. Таким образом, получение статистически обоснованной численной оценки дефектности материалов основных деталей ГТД является крайне важной задачей, способной повысить конкурентоспособность новых отечественных ГТД, предназначенных для гражданской авиации.

Терминология дефектности (Exceedance) материала пришла из-за рубежа [47] и первые графики, приведенные в АС33.14-1 [46] для заготовок титановых дисков и характеризующие количество газонасыщенных включений (ГНВ) на 1000 фунтов

сплава как функцию размера этих включений, вызвали спор о том, что подразумевается под понятием «Дефектность». В процессе изучения зарубежной документации было установлено, что дефектность можно условно разделить на две составляющие: изначальную дефектность и дефектность.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ложкова Дарья Сергеевна, 2018 год

ЛИТЕРАТУРА

1. АП. Авиационные правила. Часть 33. Нормы летной годности двигателей воздушных судов. МАК, ОАО «Авиаиздат», 2012

2. ОСТ 1 01207-2012 «Двигатели газотурбинные авиационные. Неразрушающий контроль основных деталей»

3. Солонина О.П., Глазунов С.Г., Жаропрочные титановые сплавы □ М: Металлургия, 1976. - 448 с.

4. Винокур Б.И., Белов С.П., Брун М.Я. и др., Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов - М: Металлургия, 1992. - 351 с.

5. Каблов Е.Н. Современные материалы - основа инновационной модернизации России //Металлы Евразии. 2012. №3. С. 10-15.

6. В.Г. Анташев, Н.А. Ночовная, Т.В. Павлова, Н.М. Падюкова, В.И. Иванов Жаропрочные титановые сплавы. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932-2002. Юбилейный научно-технический сборник. Под общей редакцией чл-кор. РАН Е.Н. Каблова, М.: «МИСИС» «ВИАМ», 2002, с. 111.

7. В.Г. Анташев, Н.А. Ночовная Современное состояние и тенденции развития исследований в области титановых сплавов. 75 ЛЕТ. АВИАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ИЗБРАННЫЕ ТРУДЫ «ВИАМ» 1932-2007. Юбилейный научно-технический сборник. Под общей редакцией академика РАН Е.Н. Каблова, М.: «ВИАМ», 2007, с. 70-74.

8. Аношкин Н.Ф., Глазунов С.Г. и др., Плавка и литье титановых сплавов- М: Металлургия, 1978 - 351 с.

9. Н.Ф. Аношкин, А.Ф. Белов и др. Полуфабрикаты из титановых сплавов □□ М: Металлургия, 1979 - 512 с.

10. «Titanium, 99, Science and Technology». Edited by I. V. Gorynin, S. S.Ushkov, Central Research Institute of Structural Materials, (CRISM) «Prometey», Saint-Petersburg, Russia.

11. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Базылева О.А. Материалы для высокотеплонагруженных деталей газотурбинных двигателей // Вестник МГТУ им. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. №SP2. С. 13-19.

12. Ночовная Н.А. Перспективы и проблемы применения титановых сплавов // Авиационные материалы и технологии. Вып. «Перспективы развития и применения титановых сплавов для самолетов, ракет, двигателей и судов», 2007. №1. С. 4-8.

13. Иноземцев А.А., Башкатов И.Г., Коряковцев А.С. Применение сплавов на основе титана в изделиях разработки ОАО «Авиадвигатель» // Авиационные материалы и технологии. Вып. «Перспективы развития и применения титановых сплавов для самолетов, ракет, двигателей и судов», 2007. №1. С. 1314. Кашапов О.С., Новак А.В., Ночовная Н.А., Павлова Т.В. Состояние,

проблемы и перспективы создания жаропрочных титановых сплавов для деталей ГТД // Труды ВИАМ: электрон. Науч.-технич. журн., 2013. №3. Ст. 02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 22.01.2016).

15. Хорев А.И. Фундаментальные и прикладные работы по конструкционным титановым сплавам и перспективные направления их развития // Труды ВИАМ: электрон. Науч.-технич. журн., 2013. №2. Ст. 04. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 22.01.2016).

