дефектоскопия

Рис. 1. Объекты контроля при радиационном методе дефектоскопии.

дефе́ктоскопия (от лат. defectus — изъян, и греч. skopéō — смотрю) авиационных конструкций — комплекс физических методов, позволяющих осуществить контроль качества материалов, полуфабрикатов, деталей и узлов авиационных конструкций без их разрушения. Методы Д. позволяют оценить качество каждой отдельной детали и осуществить сплошной (100%-й) контроль, что особенно важно для изделий авиационной техники, для которых методы выборочного контроля путём испытания (обычно с разрушением) части партии образцов деталей недостаточны, так как не позволяют судить о качестве каждой детали из этой партии.

Задачей Д. авиационных конструкций, наряду с обнаружением дефектов типа трещин и других нарушений сплошности, является контроль размеров отдельных деталей (как правило, при одностороннем доступе), а также обнаружение негерметичности в заданных зонах. Д. авиационных конструкций — один из методов обеспечения безопасной эксплуатации летательного аппарата; объём и выбор вида Д. зависят от условий его эксплуатации (см. Эксплуатационная живучесть).

До конца 60-х гг. Д. авиационных конструкций использовалась главным образом в условиях производства с целью отбраковки заготовок и деталей, содержащих дефекты (главным образом металлургического происхождения). Развитие реактивной авиации, создание высокоресурсных скоростных летательных аппаратов большой грузоподъёмности значительно повысило требования к надёжности авиационных конструкций. Переход на техническое обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию привели к необходимости применения Д. также в процессе эксплуатации. Для этого уже на стадии проектирования предусматривается необходимая контролепригодность авиационных конструкций, позволяющая использовать методы Д. в лабораторных и цеховых условиях при изготовлении, а также в аэродромных условиях при техобслуживании летательных аппаратов для контроля деталей и узлов (без их разборки или с частичной разборкой) с максимальной надёжностью и достоверностью при минимальных затратах времени. В ряде случаев для повышения контролепригодности авиационных конструкций необходимо предусматривать специальные окна (лючки) или разъёмы, облегчающие доступ средств контроля к нужным участкам. В некоторых случаях для своевременного обнаружения развивающихся дефектов датчики дефектоскопов встраиваются непосредственно в авиационные конструкции.

Методы Д. основаны на использовании проникающих излучений (электромагнитных, акустических, радиоактивных), взаимодействия электрических и магнитных полей с материалами, а также явлений капиллярности, свето- и цветоконтрастности. В зонах расположения дефектов в материале вследствие изменения структурных физических характеристик материала изменяются условия его взаимодействия с указанными излучениями, физическими полями, а также с веществами, наносимыми на поверхность контролируемой детали или вводимыми в её полость. Регистрируя с помощью соответствующей аппаратуры эти изменения, можно судить о наличии дефектов, представляющих собой нарушение сплошности материала или однородности его состава и структуры, определить их координаты и оценить размеры. С достаточно высокой точностью возможно также измерение толщин стенок полых деталей и нанесённых на изделия защитных и других покрытий.

В практике нашли применение следующие методы Д. авиационных конструкций.

Оптические методы — методы, осуществляемые визуально (для обнаружения поверхностных трещин и других дефектов размерами более 0,1—0,2 мм) или с помощью оптических приборов (эндоскопов), позволяющих обнаруживать аналогичные дефекты размерами более 30—50 мкм на внутренних поверхностях и в труднодоступных зонах. Оптические методы обычно предшествуют другим методам и используются для контроля всех деталей авиационных конструкций на всех стадиях изготовления и эксплуатации.

Радиационные методы, использующие рентгеновское, гамма- и другие (например, электроны) проникающие излучения различных энергий, получаемые с помощью рентгеновских аппаратов, радиоактивных изотопов и других источников, позволяют обнаруживать внутренние дефекты размерами более 1—10% от толщины просвечиваемого сечения в изделиях толщиной (по стали) до 100 (рентгеновская аппаратуры) — 500 мм (при использовании быстрых электронов). Радиационные методы используются для контроля литых, сварных и других деталей авиационных конструкций из металлических и неметаллических материалов, а также для контроля дефектов сборки различных узлов (рис. 1).

Радиоволновые методы основаны на изменении интенсивностей, сдвигов по времени или фазе и других параметров электромагнитных волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов при распространении их в изделиях из диэлектрических материалов (резина, пластмассы и др.). На глубине 15—20 мм возможно обнаружение расслоений площадью более 1 см².

Тепловые методы — методы, использующие инфракрасное (тепловое) излучение нагретой детали для обнаружения неоднородности её строения (несплошность в многослойных изделиях, в сварных и паяных соединениях). Чувствительность современной аппаратуры (тепловизоры) позволяет зарегистрировать разность температур на поверхности контролируемой детали менее 1°С.

