автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.14, диссертация на тему:Разработка системы контроля коррозионного состояния летательных аппаратов

РГ6 од

• ] ■) ¿ро 'Г г я ГОСУДАРСТиВИНАЯ АКАДЕМИЯ 1ШФТИ И ГАЗА ИМЕНИ И.М.ГУБКИНЛ

На правах рукописи

Ричард Л. Маядонадо

УДК 620.193

\ЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

'пециальность 05.17.14 - Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степенй кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Брукхевенской национальной лаборатории (С1А)

Официальные оппоненты :

доктор технических наук, профессор 1ЛУГЕР М.А.

кандидат химических наук, ст.научн.сотр. ИВАНОВ Е.С.

Ведущая организация : Московский авиационно-технологи-ческий институт им. К.Э.Циолковского

Защита состоится 6 апреля 1993 г в 12 часов на заседании Специализированного Совета Д 053.27.13 по защите диссертаций в Московской академии нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу 117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, •

^•диссертацией мо«но ознакомиться в библиотеке ГАНГ имени И.М.Губкина.

Автореферат разосла

марта 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета к,т.н., доцент

ОБЧОЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. К началу 80-х годов значительно участились случаи различных летных происяествий, в тон числе и аварий с человеческими жертвами, так или иначе связанных с коррозионными разрушениями элементов конструкций самолетов и вертолетов. С одной стороны это связано с недостатками конструкций этих узлов, что предопределило их легкую уязви-кость коррозионными поражениями при обычных условиях эксплуатации. С другой стороны отмечены случаи нарушения правил или условий эксплуатации, когда не заученные от коррозии элементы вынуждены работать в условиях агрессивных воздействий.

Анализ аварий и аварийных ситуаций в этих случаях показал. что оценка степени коррозионного износа летательных аппаратов практически ■ всегда была необъективной. Специалисты рирм-изготовителей летной техники ссылались на недостаточнуп гчательность ремонтных и профилактических мероприятий, а зксплуатирупщий персонал часто относился достаточно формально х соблюдении правил сервиса в части противокоррозионных мероприятий. Кроме того, предусмотренные этими правилами регламентные работы далеко не совервенны с научной, технической и организационных точек зрения.

Результатом недостаточного внимания к специализированным вопросам оценки коррозионного состояния летательных аппаратов и явились частые проявление особенно опасных форм коррозионных поражений элементов конструкций авиатехники, что в результате снизило степень безопасности полетов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Снижение уровня отказов летательных аппаратов по причине коррозионных поражений.

Для достижения поставленной цопи потребовалось решить следупцие задачи :

— анализ коррозионных поражений элементов конструкций ле-

тателышх аппаратов, не выявляемых существующей системой обследований;

- разработка методов экспресс-диагностики коррозионных поражений в полевых условиях;

- ранжировка коррозионных поражений по степени опасности;

- создание системы регламентных работ, позволявшей увеличить вероятность обнаружении коррозионных повреждений элементов конструкций летательных аппаратов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ. Основу исследований в работе составляют радиографические методы диагностики с использованием альфа-частиц, рентгеновских лучей и эффекта Номптоновского рассеяния.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработана система оперативного контроля коррозионных поражений летательных аппаратов, основанная на использовании радиографических методов регистрации продуктов коррозии на поверхности алвминиеиых сплавов, под защитными покрытиями и. позволявшая оценить глубину коррозионного пораве-нкя. Созданы переносные приборы сканирующего типа для оперативной диагностики, применение которых позволило увеличить выявляемое™ коррозионных дефектов с 18-20 до 80 X.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РА50ТН И ЕЕ РЕАЛИЗАЦИЯ В ЛР0МЫ1-ПЕННОСТЙ.

Разработанная система контроля и инспекции коррозионного состояния летательных аппаратов позволяет повысить надежность летательных аппаратов за счет увеличения в 3-4 раза вероятности обнаружения коррозионных дефектов. Она сочетает в себе :

- новые технические возможности и приемы;

- объективность и независимость от коммерческих интересов изготовителей и владельцев летной техники;

- юридическую основу инспекции как гарантию обеспечения

безопасности при полетах;

- использование для проведения инспекции инженерно-технических служб и нормативно-технической документации, в том числе и разработчиков техники.

