Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)

Вид материала

Содержание

Категорически запрещается вводить в РСП компоненты, име-ющие органическую природу, а также металлические горючие, сплавы металло
Способ литья под небольшим давлением.
Способ свободного литья.
Отверждение топливной массы
Классификация методов неразрушающего контроля изделий.
Гамма-сцинтилляционный метод.
Радиографический метод контроля.
Рентгенографический метод.
Контроль дефектоскопом УКП-1.
Контроль дефектоскопом УДМ-3.
Контроль дефектоскопом УВФД-1.
Контроль дефектоскопом ИАД-2.

Подобный материал:

1 ... 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Приготовление топливных масс и изготовление зарядов СРТТ

Технологический процесс смешения топливных масс и формирования зарядов определяется вязкостью топливной массы.

Высоковязкие топливные массы с содержанием полимера до 10 % в основном перерабатываются методом глухого или проходного прессования, при содержании до 15 % методом литья под давлением, при содержании полимера 15–20 % перерабатываются методом свободного литья. Принципиальная схема технологического процесса приготовления топливных масс и изготовления зарядов представлена на рисунке 53.

Технологический процесс изготовления зарядов СРТТ является сложным и многостадийным. Он включает в себя ряд фаз и операций, отличающихся как по физической сущности, так и аппаратурному оформлению.

Анализ принципиальной технологической схемы изготовления зарядов показывает, что независимо от габаритов заряда и способа его изготовления принципиальные отличительные признаки имеют место только на фазах смешения топливной массы и формования зарядов.

Операции подготовки компонентов и приготовления полуфабрикатов (РСП и паста), технологической оснастки и прессформ, корпусов, а также вулканизация (отверждение топливной массы) и концевые операции (распрессовка, контроль качества и механическая доработка зарядов) имеют место в каждом из способов производства.

С целью сокращения продолжительности технологического цикла изготовления зарядов технологией предусмотрено параллельное выполнение работ по следующим фазам и операциям:

подготовка компонентов РСП и ее наработка;
подготовка компонентов пасты и их смешение;
подготовка технологической оснастки (прессформы) и корпуса и их сборка;
ревизия аппарата смешения и его обкатка на холостом ходу.

3

4

7

6

5

1

10

9

8

2

14

15

18

17

16

13

12

11

1 – смешение топливной массы; 2 – формование (изготовление) заряда; 3 – подготовка компонентов рабочей смеси порошков (РСП); 4 – приготовление РСП; 5 − подготовка компонентов пасты; 6 – приготовление (смешение) пасты; 7 – изготовление передового образца из полуфабрикатов и выдача рекомендаций по их использованию; 8 − приготовление антиадгезива; 9 – подготовка технологической оснастки и прессформы;
10 – нанесение антиадгезива на технологическую оснастку и прессформу; 11 – приготовление клеевого состава; 12 – подготовка теплозащитного слоя корпуса; 13 – нанесение клеевого состава на поверхность теплозащитного слоя; 14 – сборка корпуса (прессформы) с технологической оснасткой; 15 – вулканизация (отверждение) топливной массы; 16 – распрессовка; 17 – контроль качества заряда; 18 – механическая доработка заряда

Рисунок 53 − Принципиальная технологическая схема изготовления зарядов СРТТ

Таким образом, технологическим процессом предусмотрено: к моменту начала смешения топливной массы должны быть наработаны РСП и паста, подготовлен аппарат смешения, а также должна быть подготовлена технологическая оснастка и собрана с корпусом.

Технологический процесс производства СРТТ в США представлен на рисунке 54 [49].

Как показывает анализ, и в технологическом процессе изготовления зарядов, разработанном в США, центральное место занимают операции смешения компонентов РТТ и отливка заряда.

2.7.2.1 Приготовление рабочей смеси порошков

Рабочая смесь порошков представляет собой механическую смесь минерального окислителя, отвердителя, эксплуатационной добавки и антислеживающего вещества. Все компоненты, входящие в состав РСП, должны иметь неорганическую природу.

Категорически запрещается вводить в РСП компоненты, име-ющие органическую природу, а также металлические горючие, сплавы металлов и их гидриды.

Основным компонентом РСП является окислитель, роль которого в большинстве рецептур как у нас, так и за рубежом (США, Франция) выполняет ПХА, выпускаемый в соответствии со строгими техническими условиями (ТУ). Наиболее трудоемкой операцией приготовления РСП является подготовка ПХА, т.к. от его влажности, формы частиц и их распределения по размерам зависят как реологические свойства топливных масс, так и физико-механические характеристики топлива.

Установлено, что наилучшие результаты достигаются при использовании ПХА с двух- или трехфракционным составом, т.к. такое распределение позволяет добиться плотной упаковки частиц и минимального расстояния между ними.

