Патент на изобретение №2386961
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ МАГНИТНОЙ ДИАГНОСТИКИ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН ИЗ КОБАЛЬТОВЫХ СПЛАВОВ
(57) Реферат:
В способе магнитной диагностики лопаток турбомашин из кобальтовых сплавов производят определение структуры остаточного магнитного поля детали, возникшей в результате естественного эксплуатационного намагничивания, сравнения ее с эталонными образцами и определение локальных зон с аномальным магнитным полем, соответствующим формируемым и/или сформированным зонам разрушения. Производят также дополнительную оценку параметров магнитного поля в аномальных зонах и определение степени деградации материала лопатки в аномальных зонах путем сравнения измеренных параметров с параметрами эталонов, а о степени деградации материала лопатки в зонах с аномальным магнитным полем судят по разности двух максимальных пиковых значений магнитных параметров, измеренных в пределах каждой из этих зон на одной линии измерения в направлении, пересекающем оцениваемую аномальную зону. Изобретение обеспечивает повышение информативности и достоверности оценки степени и стадии деградации материала лопатки. 8 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий магнитным методом и может быть использовано при выявлении дефектов на деталях из кобальтовых сплавов, работающих в условиях воздействия высоких температур значительных знакопеременных механических нагрузок, например лопаток турбомашин газотурбинных двигателей и установок. Направляющие и рабочие лопатки турбин ГТД и ГТУ в процессе эксплуатации подвергаются воздействиям значительных динамических и статических нагрузок, высоких температур, а также коррозионному и эрозионному разрушению. Для изготовления лопаток газовых турбин применяются жаропрочные кобальтовые сплавы типа FSX-414 и др. При длительной эксплуатации в условиях высоких температур на поверхности лопаток образуются различного рода дефекты, а в сплаве – коагуляция и изменение морфологии упрочняющей фазы и карбидов в теле и по границам зерен, а также насыщение газом. Поэтому дальнейшая эксплуатация таких лопаток становится невозможна. Однако, восстановив физико-химическое состояние сплава, эксплуатацию лопаток можно продолжить. Поэтому своевременная и достоверная диагностика состояния материалов лопаток является достаточно важной ресурсосберегающей задачей. В этой связи для своевременного ремонта турбомашин и предотвращения аварийных ситуаций необходимы неразрушающие методы ранней диагностики лопатки, позволяющие определить период эксплуатации, соответствующий началу необратимых процессов деградации материала детали.
Известны способы магнитной диагностики изделия по магнитным полям, включающие определение структуры магнитного поля детали, сравнения ее с эталонными образцами и определение локальных зон с аномальным магнитным полем, соответствующих формируемым и/или сформированным зонам разрушения [АС Недостатком известных способов является их низкая информативность. Наиболее близким по своей технической сущности, выбранным в качестве прототипа является способ магнитной диагностики изделия по магнитным полям рассеяния, включающий определение структуры остаточного магнитного поля детали, возникшей в результате естественного эксплуатационного намагничивания, и определение локальных зон с аномальным магнитным полем, соответствующим формируемым и/или сформированным зонам разрушения, дополнительную оценку параметров магнитного поля в аномальных зонах и определение степени деградации материала лопатки в аномальных зонах путем сравнения измеренных параметров с параметрами эталонов [Патент РФ Прототип за счет использования информации, связанной с остаточным магнитным полем детали, имеющий эксплуатационное происхождение, а также за счет определения локальных зон с аномальным магнитным полем, соответствующим формируемым и/или сформированным зонам разрушения, позволяет по сравнению с приведенными аналогами повысить достоверность результатов диагностики. Однако как аналоги, так и прототип не позволяют с достаточной степенью достоверности определить, на какой стадии деградации материала или разрушения находится деталь, обратимы или не обратимы процессы деградации материала детали при использовании соответствующих методов восстановления структуры и свойств материала до исходных. Поэтому как прототип, так и аналоги способа магнитной дефектоскопии деталей или элементов конструкций из магнитных материалов не обладают достаточной информативностью и не позволяют определить степень и стадии деградации материала лопатки. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение информативности и достоверности оценки степени и стадии деградации материала лопатки из никелевых сплавов. Технический результат достигается тем, что в способе магнитной диагностики лопаток турбомашин из кобальтовых сплавов, включающем определение структуры остаточного магнитного поля детали, возникшей в результате естественного эксплуатационного намагничивания, сравнения ее с эталонными образцами и определение локальных зон с аномальным магнитным полем, соответствующим формируемым и/или сформированным зонам разрушения, дополнительную оценку параметров магнитного поля в аномальных зонах и определение степени деградации материала лопатки в аномальных зонах путем сравнения измеренных параметров с параметрами эталонов, в отличие от прототипа о степени деградации материала (Di) лопатки в зонах с аномальным магнитным полем судят по разности ( Di=K( где i – номер аномальной зоны (i= от 0 до n); n – количество аномальных зон; К – коэффициент (функциональная зависимость), связывающий выбранный магнитный параметр с состоянием (деградацией) материала лопатки. Технический результат достигается также тем, что в способе магнитной диагностики лопаток турбомашин из кобальтовых сплавов о состоянии лопатки (Dлоп) судят по разности ( Dлоп=К где Dлоп – зона с максимальной деградацией материала лопатки;
Технический результат достигается также тем, что в способе магнитной диагностики лопаток турбомашин из кобальтовых сплавов линию измерения магнитных параметров берут в направлении нормали к линии аномальной зоны, а об увеличении степени максимальной деградации материала судят по увеличению значения Технический результат достигается также тем, что в способе магнитной диагностики лопаток турбомашин из кобальтовых сплавов в качестве параметров магнитного поля в аномальных зонах используют: нормальные составляющие Нр напряженности магнитного поля на поверхности пера лопатки, градиенты величин нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля на поверхности пера лопатки. Определение структуры остаточного магнитного поля детали, возникшей в результате естественного эксплуатационного намагничивания, сравнения ее с эталонными образцами и определение локальных зон с аномальным магнитным полем имеют следующее отличие от того метода, который использован в прототипе. Прототип [Патент РФ Как было установлено авторами, магнитные параметры предполагаемой зоны разрушения характеризуются «эффектом ассиметрии». Сущность этого эффекта заключается в том, что значения магнитных параметров (M’i, M”i) в предполагаемой (или уже проявившейся в виде трещины) зоне разрушения, измеренные по обе стороны от потенциальной зоны образования трещины (несплошности), имеют разные величины, отличающиеся на величину Di=K( где i – номер аномальной зоны (i = от 0 до n); n – количество аномальных зон; К – коэффициент (функциональная зависимость), связывающий выбранный магнитный параметр с состоянием (деградацией) материала лопатки. Более того, было установлено, что сравнение магнитных параметров, отражающих развитие каждого из элементов системы потенциальных или развивающихся линий усталости и трещин, позволяет определить стадию деградации (разрушения) материала лопатки. О состоянии лопатки (Dлоп) судят по разности ( Dлоп=К где Dлоп – состояние материла в зоне с максимальной деградацией материала лопатки;
Например, если значение величины Для повышения точности и достоверности результатов оценки целесообразно также использование варианта с линией измерения магнитных параметров, взятых в направлении нормали к линии аномальной зоны. Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Одним из известных методов производят замер магнитных параметров материала лопатки, определяют общую структуру магнитного поля и его аномальные зоны. Общую структуру магнитного поля оцениваемой лопатки сравнивают с эталонной структурой магнитного поля. Отмечают места расхождения структур магнитных полей исследуемой и эталонной лопатки и, особенно, всплески, характеризующие резкое изменение значений магнитных параметров исследуемой лопатки. Затем более подробно исследуют обнаруженные на пере лопатки локальные зоны с аномальным магнитным полем. Для этого в качестве параметров магнитного поля в аномальных зонах используют нормальные составляющие Нр и/или градиенты величин нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля на поверхности пера лопатки. Снимают картину изменения магнитных параметров в обнаруженных аномальных зонах и оценивают степень деградации материала согласно выражению: Di=K( где i – номер аномальной зоны (i = от 0 до n); n – количество аномальных зон; К – коэффициент (функциональная зависимость), связывающий выбранный магнитный параметр с состоянием (деградацией) материала лопатки. Путем сравнения измеренных параметров определяют два максимальных значения величин Dлоп=К где Dлоп – состояние материла в зоне с максимальной деградацией материала лопатки;