Разработаны анализаторы коррозионного состояния поверхности и определения защитных свойств покрытий, а также набор эталонов и инструментов для технического инспектора, производящего оценку коррозионного состояния летательного аппарата в нолевых условиях.

Разработана нормативная документация по обследованию летательного аппарата с целью выявления возможных коррозионных поражений, включенная в программу переподготовки технических авиационных инспекторов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты апробировались на конференциях Брукхевенской национальной лаборатории, доложены на семинарах Федеральной Авиационной Ассоциации (1989), Национальной Ассоциации Коррозионных Инженеров США (1990). Результаты работы одобрены и допущены к использованию в практическом обследовании пригодности летательных аппаратов к полету. Работа докладывалась на расширенном научно-техническом семинаре в Государственной академии нефти и газа им .И.М.Губкина (март 1993),

АВТОР ЗАЩАЕТ :

->мстему диагностики сканирующими методами коррозионных поражении на алюминиевых сплавах, в том числе с покрытиями на основе компаундов и в нахлесточных соединениях;

- систему ранжировки коррозионных поражений по степени тяжести;

- систему инспекции в полевых условиях с использованием разработанных технических возможностей и нормативных документов, ориентированную на существующий опыт и знания техничоско-

го персонала.

- б -

ПУБЛИКАЦИИ. Результаты исследований отрааены в 6 научных публикациях и 3 патентных заявках.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

1. Состояние ворпоса и цель исследования

Коррозионные поражения являются одними из самых частых и самых опасных форм старения материалов и элементов конструкций летательных аппаратов в процессе эксплуатации.

Поэтому им уделяется особое внимание при регламентных (профилактических и ремонтных) работах. По существупщим эксплуатационным нормам каждый летательный • аппарат регулярно или по мере накопления определенного числа летных часов подвергается контрольному осмотру (инспекции) с целью выявления

4

возможных дефектов или разруяений и организации ремонтно-про-филактических работ.

Федеральной Ассоциацией Авиации СВА установлены Правила текущих осмотров и регламентных работ летательных аппаратов (рис.1). Система поддержания летной пригодности самолетов и вертолетов по-разному организована для разных типов авиационных организаций.

Естественно, фирмы-производители авиационной техники в сопроводительной й эксплуатационной документации предусматривает порядок и условия обследования летательных, аппаратов. Конструкторы, обладая подробной информацией обо всех узлах самолета и режимах их эксплуатации, в состоянии квалифицированно предусмотреть регламентные работы. Более того, крупные авиастроительные фирмы, такие как Боинг и Локхид, создаст службы из группы своих специалистов для оказания помощи при регламентных работах эксплуатируемой техники.

Регулярные авиалинии Коммерческие авиалинии Вертолеты Частные самолеты

Цункт правил 121 135 127 ■91

Документ План Ркк по эксплуатации регулярных авиалиний, программа регламентных работ План ГАк по поддержанию коммерческих авиалиний, программа регламентных работ Программа регламентных работ -

Программа обследования Регламент Регламент через 100 часов полета ежегодно Регламент через 100 часов полета ежегодно Ежегодно или через 100 часов полета

Персонал Специализированный, служба изготовителя Инспекторы, техники /специализированные или нет, с участием или без участия изготовителя/ Инспектора, техники /специализированные или нет, с участием или без участия изготовителя/ Инспектора, тех-' НИКИ

Рис.1. Схема проведения технических текущих осмотров в гражданской авиации США

Отдельные высококлассные инженеры-специалисты*и консультанты также могут быть подключены при реаёнии каких-либо.специфических вопросов. Как видно из приведенной схемы, только регулярные авиалинии могут пользоваться услугами всех элементов национальной системы поддержания летной пригодности. Это связано с практически каждодневной летной эксплуатацией летной техники и необходимостью частых инспекций каждого самолета или вертолета..