Получение требуемого распределения частиц по размерам и выполнение предусмотренных ТУ размеров и формы частиц являются важнейшими задачами процесса приготовления окислителя. Крупные фракции частиц ПХА поступают в специальном контейнере УК-1 или УК-1М (рисунок 55) с требуемым гранулометрическим составом и влажностью [48].

Транспортный контейнер УК-1 предназначен для транспортирования, хранения и смешения сухих порошкообразных ВМ в производствах ЭКС. Он имеет два варианта исполнения, которые отличаются друг от друга только формой защитных мембран (ЗМ) у вышибных поверхностей (ВП): прямоугольной и круглой. Транспортные контейнеры УК-1 могут изготавливаться как из нержавеющей стали (УК-1М), так и из алюминия (УК-1А). В целях обеспечения безопасности для каждого ВМ определяется свой коэффициент заполнения (КЗ) [52].

Конструктивно транспортный контейнер (ТК) УК-1 выполнен в виде жесткого металлического корпуса 3, сверху которого имеется загрузочный люк 2, а сбоку выгрузочный люк 5, закрываемый крышкой. Две боковые и задняя стенки контейнера имеют окна 1, которые закрываются защитными мембранами 4 (вставками − вышибными поверхностями). Герметичность соединения ЗМ и корпуса обеспечивается прокладкой 6, которая поджимается фланцем 7. Для предохранения ЗМ от разрушения при транспортировании и хранении (в случае удара) установлена крупноячеистая сетка.

1 − окна; 2 − загрузочный люк; 3 − корпус; 4 − защитные мембраны;
5 − выгрузочный люк; 6 − резиновая прокладка; 7 − прижимной фланец

Рисунок 55 − Транспортный контейнер УК-1М: а − с круглыми
защитными мембранами; б − с квадратными защитными мембранами

Общая площадь поверхностей мембран составляет 21 % (для ряда ВМ 40 %) всей поверхности аппарата. В качестве материала для вышибных элементов используется электропроводящий полипропилен − СПП толщиной 3 мм. Применение данного материала продиктовано конструктивными соображениями: при достаточной жесткости и прочности этот материал имеет небольшую плотность (около 0,3 г/см³).

Технические характеристики ТК УК-1М:

Объем	около 1,13 м³.
Диаметр загрузочного люка	200 мм.
Габаритные размеры выгрузочного люка	780×380 мм.
Габаритные размеры УК-1М, м: длина ширина высота	1,3; 1,0; 1,2.
Масса	280 кг.

Контейнер УК-1М выполнен из нержавеющей стали, кроме крышки выгрузочного алюминиевого люка, которая оснащена резиновой прокладкой. В загрузочный люк вставляется патрон с силикагелем для поглощения влаги. В крышке загрузочного люка закреплены два клапана, которые предназначены для уравнивания давления внутри контейнера с внешним атмосферным давлением. Описанная конструкция прошла широкие испытания, которые показали ее хорошую взрывобезопасность.

Для проведения операции смешения контейнер ставится на специальную раму с гидроприводом, которая осуществляет его вращение.

Созданный ТК УК-1 позволяет расширить область его применения, в частности, использования в технологических поточных линиях для межфазового транспортирования, приготовления РСП и накопления РСП.

Получение готовых смесей порошков в единых унифицированных контейнерах УК-1 и доставка их на фазу заполнения контейнерным способом значительно упрощают транспортирование, снижают потери продукта и опасность процесса, стабилизируют технологические параметры, обеспечивают гибкость и мобильность технологического процесса в части приготовления как малых, так и крупных партий полуфабрикатов. В этом случае контейнер УК-1 используется в качестве смесительной емкости или емкости для «освежения» (взрыхления) РСП после длительного хранения или транспортирования.

Мелкую фракцию с размером частиц менее 50 мкм получают измельчением «отсева» на специальных мельницах. Для приготовления РСП можно использовать контейнер КС-4А (рисунок 56) или смеситель ССК-1 (рисунок 57) [48].

1 − привод ротора; 2 − ротор; 3 − загрузочный люк; 4 − лаз с вышибной крышкой; 5 − загрузочное сопло; 6 − коллектор

Рисунок 56 − Контейнер-смеситель КС-4А

1 − корпус (сварная рамная конструкция); 2 – дверь для обслуживания привода; 3 – боковой люк; 4 – шарниры поводковой вилки;

5 – траверса; 6 – ложемент контейнера

Рисунок 57 − Смеситель ССК-1

В сравнении с двухопорной конструкцией в смесителе ССК-1 консольного типа (см. рисунок 56) представляется большая свобода при манипуляциях с контейнером во время работы. Все узлы смесителя ССК-1 закреплены на корпусе 1, который представляет собой сварную рамную конструкцию, обеспечивающую необходимую устойчивость и прочность при воздействии динамических нагрузок.

