Лазерный мир

А. В. Попов, О. Н. Карпенко // Журнал: В мире неразрушающего контроля, № 1(67) — март 2015

В процессе эксплуатации газотурбинных двигателей (ГТД) поверхностный слой лопаток испытывает максимальные эксплуатационные напряжения, в нём возникают эксплуатационные дефекты от воздействия окружающей среды, накапливаются необратимые механические изменения, ведущие к снижению прочности. Влияние физико-химического и напряжённо-деформированного состояния поверхностного слоя лопаток ГТД на их работоспособность привело к созданию различных технологических процессов его улучшения, таких как процесс поверхностно-пластического деформирования. При этом методов достоверного количественного НК величин остаточных напряжений, наведённых поверхностно-пластическим деформированием, и глубины их распространения не существует. Таким образом, возникает необходимость разработки и внедрения современных методов оценки остаточных напряжений в лопатках ГТД в основных деталях авиационной техники. В статье рассмотрена возможность использования лазерной генерации поверхностной акустической волны в лопатках авиационных ГТД, регистрации, обработки и анализа параметров акустической волны с целью оценки возможности определения остаточных напряжений. Для оценки величины остаточных напряжений предлагается измерять продольную скорость поверхностной акустической волны в ненагруженном образце из данного материала без остаточных напряжений, а затем её относительное изменение в исследуемом образце лазерным оптико-акустическим методом. Необходимым условием применения этого метода для построения практических калибровочных характеристик конкретных деталей ГТД является использование в качестве образцов деталей из того же материала, с аналогичной механической и термической обработкой. Используя данный подход, можно по значениям скоростей поверхностной акустической волны получить картину распределения остаточных напряжений для лопаток различных ГТД. Данный способ и его аппаратурно-методическое обеспечение для контроля остаточных напряжений в лопатках авиационных ГТД предлагается применять в заводских условиях на этапе производства лопаток, сборке-разборке авиадвигателей при ремонте и принятия решения о продлении его ресурса.

Описание на английском языке:

Technology, Instrumentation and Methodological Support for Laser Optico-Acoustical Inspection of Residual Stresses in Aviation Gas-Turbine Engine Blades

Popov A.V.1, Karpenko O.N.1

1 Military training and scientific center of the air force «Air Force Academy named after professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin», Voronezh, Russia

During gas-turbine engines (GTE) operation the surface layer of blades is experiencing maximum operating stresses; operational defects are arisen due to environmental activities, irreversible mechanical changes are accumulated and led to strength decrease. The influence of physico-chemical and stress-strain state of the blades surface layer on their performance has caused creation of various technological processes for surface improvement, such as a surface-plastic deformation process. However reliable methods of quantitative NDT of residual stresses induced by surface plastic deformation, and depth of stresses’ distribution do not exist. Thus, there is a need for development and implementation of modern methods for residual stresses evaluation in GTE blades in the main parts of aircraft equipment. The authors examined a possibility of using surface acoustic waves, generated by a laser, in aircraft engines gas turbine blades as well as registration, processing and analyzing acoustic wave’s parameters in order to assess a possibility of residual stresses determining. To measure the magnitude of residual stresses, the authors suggested that a longitudinal velocity of surface acoustic waves in the unloaded sample of this material without residual stresses should be measured, and then its relative change in this sample should also be measured using laser optico-acoustical method. A necessary condition for laser optico-acoustical method application in order to get practical calibration characteristics of GTE specific parts is using samples made of the same material with similar mechanical and thermal treatment as real parts. Such an approach makes it possible to get a picture of the residual stresses distribution for different GTE blades founded on surface acoustic waves’ velocity values. This method and its instrumental and methodological support for residual stresses inspection of aviation gas-turbine engine blades are offered to apply at blades manufacturing, aircraft engines assembling and disassembling at repair works and deciding on its resource prolongation.

Источник: http://ndtworld.ru/index.php/ru/about-journal/journals/218-67.html