16. «Materials Properties Handbook Titanium Alloys, ASM International, 1994

year.

17. Патент США №5 445 688 «Method of making alloy standards having controlled inclusions», 1995 г.

18. American Institute of Aeronautics and Astronautics «The development of anomaly distributions for aircraft engine titanium disk alloys», 1997

19. Каблов Е.Н.Контроль качества материалов - гарантия безопасности эксплуатации авиационной техники // Авиационные материалы и технологии, 2001. № 1. С.3-8.

20. Соболевская Т.Д., Гишкина В.И., Коваленко Т.А.. Влияние качества титана губчатого на наличие дефектов в полуфабрикатах и деталях из титановых

сплавов. Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудуваннi №2, 2009, с. 50-54.

21. Таренкова Н.Ю. Газонасыщенные дефекты металлургического происхождения в титановых сплавах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Институт металлургии Уральского отделения РАН. Екатеринбург, 2010 г.

22. В.М.Чепкин Опыт и проблемы применения титановых сплавов в авиационных двигателях. Журнал «ТИТАН», №1-2/1995.

23. Vykhodets V. B., Kurennykh T. E., Trakhtenberg I . Sh., Tarenkova N. Yu. Studying distribution of gaseous impurities and carbon in titanium alloys using nuclear microanalysis. - The Physics of Metals and Metallography, 2006, 101 (3), p. 267-275.

24. Отчёт Федеральной Авиационной Администрации США D0T/FAA/AR-01/96 «A Methodology for the Assessment of the Capability of Inspection Systems for Detection of Subsurface Flaws in Aircraft Turbine Engine Components», 2002г., стр. 24.

25. D0T/FAA/AR-07/63 «Update of Default Probability of Detection Curves for the Ultrasonic Detection of Hard Alpha Inclusions in Titanium Alloy Billets», 2008

26. МР40-5/86Д «Ультразвуковой контроль наличия обогащённых азотом включений (нитридов) и несплошностей в титановых дисках и заготовках»

27. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 7-17.

28. И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. Неразрущающий контроль, Т.3 Ультразвуковой контроль. - 2-е изд., испр., под редакцией В.В. Клюев Москва, Машиностроение, 2006

29. ГОСТ Р ИСО 5577-2009, Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь

30. ОСТ1 90197-89 «Поковки дисков и валов кованые и штампованные из титановых сплавов. Общие технические условия ОКП 18 2583»

31. РТМ 1.2.072-S9 «Производство дисков, валов, лопаток и лопаточной заготовки из титановых сплавов»

32. МР40-5^6 «Ультразвуковой контроль наличия обогащённых азотом включений (нитридов) и несплошностей в титановых дисках и заготовках»

33. Волченко В.Н. Вероятность и достоверность оценки качества металлопродукции, Москва, издательство Металлургия, 1979 г. - 44S с.

34. Гурвич А.К. Комплексная дефектоскопия, Москва, МДНТП, 1975г.

35. Г. Корн, Т. Корн (под общей редакцией И.Г. Арамановича). Справочник по математике (для научных работников и инженеров), Москва, издательство «Наука», 197S^

36. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений, Москва, издательство «Наука», 196S г.

37. Методические рекомендации по оценке достоверности средств и методик неразрушающего контроля ГУП ИЦД НИКИЭТ Москва, 2003 г.

3S. Реконструкция и прогнозирование усталостных трещин в дисках авиационных ГТД Н. В. Туманов [и др.] // Конверсия в машиностроении. 2005. № 4-5. C. 9S-106.

39. Southwest Research Institute, Volume 2 DAWIN Theory Version 6.1, San Antonio, TX, June 200S.

40. С. Д. Потапов, Д. Д. Перепелица опыт использования программы DARWIN для оценки скорости роста трещин в основных деталях авиационных двигателей. Журнал «Вестник УГАТУ», №1(41), 2011, С.60-63.

41. 3D crack growth analysis experiments for critical turbine international collaborative program / J. Hou // Paper GT200S-5054S, ASME Turbo Expo 200S, Berlin, Germany.