Ложемент 6 контейнера установлен в шарнирах 4 поводковой вилки, закрепленной на центральном валу. Внутри герметичного корпуса расположен привод, состоящий из электродвигателя с редуктором и цепной передачи. Здесь для удобства обслуживания предусмотрены дверь 2 и боковой люк 3. Надежное крепление контейнера в ложементе обеспечивается траверсами 5 верхнего и боковых прижимов. Траверсы перемещаются с помощью пневмоцилиндров. В рабочее положение под наклоном ложемент с контейнером устанавливается и фик-сируется также пневмоцилиндрами.

В начале работы ложемент смесителя устанавливается в исходное горизонтальное положение и электропогрузчик вкладывает в него контейнер с продуктом (рисунок 58, положение I).

положение I − установка ТК в смеситель ССК-1; положение II − режим перемешивания; положение III − съем ТК

Рисунок 58 − Порядок работы смесителя ССК-1 с ТК УК-1

С пульта управления смеситель включается в работу. Контейнер зажимается, наклоняется и фиксируется в рабочем положении (см. рисунок 58, положение II). В конце операции фиксатор включает вращение контейнера.

По истечении заданного времени вращения электродвигатель отключается, происходят торможение и ориентация ложемента в горизонтальное, а затем в исходное положение. Контейнер освобождается, электропогрузчик снимает и увозит контейнер с готовой смесью (см. рисунок 58, положение III).

Смеситель работает в автоматическом режиме по заданному алгоритму в соответствии с циклограммой. Система управления состоит из пневматической и электрической частей. Предусмотрены все необходимые блокировки, исключающие возникновение аварийных ситуаций.

Информация о готовности к пуску, работе электро- и пневмосистем передается в помещение пультовой.

Схема технологического процесса приготовления РСП в США представлена на рисунке 59 [49].

1 − питательный бункер с окислителем; 2 − загрузочное устройство;
3 – сито; 4 − псевдоожижитель; 5 − низкоскоростной
микропульверизатор; 6 − микрораспылитель; 7 − шаровой затвор;
8 − высокоскоростной микропульверизатор; 9 − циклон;
10 − транспортер; 11 − бункер для взвешивания; 12 − смеситель;
13 − контрольное сито; 14 − хоппер с окислителем

Рисунок 59 − Схема установки для приготовления окислителя ТРТ

2.7.2.2 Технологический процесс приготовления пасты

Паста − это высококонцентрированная суспензия. Технологический процесс приготовления пасты преследует две цели:

флегматизацию энергетической добавки (металлические горючие или их сплавы, гидриды металлов);
упрощение технологического процесса смешения топливной массы.

В зависимости от вязкости горюче-связующего смешение жидких компонентов с порошкообразными наполнителями может осуществляться по технологическим схемам:

для низковязких горюче-связующих (вязкость ниже 100 Па·с) с использованием смесителя планетарного типа (рисунок 60);
высоковязких (вязкость 10001500 Па·с) с использованием смесителя лопастного типа (Вернер-Пфляйдерера) с выгрузочным шнеком, расположенным в нижней части смесителя с последующим усреднением ее в накопительной емкости объемом 13 м³.

1 − термопара; 2 − вал; 3 − редуктор; 4 − люк; 5 − мешалки; 6 − корпус

Рисунок 60 − Схема планетарного смесителя

Процесс приготовления горючей основы ТРТ и материала для покрытия стенок камеры, разработанной в США, представлен на рисун-ке 61 [49].

На пункте приготовления горючего сначала осуществляется смешение компонентов полимерного связующего и различных добавок, используемых для улучшения физических свойств ТРТ и регулирования скорости горения. Такую смесь называют «субсмесью». Затем в нее добавляют металлический порошок и другие твердые компонен-
ты [49].

1 − автоцистерна с пластификатором; 2 − резервуар для хранения
пластификатора; 3 − бункер для взвешивания; 4 − резервуар для

хранения жидкого горючего; 5 − автоцистерна с жидким горючим;

6 − дополнительные жидкие ингредиенты; 7 − питатель твердых

ингредиентов; 8 − резервуар приготовления премикса; 9 − ингредиенты изолирующего материала; 10 − передвижной смеситель;

11 − бак-сборник премикса; 12 − перекачивающий насос;

13 − дозирующий насос; 14 − вертикальный тигель со смесью;

15 − передвижной бак с премиксом

Рисунок 61 − Процесс приготовления горючей основы ТРТ

и материала для покрытия стенок камеры

2.7.2.3 Подготовка технологической оснастки

Технологическая оснастка в сборе с корпусом (прессформой) предназначена для формования заряда и определяет его геометрические размеры.

Оснастка делится на основную и вспомогательную. К основной относится та оснастка, рабочие поверхности которой соприкасаются с топливной массой, на нее наносится антиадгезионное покрытие.