Программа текущего ремонта и обслуживания строго регламентирована, реализуется ! постоянным персоналом на больном числе самолетов, и надежность выявления дефектов при такой организации контроля весьма высока.

Коммерческие линии имеют ограниченные возможности (по организации или финансам) как по содержанию регулярного мтата инженеров, доступу к консультации служб фирм-изготовителей или специалистов, специализации инспекторов.

Программа текущего ремонта и обслуживания может быть также строго регламентирована, но может быть принята; по- схеме обязательно через каждых 100 летных часов. Техническая обеспеченность контроля при этом может быть ниже, чем в первом случае.

Вертолетные линии и частные самолеты вследствие субъективизма владельцев еще более ограничены в возможностях узкой специализации технического персонала, производящего обследования, а также в поддержке служб фирм-изготовителей.

Консультации таких служб и отдельных специалистов весьма дороги, и таким образом инспектор, производящий осмотр самолета. является тем лицом, режение которого о летной пригодности -летательного аппарата, является окончательным.

Без достаточного инструментального обеспечения и технологических инструкций (карт) по проведению обследования коррозионного состояния, в подавляющем случаев специалист по обслпдо ванию опирается только на свои знания и опыт.

Недостаточная специализация многих технических инспекторов в области диагностики коррозионных повреждений приводит ко многим недоразумениям при признании самолета годным к полетам, но имеющего весьма опасные коррозионные поражения.

Существующие методы регламентных работ, в том числе и ' разработанные фирмами-изготовителями летной техники, не в состоянии диагностировать многие формы коррозионных разруве- ' ний, типичные именно для авиации.

Коррозия самолетов и вертолетов чаще всего определяется условиями эксплуатации - географическими, климатическими (морское побережье), и, чти особенно важно, неизбежными температурными колебаниями корпусных деталей при взлетах и посадках. Перепад дневных и ночных температур, особенно весной и осенью, также благоприятствует развитию коррозии из-за образования конденсата во внутренних замкнутых полостях, например, крыла самолета.

Наличие морского тумана (солей и влажности) или влияние переменной влажности особенно в стыках (битовые, заклепочные и сварные соединения) - факторы, особенно благоприятные для развития локальных видов коррозии (щелевой, коррозионного растрескивания и т.д.).

Особенно опасны локальные виды коррозии теа, что вневке их обнаружить трудно, хотя остаточная несущая способность про-корродироваввего узла уже минимальна. Скорость развития локальных форм кпррозии бывает пчель высокой, и разрувения происходят на очень больвув глубину, хотя внеяний вид узла, особенно если он закрытого типа (наприиер, нахлесточное соединение) не изменяется.

Обследованный несколькими специалистами по общепринятой методике самолет был признан годным к полетам, тогда как специалисты по коррозии диагностировали коррозионное расслоение обвивки крыла в месте крепления стойки, щелевую коррозию нах-лест&чного соединения в месте крепления стойки крыла, целевую

коррозию заклепочного соединения кояуха двигателя ^коррозионное растрескивание нахлесточниго соединения коауха двигателя. Вскрытие нахлесточных соединений показало аирину зоны разруяе-ния до 3 ми на всю глубину металла, хотя визуально признаки коррозии практически не были вырешены.

Таким образом, введение самостоятельного раздела определения коррозионного состояния летательного аппарата в регламентных работах по обслуживания летной техники позволяет значительно повысить выявляемость дефектов и повреждений, влияющих на летную пригодность самолета или вертолета.

В соответствии с поставленной целью снижения уровня отказов авиасредств по причине коррозионных повреадений были запланированы и проведены исследования и разработки в следующих направлениях:

- создание системы независимой экспертизы коррозионного состояния самолета;

- разработка методики и научно обоснованных технических «

средств диагностики коррозионных поражений;

- использование организационных и технических средств в полевых условиях для практической инспекции коррозионного состояния самолета.