42. Финальный отчёт Федеральной Авиационной Администрации США 1S.2676 «Turbine rotor material design phase II», 2005г, 5-1

43. Ложкова Д.С., Краснов И.С., Далин М.А. Оценка дефектности заготовок дисков ГТД из титановых сплавов // Контроль. Диагностика. 2016. № 7. С. 61-67.

44. Ложкова Д.С., Краснов И.С. Экспериментальные исследования по оценке дефектности сварных соединений основных деталей ГТД // «Дефектоскопия» 15, 2015. №2. С. 10-16.

45. Артамонов М. А. и др. Исследование методами рентгеновской томографии и электронной микроскопии дефектов и их распределения в гранулируемом никелевом сплаве ЭП741НП // Сборник статей научно-технической конференции «Климовские чтения-2017. Перспективные направления развития двигателестроения», 2017. С. 111-117.

46. FAA Advisory Circular: AC 33.14-1, titled "Damage Tolerance for High Energy Turbine Engine Rotors". Washington, U.S. Dpt of Transportation, Federal Aviation Administration. 2001

47. The development of anomaly distributions for aircraft engine titanium disk alloys, American Institute of Aeronautic and Astronautic, 1997.

48. Hard alpha find data provided by the Jet Engine Quality Committee (JETQC) for the 1990 through 1995 time period.

49. Н.В. Цыкунов «Оценка выявляемости дефектов в основных деталях двигателя методами неразрушающего контроля»,/ Новые технологические процессы и надежность ГТД. Вып. 10, Москва, ЦИАМ, 2015, С.53-59

50. Ложкова Д.С., Далин М.А., Цыкунов Н.В. Оценка достоверности автоматизированного ультразвукового контроля титановых сплавов // Контроль. Диагностика», Москва 2014. №6. С.24-28

51. Bellot J.P ., Foster B . , Hans S. et al . Dissolution of hard alpha inclusions in liquid titanium alloys. - Metallurgical and Materials Transactions B, 1997, 28b, p. 1001-1010.

52. Bellot J.P., Mitchell A : Hard alpha particle 188ehavior in a titanium alloy liquid pool. In: Light Metals / Ed. U. Mannweiler, The Minerals, Metals & Materials Society, Warrendale, PA., 1994, p. 1187-1193.

53. Н. Ю. Таренкова, В.Б. Выходец, В.А. Крашанинин, Т.Е. Куренных, А.Я. Фишман «Образование газонасыщенных дефектов в титановых сплавах при

использовании технологии вакуумно-дугового переплава», / Расплавы. 2010. № 3. С. 3-11.

54. Технические требования на специальные образцы из титанового сплава для проведения оценок выявляемости дефектов при ультразвуковом контроле. №200-08, М.: ЦИАМ, 2012 г.

55. MIL-HDBK-1823A «Nondestructive evaluation system reliability assessment», департамент обороны США, 2009

56. Бархатов В.А. Моделирование ультразвуковых волн методом конечных разностей во временной области. Двумерная задача. Оптимальные алгоритмы. Анализ погрешностей. Поглощающие области внутри границ сетки // Дефектосокпия, 2009, № 6, С.58-75

57. Бархатов В.А. Решение одномерной обратной акустической задачи с учетом дисперсии скорости звука и частотно зависимого затухания волн // Дефектоскопия, 2009, №1, С. 40-53

58. Данилов. В. Н., Воронков И. В. Моделирование работы прямого преобразователя с фазированной решеткой в режиме // Дефектоскопия, 2010, № 7, С. 3-17

59. Данилов. В. Н., Воронков И. В. Моделирование работы наклонного преобразователя с фазированной решеткой в режиме излучения // Дефектоскопия,

2011, № 1, С. 57-74.

60. Данилов В. Н., Ушаков В. М., Михалев В. В. К вопросу о моделировании акустического тракта наклонного преобразователя при ультразвуковом контроле сварных соединений малой толщины // Дефектоскопия,

2012. № 10, С. 28-39.