Антиадгезионное покрытие − это тонкая пленка, получаемая нанесением раствора силиконового каучука на поверхность оснастки. Наибольшее применение нашел диметилсилоксановый каучук СКТ-40 в виде 7 и 15%-ного раствора в бензине. Наносится послойно. В раствор вводится отвердитель и катализаторы.

2.7.2.4 Подготовка корпусов

Для обеспечения скрепления заряда СРТТ с корпусом и теплозащитным покрытием на последнее наносят клеевой состав. Одним из наиболее эффективных способов надежного крепления заряда к корпусу через ТЗП является совулканизация, протекающая на контактной границе.

Клеевой состав готовится в лопастном смесителе и наносится на поверхность теплозащитного покрытия с помощью установки УП-1 послойно.

Подготовленный корпус с технологической оснасткой собирается на специальном стенде.

2.7.2.5 Смешение топливной массы и формование зарядов

В настоящее время наибольшее применение для изготовления зарядов СРТТ нашли две технологические схемы:

 способ литья под небольшим давлением;

 свободное литье.

Способ литья под небольшим давлением. Этот способ позволяет перерабатывать топливные массы с общим содержанием наполнителя до 90 % масс.

Особенности отработанной технологии позволяют изготавливать вкладные и прочно скрепленные с корпусом двигателя заряды СРТТ простых и сложных геометрических форм с использованием прецизионного литья без последующей механической обработки, а также получать односоставные, двухсоставные и многослойные заряды.

Максимальный диаметр изготавливаемых моноблочных зарядов СРТТ составляет 2,5 м при массе более 50 тонн. Возможно получение зарядов с массой более 80 тонн диаметром свыше 3 м и со значительно более широкими пределами по габаритам для секционных зарядов, состоящих из отдельных топливных блоков [83].

Технологический процесс смешения топливных масс и формования зарядов по методу литья под давлением проводится в смеситель-ных аппаратах непрерывного действия (СНД). Установка СНД (рисунок 62) позволяет совмещать подачу порошкообразных и жидких компонентов и их непрерывное смешение. Компоненты топлива, дозируемые через синхронную весоизмерительную систему, из расходных емкостей и контейнеров поступают в предварительный смеситель, где происходит смешение порошкообразных и жидковязких компонентов.

1 − предварительный смеситель; 2 − шнек предварительного

смесителя; 3 − вакуумная камера; 4 − вакуумный смеситель;

5 − шнек вакуумного смесителя

Рисунок 62 − Схема аппарата СНД

Полученная смесь поступает в основной аппарат смешения, в котором происходит усреднение и вакуумирование массы. Напорным шнеком готовая топливная масса нагнетается в прессформу или корпус двигателя (рисунок 63). Крупногабаритные заряды формуются при вертикальном положении корпуса двигателя с подачей массы снизу. Процесс осуществляется автоматически с помощью дистанционного управления. Метод литья под давлением применяется при производстве зарядов массой до 50 тонн [83].

Несмотря на то, что схема зарекомендовала себя положительно, в производстве у нее выявились и свои недостатки: сложность в связи с сочетанием большого комплекса дозирующих, передающих механизмов, аппаратов с механическими перемешивающими органами; смешение и формование в одном здании, что приводило к скоплению в нем большой массы топлива; сильное механическое воздействие на массу перемешивающими устройствами, что увеличивало опасность процесса.

1 − вакуум-насос; 2 − емкость порошкообразных компонентов;

3 − циклон; 4 − дозатор сыпучих компонентов; 5 − течка;

6 − импульсный дозатор; 7 − реактор; 8 − фильтр; 9 − дозатор

связующего; 10 − форсмеситель; 11 − смеситель типа «Вернер»

с напорным винтом; 12 − массопровод; 13 − опора; 14 − прессформа

Рисунок 63 − Принципиальная схема технологического процесса
с использованием смесителя СНД

Встал вопрос обеспечения безопасности процесса смешения. Он был решен при использовании объемных смесителей барабанного типа («пьяная бочка»). Сущность смешения компонентов топлива в этих аппаратах заключается в том, что масса смешивается за счет перетекания ее в барабане при кинематическом его движении вокруг горизонтально расположенной диагонали цилиндра, опирающегося на цапфы.

Способ свободного литья. Технологическая схема изготовления СРТТ способом свободного литья в аппаратах барабанного типа представлена на рисунке 64 [87].

1 − контейнер окислителя; 2 − реактор жидковязких компонентов;

3 − мерник связующего; 4 − емкость для алюминия; 5 − смеситель;

6 − изложница; 7 − транспортная платформа

Рисунок 64 − Технологическая схема изготовления СРТТ
способом свободного литья

Для переработки топливных масс по методу свободного литья в настоящее время используются как периодические, так и непрерывные установки смешения, причем процесс периодического смешения имеет определенные преимущества перед непрерывным, обусловленные возможностью обеспечивать более высокую точность дозирования компонентов и лучшее усреднение состава по объему.