2. Особенности системы инспекции и диагностики коррозионного состояния летательных аппаратов

Существующие в настоящее время методы обследования летательных аппаратов в той или иной форме охватывают диагностику разрувений по причине коррозии. Особенность этих методов связана с тим, что обследование приходится проводить в полевых условиях, когда не все лабораторные методы доступны, часто опасные (по подвераенности коррозионным поражениям) критические точки труднодоступны, а интерпретация результатов результатов многих методов неоднозначна.

Таблица I

НЕРАЗРУМАЩИЕ МЕТОДУ ОБСЛЕДОВАНИЯ В АВИАЦИИ

Существуш-:Реиаемые: Недостатки ¡Потенциальные новые

щие методы: задачи : : технологии '

1:2: 3 4

Визуальные Трещины Малаа надежность

фвзеляяа Нечувствительность к мелким трещинам Ложное срабатывание на царапинах

■ирокоугольные ска-

нируощие системы

Псоверженствованная

методика

Инструментальные

методы

Коррозий Требуется хорожий, визуальный доступ

Методы для скрытых поверхностей Нейтронная радиография

Коррозионный мониторинг

Вихревые Трещины Сложности в интерпре- Автоматическая рас-токи фвзеляжа тации сигналов- вифровка сигнала

Трудно заметить микро- Специальные сигналы

трещины вблизи соеди- Чсовервенствование • ••

нений ультразвуковых мето-

дов

Больаая длительность Широкоугольные ска-при больжих площадях нируощие системы Доступ к поверхности Только металлы

____________.С-____________

Коррозия Только утонение (измере- Нечувствительность к нне тол- ранним стадиям щины) Требуется доступ

Локное срабатывание при колебаниях толщины

Нейтронная радиография

Коррозионный мониторинг

Ультра- Опреде- Многие отслоения, в Лазерная голография

звук ление том числе "целувщиеся" Инфракрасная термо-

отсяое- в нахлесточных соеди- графия

ний нениях, не имевщие Зсоверненствованные

(пустот) пустот,не определявтся ультразвуковые

Требуется высокая ква- методы лификация измерений и интерпретации

Коррозия Нечувствительность к Нейтронная радио-(измере- ранним стадиям утоне- графия ние тол- ния Коррозионный мони-

щины) Требуется доступ к по- торинг верхности

Высокая квалификация измерений и интерпретации

\

Ложное срабатывание при колебаниях толщины

Трещины Высокая квалификация Автоматизация, в

фюзеляжа измерений и интерпре- том числе и интер-

тации претации

Больная продолжи- Специальные сигналы

1 : 2 : 3 : 4

тельность Широкоугольные ска-

Влиянии геометрии и нирующие системы

направления

Радио- Трещины Высокли квалификация Компьютерная скани-

графия фвзеляаа измерений и интерпре- рующая топография

(глубоко тации Радиография отра-

скрытые) Влияние геометрии и ■ения

направления

Требуется доступ с

двух сторон

Радиационная опасность

Магнитно- Трещины в Только ферромагнитные Усовершенствованные

поромко- узлах по- материалы ультразвуковые

вне садки, Доступность поверх- методы

• коррози- ности Компьютерная скани-

онное Влияние геометрии и нирующая топография

растрес- направления

кивание Требуется размагничи-

вание

Пене- Трещины Только поверхностные Усовершенствованные

транты в двига- трещины методы диагностики

- • теле Низкая надевность машин

Большая продолжи- Микродатчики

тельность

- 14 -

Сводка основных неразрумаюших методов контроля" в авиации и краткая их характеристика приведена в табл.1,

В основе разработки системы коррозионного состояния летательных аппаратов заложены подходы к организации сбора информации, создании алгоритма обследования, применению новых инструментальных методов анализа коррозионных повреждений, разработке набора эталонов для визуальной оценки степени коррозии авиационных материалов, разработке набора инструментов для проведения обследования, создании нормативных документов по обследованию, гарантирусцих высокую выявляемость коррозионных поражений.

Результат разработки такой системы (схема н алгорити проведения обследования) приведен на рис.2.