61. Данилов В. Н., Воронков И. В. Моделирование донного сигнала прямого линейного преобразователя с фазированной решеткой // Контроль. Диагностика, 2013, № 7, С. 27-34.

62. Данилов В.Н. Расчет акустического тракта наклонного преобразователя для цилиндрического отражателя // Контроль и диагностика, 2015, №1, С. 33-45

63. Данилов. В. Н. Расчет акустического тракта для прямых преобразователей и отражателя типа плоскодонного отверстия различной формы // Дефектоскопия. - 2009. - N 1. - С. 23-39

64. Данилов. В. Н. Расчет акустического тракта для отражателя типа плоскодонного отверстия произвольной ориентации и различной формы в дальней зоне прямых преобразователей // Дефектоскопия, 2009. № 3. С. 3-17.

65. Данилов. В. Н. К расчету АРД-диаграмм прямого преобразователя с прямоугольной пьезопластиной и отражателями в виде круглых плоскодонных отверстий // Дефектоскопия, 2010, № 2, С. 48-55.

66. Электронный ресурс http://www.extende.com/ndt

67. Roth D.J., Tokars R.P., Martin R.E., Rauser R.W., Aldrin J.C., Schumacher E.J., Ultrasonic Phased Array Inspection Simulations of Welded Components at NASA, Materials Evaluation, no 1, pp 60-65 (2009)

68. И.Н. Ермолов, А.Х. Вопилкин, В.Г. Бадалян Расчеты в ультразвуковой дефектоскопии, ООО НПЦ НК «ЭХО+», Москва, 2000, С.50-52

69. И.Н. Ермолов, Н.П. Алешин, А.И. Потапов Неразрушающий контроль в 5кн. Кн.2, Москва «Высшая школа»,1991, С.76-77

70. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т./ Под общей редакцией В.В. Клюева. Т. 3. И.Н.Ермолов, Ю.В. Ланге. Ультразвуковой контроль. - 2-е изд., испр. М.: Машиностроение, 2006. С.33

71. Бархатов В. А. Расчёт ультразвукового поля преобразователя в импульсном режиме //Дефектоскопия, 2005, №7, С.3-12.

72. И.Н. Ермолов, Н.П. Алешин, А.И. Потапов Неразрушающий контроль в 5кн. Кн.2, Москва «Высшая школа»,1991, С.35-46

73. D0T/FAA/AR-07/63 «Update of Default Probability of Detection Curves for the Ultrasonic Detection of Hard Alpha Inclusions in Titanium Alloy Billets», 2008.

74. Стебунов С.А. Бочаров Ю.А. Сертификация авиационных поковок на основе моделирования процессов в программе Qform //Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2011. №6. С. 33-35.

75. Гладков Ю.А., Мордвинцев П.С. Моделирование технологических процессов штамповки при решении задач авиа- и двигателестроения //Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2012. №5. С. 38-47.

76. Оспенникова О.Г., Бубнов М.В., Капитаненко Д.В. Компьютерное моделирование процессов обработки металлов давлением //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 141-147.

77. Бакрадзе М.М., Скугорев А.В., Кучеряев В.В., Бубнов М.В. Компьютерное моделирование технологических процессов обработки металлов давлением как инструмент разработки новых технологий. // Авиационные материалы и технологии. 2017. №S. С. 175-185.

78. American Institute of Aeronautics and Astronautics «The development of anomaly distributions for aircraft engine titanium disk alloys», 1997.

79. Ложкова Д.С., Далин М.А. «Оценка достоверности автоматизированного ультразвукового контроля титановых сплавов с использованием математического моделирования» // «В мире НК» Москва 2014. №4. С.15-19

80. Ложкова Д.С., Далин М.А. «Оценка достоверности автоматизированного ультразвукового контроля полуфабрикатов основных деталей ГТД из титанового сплава с использованием математического моделирования» // Журнал «Контроль. Диагностика» Москва 2017. №12. С.54-63

81. Бойчук А.С., Разработка технологии неразрушающего контроля монолитных конструкций из углепластика с использованием ультразвуковых антенных решеток, дис. кандидата технич. наук - Москва, 2017 г.- 202 с.