По окончании процесса смешения к смесителю подается прессформа или корпус двигателя в сборке с технологической оснасткой, после чего происходит формование заряда в результате свободного слива массы из смесителя. Прессформа или корпус двигателя размещаются при формовании в специальных шахтах.

Изготовление зарядов СРТТ методом свободного литья имеет следующие преимущества: высокую взрывобезопасность процесса, обусловленную разрывом фаз смешения и формования; возможность формования зарядов любых форм и массы; высокую воспроизводимость и стабильность химического состава (среднеквадратичные отклонения основных компонентов составляют 0,2–0,3 %).

Управление технологическими процессами получения топливных масс, формования и отверждения зарядов осуществляется дистанционно с широким использованием автоматизированных систем.

Контроль качества зарядов включает проверку химического состава топлива, его механических характеристик и скорости горения, прочности скрепления топлива со стенками корпуса двигателя и сплошности этого скрепления, монолитности заряда, его геометрических и весовых характеристик и т.д.

Изготовление малогабаритных зарядов производится на полуавтоматах заливки (ПАЗ) [67].

А.А. Рогожиным впервые в стране были разработаны полуавтоматы заливки (ПАЗ-1, 2, 3 и 4). Создание этих ПАЗ решило проблему промышленного производства малогабаритных зарядов из СРТТ.

Весь процесс производства ведется без присутствия человека и контролируется с пульта управления по телеканалам.

Разработано и внедрено четыре типоразмера ПАЗ.

ПАЗ-1 для изготовления зарядов массой до 2,5 кг диаметром
61 мм и длиной 460 мм.

ПАЗ-2 для изготовления зарядов массой от 4,6 до 40,0 кг диаметром от 60 до 200 мм и длиной до 1500 мм.

На ПАЗ-2М можно изготавливать более 20 типов зарядов и одновременно заполнять одну, две или четыре изложницы.

ПАЗ-3 позволяет изготавливать заряды массой до 100 кг.

ПАЗ-4 предназначены для изготовления зарядов массой более 100 кг.

Создание и использование полуавтоматов типа ПАЗ явилось большим достижением в производстве СРТТ. Эти полуавтоматы позволили автоматизировать процесс изготовления малогабаритных ракетных зарядов, значительно снизить трудоемкость, обезопасить людей на всех опасных фазах.

Отверждение топливной массы − это процесс перехода ее из вязкого или вязкотекучего состояния в упругое. Это изменение связано со структурированием. Образование конденсационно-кристаллизаци-онной структуры в топливе происходит за счет линейной, пространственной или линейной и пространственной полимеризации (поликонденсации) в зависимости от природы связующего.

Химическое и физическое структурообразование протекает с изменением объема, как правило, с уменьшением его, а также с выделением тепла.

Отверждение проводят в специальных камерах или колодцах. Изделия, формуемые литьем под давлением, отверждаются в камерах, а свободным литьем − в колодцах.

Отверждение топливной массы начинается с момента подачи теплоносителя (горячей воды) в технологическую иглу и в камеру (колодец) горячего воздуха.

В процессе отверждения контролируется давление внутри корпуса, температура горячей воды, подаваемой в иглу, а также горячего воздуха, подаваемого в камеру (колодец).

Технологический цикл процесса отверждения состоит из трех стадий:

прогрев топливной массы;
собственно отверждение;
охлаждение заряда до давления в корпусе не более 0,1 МПа.

Продолжительность стадий прогрева и охлаждения определяется габаритами изделия, а собственно отверждения − системой вулканизации.

2.7.2.6 Распрессовка

На фазе распрессовки удаляется формующая технологическая оснастка из заряда.

При распрессовке выполняются следующие операции:

разборка соединительных элементов: хомутовых, бандажно-болтовых и др.
снятие отсекателя;
снятие крышки;
извлечение технологической иглы;
выталкивание заряда из прессформы (при изготовлении заряда в изложнице).

Основные параметры, контролируемые при распрессовке:

усилие, необходимое для отрыва деталей оснастки по давлению масла в системе гидроцилиндров;
скорость отрыва или удаления деталей оснастки;
усилие и скорость при выталкивании заряда из прессформы.

Для распрессовки зарядов применяются следующие оборудование и приспособления:

гидравлические стационарные и передвижные пресс-станции;
гидроцилиндры различных типов;
маслостанция;
платформа с регулируемым ложементом;
подъемно-перегрузочные устройства.

2.7.3 Методы контроля качества изделий

Контроль (технический контроль) − проверка соответствия изделия установленным техническим требованиям.