Об увеличении степени максимальной деградации материала судят по увеличению значения Величина При этом используются эталоны лопаток, выполненные из одного и того же исходного материала, имеющие одинаковые размерные и геометрические параметры. Для оценки зависимости значений магнитных параметров материала от степени его деградации во всем исследуемом диапазоне берут начальный эталонный образец, соответствующий нулевой степени деградации, а конечный эталонный образец – максимально возможной (предельной) степени деградации материала. Для повышения достоверности результатов оценки используют дополнительные промежуточные эталонные образцы с фиксированным значением деградации материала. Пример реализации способа Для оценки степени и стадии деградации материала лопаток турбин из кобальтовых сплавов были взяты эталонные образцы лопаток из сплава FSX-414 с различной степенью деградации материала. Снятие магнитных характеристик производилось с помощью магнитоизмерительного феррозондового комбинированного прибора Ф-205.30А. После получения данных с эталонных образцов производился замер магнитных с лопаток, деградация материала которых была осуществлена в процессе эксплуатации. Для контрольной оценки степени и стадии деградации материала эталонных и контролируемых лопаток были использованы разрушающие методы контроля с приготовлением шлифов и проведением металлографических исследований, включая оценку структурно-фазового и химического составов материалов. В таблице 1 приведены магнитные параметры эталонных лопаток, соответствующих соответственно стадиям накопления повреждаемости: исходное состояние лопатки (эталонная лопатка
Сравнительный анализ таблиц 1 и 2 показал, что исследуемая лопатка 1) Максимальные пиковые значения лопатки M’i,=Нр М Степень деградации материала: Di=K( 2) Максимальные пиковые значения лопатки M’i,=Нр М Степень деградации материала: Di=K( 3) Максимальные пиковые значения лопатки M’i,=Нр М Степень деградации материала: Di=К( 4) Максимальные значения
Dлоп=Kл (Поскольку величина 5) Максимальные значения
Dлоп=Kл (Поскольку величина 6) Максимальные значения
Dлоп=Kл (Поскольку величина Приведенные данные по оценке величины деградации материала лопаток с использованием предлагаемого способа магнитной диагностики лопаток турбомашин из кобальтовых сплавов показали, что предлагаемый способ неразрушающего контроля позволяет повысить информативность и достоверность оценки степени и стадии деградации материала лопатки из кобальтовых сплавов, что подтверждает заявленный технический результат.
Формула изобретения
1. Способ магнитной диагностики лопаток турбомашин из кобальтовых сплавов, включающий определение структуры остаточного магнитного поля детали, возникшей в результате естественного эксплуатационного намагничивания, сравнения ее с эталонными образцами и определение локальных зон с аномальным магнитным полем, соответствующим формируемым и/или сформированным зонам разрушения, дополнительную оценку параметров магнитного поля в аномальных зонах и определение степени деградации материала лопатки в аномальных зонах путем сравнения измеренных параметров с параметрами эталонов, отличающийся тем, что о степени деградации материала (Di) лопатки в зонах с аномальным магнитным полем судят по разности ( 2. Способ магнитной диагностики по п.1, отличающийся тем, что о состоянии лопатки (Dлоп) судят по разности ( 3. Способ магнитной диагностики по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что линию измерения магнитных параметров берут в направлении нормали к линии аномальной зоны., 4. Способ магнитной диагностики по п.1, отличающийся тем, что об увеличении степени максимальной деградации материала судят по увеличению значения 5. Способ магнитной диагностики по любому из пп.1 и 2, 4, отличающийся тем, что в качестве параметров магнитного поля в аномальных зонах используют нормальные составляющие Нр напряженности магнитного поля на поверхности пера лопатки. 6. Способ магнитной диагностики по любому из пп.1 и 2, 4, отличающийся тем, что в качестве параметров магнитного поля в аномальных зонах используют градиенты величин нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля на поверхности пера лопатки. 7. Способ магнитной диагностики по п.3, отличающийся тем, что в качестве параметров магнитного поля в аномальных зонах используют нормальные составляющие Нр напряженности магнитного поля на поверхности пера лопатки. 8. Способ магнитной диагностики по п.3, отличающийся тем, что в качестве параметров магнитного поля в аномальных зонах используют градиенты величин нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля на поверхности пера лопатки. 9. Способ магнитной диагностики по любому из пп.1 и 2, 4, 7 и 8, отличающийся тем, что величины К и Кл берут из диапазонов:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||