Магнитные методы основаны на анализе магнитных полей рассеяния, возникающих в зонах расположения поверхностных и подповерхностных дефектов в намагниченных деталях из ферромагнитных материалов (рис. 2). В оптимальных условиях, при расположении дефекта перпендикулярно направлению намагничивающего поля, могут быть обнаружены достаточно тонкие дефекты, например, шлифовочные трещины (в стали) глубиной 25 и раскрытием 2 мкм. Магнитными методами можно также измерять с погрешностью, не превышающей 1—10 мкм, толщину защитных (немагнитных) покрытий, нанесённых на деталь из ферромагнитного материала.

Акустические (ультразвуковые) методы — методы, использующие упругие волны широкого диапазона частот (0,5—25 МГц), вводимые в контролируемую деталь под различными углами. Распространяясь в материале детали, упругие волны затухают в различной степени, а встречая дефекты, отражаются, преломляются и рассеиваются. Анализируя параметры (интенсивность, направление и др.) прошедших и (или) отражённых волн, можно судить о наличии поверхностных и внутренних дефектов различной ориентировки размерами более 0,5—2 мм². Контроль может быть проведён при одностороннем доступе (рис. 3). Возможно также измерение с погрешностью не более 0,05 мм толщины полых изделий (ограничениями являются значительная кривизна поверхности детали и сильное затухание ультразвуковых волн в материале). Акустическими методами (на низких частотах) могут быть обнаружены расслоения площадью более 20—30 мм² в клеёных и паяных конструкциях с металлическим и неметаллическим заполнителем (в том числе с сотовым), в слоистых пластиках, а также в плакированных листах и трубах. Используя так называемый метод акустической эмиссии, можно обнаружить в нагруженных элементах авиационных конструкций развивающиеся (то есть наиболее опасные) трещины, выделив их из обнаруженных другими методами менее опасных, неразвивающихся дефектов. Зоны контроля при этом формируются с помощью различного расположения датчиков (рис. 4) на конструкции. Проволочные датчики устанавливаются в зоне контроля так, чтобы их направление не совпало с направлением развития усталостной трещины (рис. 5).

Вихретоковые (электроиндуктивные) методы основаны на взаимодействии полей вихревых токов, возбуждённых датчиком дефектоскопа в изделии из электропроводящего материала, с полем этого же датчика. Эти методы Д. позволяют выявлять нарушения сплошности (трещины протяжённостью более 1—2 мм и глубиной более 0,1—0,2 мм, плёны, неметаллические включения), измерять толщину защитных покрытий на металле, судить о неоднородностях химического состава и структуры материала, о внутренних напряжениях. Аппаратура для контроля вихретоковыми методами высокопроизводительна и позволяет автоматизировать разбраковку.

Электрические методы основаны на использовании главным образом слабых постоянных токов и электростатических полей; позволяют обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты в изделиях из металлических и неметаллических материалов и различать некоторые марки сплавов между собой.

Капиллярные методы основаны на явлении капиллярности, то есть, на способности некоторых веществ проникать в мелкие трещины. Обработка такими веществами повышает цвето- и светоконтрастность участка изделия, содержащего поверхностные трещины, относительно окружающей этот участок неповреждённой поверхности. Эти методы позволяют обнаруживать поверхностные трещины раскрытием более 0,01 мм, глубиной от 0,03 и протяжённостью от 0,5 мм в деталях из непористых материалов, в том числе, в деталях сложной формы, когда применение других методов затруднено или исключено.

Течеискания методы основаны на измерении давления внутри полой герметизированной детали или интенсивности вытекания жидкости либо газа через образовавшееся нарушение герметичности.

Методы Д. по отдельности не являются универсальными, поэтому наиболее ответственные детали обычно проверяют, используя несколько методов, хотя это и приводит к дополнительным затратам времени. Для повышения надежности результатов контроля и производительности труда внедряют автоматизированные комплексы, в том числе с использованием ЭВМ для управления контролем и обработки информации, получаемой с датчиков дефектоскопов.

Литература:
Приборы для не разрушающего контроля материалов и изделий. Справочник, под ред. В. В. Клюева, т. 1—2, М., 1976;
Неразрушающий контроль металлов и изделий, под ред. Г. С. Самойловича, М., 1976.

Ю. П. Бородин, Д. С. Шрайбер.

Рис. 2. Зоны контроля при магнитном методе дефектоскопии.

Рис. 3. Зоны контроля при акустическом (ультразвуковом) методе дефектоскопии.

Рис. 4. Зоны контроля методом акустической эмиссии.

Рис. 5. Размещение проволочного датчика в зоне контроля.