Основные виды дефектов:

раковины (полости округлой формы);
трещины (нарушение сплошности в виде разрывов полимерного материала);
инородные включения (структуры, отличающиеся по составу от основного материала);
пористость (скопление мелких полостей округлой формы);
отслоения (нарушения сплошности на границе наполнитель−ТЗП корпуса;
расслоения (нарушения сплошности в толще корпуса и на границе ТЗП−корпус).

Классификация методов неразрушающего контроля изделий.
В основу классификации методов неразрушающего контроля изделий положены физические процессы взаимодействия физического поля с объектом контроля. С точки зрения физических явлений, на которых они основаны, можно выделить четыре основных вида неразрушающего контроля: радиационный, акустический, электромагнитный и оптический.

Каждый из видов контроля подразделяют на методы по рассматриваемым признакам (таблица 10). Наиболее широко для неразрушающего контроля изделий различных габаритов и конструкций используются радиационный и акустический методы. В значительно меньшей степени распространены электромагнитный и оптический методы.

Таблица 10 − Классификация методов неразрушающего контроля

изделий

Вид контроля	Методы контроля
Вид контроля	по характеру взаимодействия физических полей с объектом контроля	по первичному информативному параметру	по способу получения первичной информации
Радиационный	Прошедшего излучения	Плотность потока	Сцинтилляционный Радиографический Рентгенографический
Акустический	Прошедшего излучения Отраженного излучения Импедансный Собственных колебаний	Амплитудный Временной	Пьезоэлектрический
Вихретоковый	Отраженного поля	Амплитудный Фазовый	Параметрический
Оптический	Отраженного излучения	Амплитудный	Визуально-оптический

2.7.3.1 Радиационный контроль

Радиационные методы контроля основаны на различии в ослаблении ионизирующего излучения или прохождении его через бездефектный и дефектный участки контролируемого изделия. Используются следующие виды ионизирующего излучения: гамма-излучение (радиоактивный изотоп Со⁶⁰); тормозное излучение (бетатрон); рентгеновское излучение (промышленные рентгеновские установки).

Гамма-сцинтилляционный метод. Гамма-сцинтилляционный метод применяется при контроле вкладных и скрепленных с корпусом изделий для выявления внутренних дефектов в наполнителе (нарушений сплошности или однородности). Гамма-излучение, прошедшее через контролируемое изделие, преобразуется сцинтилляционным детектором в электрические сигналы, которые после соответствующей обработки регистрируются в виде дефектограммы. Амплитуда электрического сигнала пропорциональна интенсивности прошедшего через изделие гамма-излучения. Путем последовательного сравнения зарегистрированной в виде электрических сигналов интенсивности определяют наличие или отсутствие дефектов.

Гамма-сцинтилляционный дефектоскоп состоит из радиоизотопного источника гамма-излучения (типа РИД-41 или ГУП-Со-50-2С); электронно-регистрирующей аппаратуры (ГДСД-М, ГУЗД-2900 или ГД-700 и т.п.).

Диапазон контролируемых толщин наполнителя от 100 до 1100 мм.

Чувствительность контроля (объем минимального выявляемого дефекта) от 0,05 до 8 см³. Чувствительность указана для источника гамма-излучения радиоактивного изотопа Со-60 активностью 50 г-экв Ra при производительности контроля 2 м²/ч и отношении сигнал/шум, равном 2.

Погрешность определения глубины залегания дефекта не более 10 %.

Настройка электронно-регистрирующей аппаратуры производится с помощью имитаторов дефектов (дефектометров), изготавливаемых из материала наполнителя или из материала, отличающегося по плотности не более чем на 0,5 г/см от плотности наполнителя.

В настоящее время разработана унифицированная радиометрическая аппаратура РД-11Р, предназначенная для замены РД-10Р.

Радиографический метод контроля. Радиографический метод используется преимущественно при контроле изделий, скрепленных с корпусом, для обнаружения внутренних дефектов наполнителя и отслоений наполнителя от корпуса на участках изделия, не пригодных для контроля гамма-сцинтилляционным и ультразвуковым методами, а также для определения конфигурации и глубины залегания дефектов, обнаруживаемых вышеуказанными штатными методами. В качестве источника тормозного излучения применяется бетатрон Б-5Д-25 с максимальной энергией излучения 25 МэВ и мощностью дозы 80 Р/мин на расстоянии 1 м от мишени. В качестве детектора излучения используется рентгенографическая пленка РТ-1 или РТ-5.

Чувствительность радиографического метода контроля сплошности и однородности наполнителя зависит от характера, местоположения и ориентации дефекта и составляет 1,5–2,5 % контролируемой толщины наполнителя. Оценка чувствительности производится с помощью имитаторов дефектов, изготавливаемых в виде дисков с центральным отверстием. Плотность материала имитатора дефекта не должна отличаться от плотности материала наполнителя более чем на 0,1 г/см³. Выраженное в процентах отношение толщины имитатора дефекта, выявляемого при контроле (различаемого на радиографическом снимке), к контролируемой толщине наполнителя определяет чувствительность метода.