Схема охватывает организацию, порядок проведения обследования , методы оценки коррозионного состоянии, порядок выдачи рекомендаций на проведение регламентных работ, формы отчета.

С целью максимального использования инструментальных ые-«

годов диагностики коррозионных повреждений в разработанной схеме одним из беновных служит метод образцов свидетелей.

Многие инструментальные методы не могут быть применена прямо на летательном аппарате, без разборки конструкции на отдельные элементы. Образцы-свидетели в этом случае компромиссно решают эту проблему. Отдельные.элементы конструкций заранее выполняют съемныви (например, на резьбовых соединениях). Выбор этих элементов обусловлен типичностью их в конструкции или размецением их в наиболее уязвимых для коррозионных поражений местах. В частности, для крыла с точки зрения коррозии внутренней полости от конденсата характерным является верхняя часть обшивки недалеко от стойки крыла.

Образец-свидетель (сам элемент, часть обшнвкн и т.д.) крепится на летательном аппарате и, естественно, полностью моделирует типичные процессы коррозионных поражений в процессе эксплуатации. Использование части пбживки крыла как обра:(

Извлечение и

инспекция образцов-свидетелей

Испытания и классификация

1 Наличие и тип компаунда"

патентуется

Определение степени коррозии — патентуется

Разработка эталонов -1-

т

Сравнение с

эталонами _ ,1-

Рекомендуемые мери

Рис.2. Система коррозионной инспекции в авиации

ца свидетеля, кроме того, позволяет образовавшееся* после изъятии образца на испытании отверстие использовать как "окно" для визуального осмотра внутренних полостей замкнутого объема.

Для каждого типа самолета и вертолета набор г таких мест установки образцов, строго говоря, индивидуален. Однако, как показала практика обследований, имеется много типичных мест, наиболее уязвимых для коррозионных повреждений (места постоянного увлажнения в туалетах, уплотнения иллюминаторов, стойки крыла, кожух двигателя и т.д.).

В конечном итоге извлёчепные образцы-свидетели классифицируются по видам разрувений. До данной работы подобная классификация не была объективной - так в разных регионах страны разными инспекторами одни и те же коррозионные повреждения относились к разным категориям (n CIA приняты четыре категории повреждений авиационных материалов lia основе алюминия: признаки коррозии отсутствуют, легкая, средняя, тяжелая). В рамках разработанной системы опыт инспекции самолетов по степени коррозионных поражений систематизирован и обобщен в виде набора эталонов', позволяющих повысить объективность оценки состояния поверхности. Эталоны представляют собой пластинки из наиболее распространенного алюминиево-медного сплава с одной из четырех степеней коррозии, н легко могут быть применены в полевых условиях.

В процессе разработки системы создан метол инструментальной оценки состояния поверхности и прибор для проведения измерений (патентуется, описан ниже).

Оценка состояния образцов или элементов конструкций зависит от наличия на металлической поверхности защитных покрытий. Такая оценка базируется на определении защитных свойств существующего покрытия, оценки состояния металлической поверхности под покрытием и скорости подпленочной коррозии.

К сожалению, техническая документация на существующие противокоррозионные компаунды основана в основном на контроле

исходных показателей (вязкость, сухой остаток и т.п.), а свойства получаемых покрытий нормируются в лучшем случае как факультативные или справочные показатели. Мегду тем инспектора интересуют именно свойства покрытия и защищаемого глсмента конструкции, причем оценка должна проводиться неразуушающими методами.

В рамках данной работы также разработан метод оценки именно таких показателей, в том числе и подпленечной коррозии, а также соответствующий регистрационный прибор (также патентуются и описаны ниже). Количественная оценка коррозионного состояния образцов в конечном итоге трансформируется в заключение инспектора о пригодности летательного,. аппарата к полетам по степени коррозионного износа.

На этой же стадии инжгнер дает рекомендации по ремонту, замене, нанесению защитных покрытий, профилактических мероприятиях по поддержанию летных качеств техники, а также о необходимости наблюдений или системы мониторинга наиболее опасных в коррозионном отношении мест.