82. AMS2628 Ultrasonic Immersion Inspection Titanium and Titanium Alloy Billet Premium Grade, С.16

Т

УТВЕРЖДАЮ Первый заместитель управляющего

АКТ

о внедрении результатов

Настоящий акт составлен в том, что ФГУП «ВИАМ» в рамках выполнения договора № 1770559633916000139/0/306-15-16 от 18 мая 2016 г. «Оценка вероятности обнаружения дефектов при неразрушающем контроле основных деталей двигателя ПД-14» предоставил АО «ОДК-Авиадвигатель» графики зависимости вероятности обнаружения дефектов при автоматизированном ультразвуковом контроле полуфабрикатов основных деталей ГТД из титановых сплавов. По предоставленным зависимостям были определены основные показатели выявляемое™ дефектов основных деталей ГТД в части автоматизированного ультразвукового контроля заготовок барабана бустера и диска вентилятора двигателя ПД-14 из титановых сплавов ВТ6 и ВТ8-1, требуемые согласно ОСТ 1 01207 «Двигатели газотурбинные авиационные. Неразрушающий контроль основных деталей» при проведении специальных испытаний систем и технологий неразрушающего контроля основных деталей двигателя ПД-14 для подтверждения соответствия двигателя требованиям Сертификационного базиса.

Графики зависимости вероятности обнаружения дефектов были построены на основе данных, полученных с использованием математической модели физических процессов, происходящих при автоматизированном иммерсионном ультразвуковом контроле, а также с учетом особенностей газонасыщенных включений, их ориентации в объекте исследования, электрического тракта используемого при контроле оборудования и применяемых многопараметровых критериев браковки.

Результаты исследования приведены в научно-техническом отчете № 622/2-2016 авторов: Ложковой Д.С., Далина М.А., Яковлевой С.И и др.

Начальник КО-920

А.В. Томилов

УТВЕРЖДАЮ

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Настоящий акт составлен в том, что в рамках выполнения НИОКР «Опытно-технологические работы по освоению новых материалов, полуфабрикатов и технологий для модернизации вертолетных двигателей» разработаны дополнения и изменения к действующей технологии контроля ТР 1.2.2304-2013 «Автоматизированный иммерсионный ультразвуковой контроль заготовок титановых дисков», содержащие графики зависимости вероятности обнаружения дефектов от их размеров РСЮ(а) для типичных зон контроля полуфабрикатов вертолетных газотурбинных двигателей простой формы (шайба). Графики зависимости вероятности обнаружения дефектов РСЮ(а) получены с использованием разработанной математической модели, имитирующей процессы при автоматизированном ультразвуковом контроле, а также с учетом многопараметровых критериев браковки.

ТР 1.2.2304-2013 внедрена на ФГУП «ВИАМ» при выпуске продукции из титановых сплавов.

Начальник лаборатории 22 Начальник сектора Научный сотрудник

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

о внедрении результатов

Настоящий акт составлен в том, что ФГУП «ВИАМ» в рамках выполнения договора № 1067-17-18-39/781 от 25.09.2017г, «Научно-методическое сопровождение работ по повышению чувствительности УЗК заготовок основных и особо ответственных деталей двигателя ПД-14 из сплавов ЭП517-Ш, ЭП718-ИД, ЭИ698-ВД, ВЖ175-ИД» рассчитал для АО «МЗ «Электросталь» значения корректировок, вводимых в настройку дефектоскопической аппаратуры, осуществленную на плоских образцах, для обеспечения идентичности чувствительности при контроле с криволинейных поверхностей. Корректировки определены с использованием математической модели физических процессов, происходящих при автоматизированном иммерсионном ультразвуковом контроле.

Рассчитанные поправочные значения для каждого шифра заготовок введены в технологические карты автоматизированного ультразвукового иммерсионного контроля заготовок основных деталей ГТД ПД-14 из жаропрочного никелевого сплава ВЖ175-ИД.

Начальник УНМК ОТК

Н.В. Жавыркин