Минимальное раскрытие выявляемого отслоения зависит от диаметра изделия и составляет 0,2–0,5 мм.

Контроль осуществляется по одной из трех схем просвечивания: радиальной, диаметральной и хордовой в зависимости от цели контроля и конструкции изделия.

Контроль выборочный − количество снимков − определяется конструкторской документацией на изделие.

Рентгенографический метод. Рентгенографическому контролю подвергаются вкладные изделия с толщиной наполнителя в направлении просвечивания до 100 мм.

В качестве источников излучения используются рентгеновские аппараты, а в качестве детекторов излучения − рентгенографические пленки РТ-1, РТ-5 и РМ-1.

Чувствительность метода в зависимости от контролируемой толщины наполнителя составляет 1−2 %.

Для оценки чувствительности при контроле изделий с просвечиваемой толщиной до 70 мм применяется канавочный имитатор дефекта по ГОСТ 7512-75, а при контроле изделий с просвечиваемой толщиной от 70 до 100 мм − имитатор дефекта в виде кольца с центральным отверстием. Материал имитатора дефекта должен иметь плотность, отличающуюся не более чем на ±0,1 г/см³ от плотности наполнителя.

Рентгенографический метод может быть применен для контроля сплошности скрепления наполнителя с корпусом или покрытия с наполнителем малогабаритных изделий.

2.7.3.2 Акустический контроль

Акустический контроль основан на анализе параметров упругих колебаний, возбуждаемых в контролируемом изделии. Акустические методы неразрушающего контроля, использующие ультразвуковой диапазон частот, называются ультразвуковыми. В нашей отрасли наш-ли широкое применение теневой и зеркально-теневой ультразвуковые методы, а также ультразвуковой метод изгибных волн. Ограниченное применение имеют ультразвуковой эхо-метод и акустический спектральный и импедансный методы.

2.7.3.3 Ультразвуковые методы

Контроль сплошности и однородности изделий. Контроль сплошности и однородности изделий осуществляется с помощью униц-фицированной УЗ аппаратуры УЗД-Т-30М и унифицированных механических частей УЗД-150, УЗД-450 и УЗД-1000.

Аппаратура УЗД-Т-30М работает в импульсном режиме излучения с частотой посылок 1000 Гц.

Рабочие частоты УЗК − 80, 120, 160 и 320 кГц. Выбор частоты проводится в процессе опытной отработки изделия. Механические части обеспечивают контроль изделий диаметром от 20 до 1000 мм и длиной от 3000 до 600 мм.

Чувствительность контроля (площадь минимального выявляемого дефекта) от 0,25 до 6,0 см².

Акустический контакт создается иммерсионным способом − изделие помещается в ванну с водой. Настройка и периодическая проверка работоспособности дефектоскопа осуществляется с помощью контрольных образцов, содержащих искусственные дефекты в виде сверлений различного диаметра. Контрольный образец изготавливают из бездефектного изделия или из бездефектной его части.

Регистрация результатов контроля производится на дефектограмму.

2.7.3.4 Методы дефектоскопии

Контроль дефектоскопом ЗТА-1П. Дефектоскопом ЗТА-1П контролируется сплошность скрепления наполнителя с корпусом и покрытия с наполнителем. Дефектоскоп ЗТА-1П состоит из электронного блока и излучающего и приемного преобразователей.

Скорость контроля дефектоскопом ЗТА-1П заключается в регистрации уменьшения амплитуды импульсного УЗ сигнала, прошедшего от излучающего преобразователя к приемному через дефектный участок по сравнению с амплитудой сигнала на участке без дефекта.

Уменьшение сигнала регистрируется визуально по экрану электронно-лучевой трубки дефектоскопа.

Контроль осуществляется теневым и зеркально-теневым методами. При контроле участков сплошности конфигурации возможна комбинация теневого и зеркально-теневого методов.

При теневом методе контроля УЗ сигнал проходит через толщу изделия по прямой от ИП к ПП. На экране ЭЛТ дефектоскопа наблюдается один сигнал, являющийся рабочим.

При зеркально-теневом методе УЗ сигнал от ИП приходит к ПП после отражения от границы раздела с воздухом, лежащей на пути прохождения сигнала. На экране ЭЛТ наблюдаются донный и иногда поверхностный сигналы.

При комбинации теневого и зеркально-теневого методов на экране ЭЛТ видны прямой и донный сигналы.

Наличие отслоения на пути прохождения прямого или донного сигнала приводит к резкому уменьшению амплитуды рабочего сигнала на экране ЭЛТ.

Минимальные размеры выявляемых отслоений − 30×30 мм.

Производительность контроля − 4,5 м² /ч.