По окончании инспекции образцы-свидетели устанавливаются на место, после чего составляется отчет об оценке коррозионного состояния самолета или вертолета.

Следовательно, разработанная система объединяет организа-' ционные мероприятия, знания и опыт эксперта, а также инструментальные средства для вынесения объективного заключения по результатам инспекции.

3. Разработка технических методов и средств контроля коррозионного состояния летательных аппаратов

Для разработки системы эталонов степени коррозионного поражения поверхности металлических изделий необходим количественный метод неразружающего контроля. В качестве такиго метода был использован способ регистрации отраженных частиц, разрабо-

тинный Резорфордом.

Сущность его заключается н бомбардировке исследуемой поверхности альфа-частицами с регистрацией спектра частиц, отра-ненных при столкновении с ядрами элементов, входящих в структуру поверхностной зоны исследуемого образца.

В работе использовали альфа-частицы с энергией 2,0 Меи, полученные на электростатическом ускорителе Брукхевенской национальной лаборатории. Пучок частиц фокусировали до диаметра

1 мм на мимени-образце. Энергетический спектр рассеянных аль-

1

фа частиц регистрировали с помощью силиконового детектора барьерного типа толщиной 30 мм. Степень разрешения по энергии такогр детектора 15 Кпи. Детектор-приемник располагали на расстоянии 10 см от мииени под углом 1501 к исходному пучку, чтобы исключить регистрацию малоугловых рассеяний.

По специальной методике, обеспечивающей репрезентативность, отобраны образцы алюминий-медного сплава 2024-ТЗ, наиболее мироко распространенного в авиастроении С1Й. Образцы эксплуатировались в различных природных и климатических зонах СЮ, а степень их коррозионного износа предварительно бмла экспортно оценена и отнесена к одной из четырех вышеуказанных градаций. В группах этих образцов исследовали изменение химического Состава' поверхности в зависимости от степени коррозионного разрунения поверхности (рис.3).

На рисунке ЗА виден пик энергетического спектра кислорода и ступенька в области, характерной для алюминия. Этот пик связан с естественно присутствующей тонкой пленкой оксида алюминия на поверхности сплава. Толщина этой пленки мала по сравнению с глубиной проникновения альфа-частиц, поэтому и наблюдается пик, а не ступенчатое снивение интенсивности спектра. 1тот случай диагностирован для отсутствия коррозионнмх поранений.

В случае малой степени коррозии (ЗВ) глубина поранения (и образования оксида) достаточна для появления ступенчатой формы

(МлЧ) Эндргия ,4 о« ов ю ' •' ' «■

с.м.у/ («»V) Энергия

«К 1 » 1 I »

в«< О*

сквп<>«1 Канал • 1п*гду (М.У) ймергия

1.0 IV 1«

т~

70» XXI «оо км

гкопп«! Канал

£"«")/ (««V) ЕНвргня 0« О» Ов 10 1} к

■ сьопл«4 Какал

МО 300 «10

С!и>пп*1 Канал

Рис.3. Энергетические спек*ры рассеяния альфа-частиц на алюминиевом сплаве 2024-ТЗ А-коррозия отсутствует; В - малая; С - средняя; Д - сильная

спектра в области, характерной для кислорода. Для средний (ЗС) и особенно сильной степени (ЗО эта ступенчатая форма особенно заметна, причем интенсивность спектра для алюминия (разность интенсивностей в характерной области) значительно снимается по сравнению ск случаем (ЗА) - естественно, с росгом содержания кислорода снижается содержание алюминия в поверхностном слое, В двух: последних случаях глубина проникновения альфа-частиц может стать' соизмеримой с глубиной коррозионного поражения. Следует отметить и появление спектра, характерного для хлора -испытания проводили на образцах-свидетелях, эксплуатир.овав-яихся в реальных условиях, в том числе и на океанском побе-•режье.

Поскольку по изменению интенсивности спектра в характеристических точках можно судить а концентрации данного химического элемента в исследуемом слое, то был предложен интегральный показатель степени коррозионного поражения в повгрх-ностном слое - коррозионный индекс (рис.4).

Он численно равен отношению интенсивностей изменения спектров кислорода и алюминия и изменяется от нуля при отсутствии коррозии до почти трех в случае сильной коррозии. Сходимость результатов, как видно из графика, хорожая и позволяет статистически и количественно обосновать ранжирование ■ повреждений по степени их глубины. -

Статистическая обработка результатов исследований образцов, предварительно оцененных инспекторами, позволила создать на базе разработанного метода набор эталонов, позволяющий облегчить в полевых условиях отнесение коррозионного состояния поверхностей к категориям тяжести поражения.

Поскольку размер ионного пучка сравнительно мал, это дает возможность построить график зависимости степени коррозионного разрушения, оцененную по содержанию кислорода в поверхностных слоях, от координат исследуемой зоны.

Разработанная методика легла в основу прибора-анализатора

- коррозия отсутствует;.

- легкая коррозия;

- средняя коррозия;

- тяжелое коррозионное поражение

Рис.4. Показатели по разработанному коррозионному критерию

- 22 -

поверхности, который в настоящее время патентуется в CIA.

Метод регистрации отраженных частиц был применен и для случая оценки защитных свойств покрытий на основе противокоррозионных композиций (рис.5). Здесь проблема во многом связана

с традиционным подходом разработчиков компаундов с точки зре-

s

ния контроля за исходными показателями (вязкость, дозировка и т.д.).

Естественно, что на конечный результат - защитною способность покрытия - влияет также и подготовка поверхности и технология нанесения и отверждения (суяки) покрытия. Именно этот показатель - защитная способность - в конечном итоге интересует пользователей, и именно его трудно объективно определить.

В рамках работы на основе метода отраженных альфа-частиц разработан сканер-анализатор защитных покрытий. Суть его заключается в том, что проникающие через покрытие и отраженные верхними слоями алюминиевого сплава альфа-частицы могут служить основой для регистрации коррозионного состояния поверхности под защитным покрытием. Для этого снимается спектр образца с нанесенным покрытием .

Имея набор спектров для металлической поверхности без покрытия и набор спектров для серийно применяемых а авиации компаундов (предстаглены образцы); можно по разности интенсивности в характерных областях сделать вывод о коррозионных процессах под пленкой покрытия.

Этот метод и прибор также в настоящее время патентуется как неразрунавщий метод контроля с одной стороны защитных свойств покрытия, а с другой - процессов подпленочной коррозии. Метод также позволяет производить количественную оценку качества образцов (элементов конструкций).

Больной проблемой является и диагностика коррозии на поверхности раздела закрытых (неразъемных) соединений типа нахлесточных .

0.10

0.0

Energy (M«V) Энергия 0.5 1.0 1.5

200 400

Chonnel Канал

eoo

0.10

o.o

o.oa

0.06

; 0.04

0.02

0.00

Energy <MeV) Энергия 0.S 1.0 1.5

-! 1 'в

- С -

• N 0

! Ц Л N°rÄ/l р

-]

\/Я /

200 400 600

Channel Канал.

eoo

A - спектр поверхности, покрытой компаундом CPCI.09I; В - спектр поверхности, покрытой компаундом CPC3.09I

Рис.5. Спектр поверхности конструктивного элемента самолета, защищенной компаундом

Визуз-лымя диагностика здссь невозможна, поэтому при исследовании была применена методика радиографического метода обследования таких соединений с применением эффекта Кокптона (рис.6).

Изменение спектра рассеяния по линейной координате, отсчитываемой от края нахлссточного соединения, покапывает наличие зоны начала локального коррозионного дефекта (трещины) на расстоянии 10 см от края в данном образце.

Дополнительно данный образец сфотографирован в гамма-лучах (источник энергии кобальт -57) на поляроидную пленку , и на фотографии четко диагностируется участок коррозионного поражения между заклепками.