Рабочая частота УЗК − (405) кГц.

Ввод и вывод УЗК осуществляется контактным способом. Для улучшения акустического контакта на поверхность корпуса и покрытия наносится контактная среда (водный раствор карбоксиметилцеллюлозы или глицерин). Процесс контроля состоит в сканировании поверхности корпуса и покрытия излучающим преобразователем при неподвижном ПП.

По принципу действия дефектоскоп ЗТА-1П является индикатором наличия или отсутствия отслоений и не имеет блоков измерения размеров и глубины залегания дефектов.

Контроль дефектоскопом УКП-1. Дефектоскопом УКП-1 контролируются изделия вкладного варианта с покрытием типа ЭТС, ЭТХ и ЭТЛ.

Дефектоскоп состоит из электронного блока и искательной головки. Контроль основан на использовании упругих изгибных колебаний ультразвуковой частоты. Электрические колебания с генератора электронного блока поступают на излучающий преобразователь искательной головки, который превращает их в УЗ упругие колебания.
В точке контакта ИП с поверхностью покрытия возникают изгибные волны, которые распространяются по покрытию.

Наличие отслоения покрытия от наполнителя благоприятствует возбуждению изгибных волн с большей амплитудой, чем амплитуда волн на бездефектном участке. ПП искательной головки превращает воздействующие на него изгибные колебания в электрические сигналы, которые, пройдя приемный тракт электронного блока, усиливаются, выпрямляются и фиксируются миллиамперметром электронного блока или самопишущим миллиамперметром.

Технические данные дефектоскопа УКП-1:

контролируемая толщина покрытия − до 10 мм;
размеры минимального выявляемого отслоения − 40×40 мм;
рабочая частота – (4010) кГц.

Дефектоскоп УКП-1 имеет автономное питание (две батарейки общим напряжением 9 В).

Настройка дефектоскопа для контроля и периодическая проверка его работоспособности производится с помощью стандартного образца, представляющего собой натурное изделие (или его часть) с искусственно созданными отслоениями покрытия от наполнителя, расположенными на участках с различной толщиной покрытия.

Контроль дефектоскопом УКП-1 производится автоматизированным и ручным способами. Скорость сканирования до 150 мм/с при шаге сканирования до 20 мм. Акустический контакт осуществляется сухим способом.

Контроль дефектоскопом УДМ-3. Дефектоскопом УДМ-3 контролируется сплошность скрепления покрытия из состава 230 с наполнителем. В данном случае реализуется УЗ эхо-метод.

При контроле используется раздельно-совмещенная испытательная головка с номинальной рабочей частотой УЗК 2,5 МГц. Ультразвуковые колебания вводятся в покрытие контактным способом с использованием глицерина в качестве контактной среды.

При наличии отслоения покрытия от наполнителя условия отражения УЗК от границы покрытие−наполнитель более благоприятны, чем в случае отсутствия отслоения. На экране ЭЛТ дефектоскопа появляется отраженный сигнал, и одновременно загорается сигнальная лампочка.

Чувствительность контроля (минимальное выявляемое отслоение) − круг диаметром 6 мм.

Максимальная контролируемая толщина 10 мм.

Цилиндрическая боковая поверхность контролируется механизированным способом, а торцевая – ручным способом.

Настройка дефектоскопа и периодическая проверка его работоспособности осуществляются по стандартному образцу, содержащему искусственно созданные отслоения покрытия от наполнителя.

Контроль дефектоскопом УВФД-1. Дефектоскопом УВФД-1 теневым методом контролируются органопластиковые и стеклопластиковые корпуса изделий для выявления расслоений в оболочке корпуса, ТЗП, манжете и отслоений на границах соединений указанных элементов.

Для использования дефектоскопа УВФД-1 в качестве теневой аппаратуры произведена его соответствующая доработка: испытательная головка разделена на два отдельных преобразователя, а в электронный блок дефектоскопа введен дополнительный каскад для обеспечения записи сигнала на самопишущий прибор.

Контроль обеспечивает выявление дефектов с минимальными размерами от 20×20 до 30×30 мм.

Акустический контакт обеспечивается сухим способом.

Контроль дефектоскопом ИАД-2. Дефектоскопом ИАД-2 контролируются корпуса изделий для выявления дефектов в соединении промежуточного и герметизирующего слоев с оболочкой корпуса и в самих слоях на глубине до 4 мм. Дефектоскоп реализует акустический импедансный метод, основанный на измерении силы реакции поверхности контролируемого изделия на стержень, помещенный на эту поверхность и совершающий колебания звуковой частоты.

При наличии в конструкции отслоения жесткость этого участка снижается, и, следовательно, снижается сила реакции на колеблющийся стержень, установленный на дефектный участок.

Размеры минимального выявляемого дефекта 15×15 мм.

Blog

Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)

Содержание