Построив зависимость спектра от линейных координат, можно получить т.н. коррозионнув карту закрытого соединения ( в данном случае - нахлесточного) г линейную, плоскую или трехмерную. Такая карта является основой для количественной оценки и объективного ревения о состоянии данного стыка или соединения.

Метод может применяться к образцам-свидетелям или непосредственно на несъемных элементах летательного аппарата.

Разработанная в целоы система организации инспекции коррозионного состояния летательных аппаратов, разработка методик и приборов количественной оценки этого состояния, выявление к ранжировка факторов, влияющих на степень коррозионного поражения элементов летательного аппарата в совокупности были рассмотрены и одобрены Федеральной Ассоциацией Авиации, в ре-а зультате чего был создан возглавляемый автором первый Научно-технический центр по авиационной коррозии. Помимо проводимых научных исследований и диагностики самолетов и вертолетов, в центре обобщен практический опыт полевых обследований и разработана методика и инструкция по проведению такого обследования. На ее основе открыты курсы переподготовки технических инспекторов, и результаты данного исследования вовли в программу этих курсов.

о

Й1С.6. Карта коррозионного состояния нахлесточного соединения конструктивного элемента самолета

Рис.7. Трехмерная карта коррозионного поражения в нахлесточном соединении конструктивного элемента самолета

Естественно, остающийся один на один с самолетом инспектор в полевых условиях должен быть хоромо технически оснащен, и нами разработан комплект инструментов для проведения обследования, Он включает шаблоны, осветители, перископ (для недоступных мест) и т.д. Он значительно ускоряет проведение работ и облегчает работу инспектора.

ВЫВОДЫ

1. Разработана система оперативного контроля коррозионных поражений летательных аппаратов, основанная на использовании радиографических методов регистрации продуктов коррозии на поверхности алюминиевых сплавов, под защитными покрытиями и позволяющая оценить глубину коррозионного поражения.

2. Остановлено, что регистрация отраженных поверхностью альфа-частиц позволяет по соотноненив интенсивностей спектров кислорода и алюм, ¡ия провести ранжировку степени коррозионного поражения поверхности алюминиевых сплавов типа Al-Cu.

3. Показана возможность использования радиографических спектров отражения для количественной оценки степени коррозионного поражения поверхности алюминиевых сплавов под покрытием, а также изменений защитных свойств покрытия.

4. Предложен метод й оборудование для регистрации коррозионных поражений и очагов растрескивания в нахлесточных соединений, использующий мягкое рентгеновское излучение (ко-бальт-57).

5. Создана и реализована на практике система незавиг"мой инспекции летательных аппаратов по их коррозионному состоянию, включающая технические возможности инспекторов, служб фирм-изготовителей и разработанные методики и оборудование, позволяющие повысить выявляемость коррозионных поражений с 18 - 20 до 80 %.

6. Разработана система эталонов для полевого примртжия

техниками и инспекторами, основанная на ранаировании состояния поверхности по четырем категориям коррозионного порамения ( отсутствует, малая, средняя, тяжелая).

7. Разработан набор инструментов для полевого применения при инспекции летательного аппарата в отношении коррозионного состояния, позволявций производить обследования в труднодоступных местах.

8. Разработанные система инспекции и технические средства для ее проведения утверадены Федеральной Ассоциацией Айиации и применяется в практике регламентных работ в авиации и вомли в программу переподготовки авиационных инспекторов CIA.

Основное содермание диссертации изложено в следующих публикациях :

1. Maldonado R.L. Introduction То Aircraft Corrosion, Federal Aviation • Adainistration Inspection Authorization Seainars, 1989/90.

2. Maldonado R.L., Process Specification For The Application Of Corrosion Preventative Coapounds, Federal Aviation Adainistration and National Association Of Corrosion Engineers, 1990. '

3. Book, Maldonado R.L., Aircraft Corrosion Inspection, Pending revision and publication, 199Û, publisher AMS Inc.

4. Book, Maldonado R.L., Aircraft Corrosion Maintenance and Repair, In progress, publisher AHS Inc.

5. Maldonado R.l.., Xue D., 3ones K.H., Assessaent of Aircraft Corrosion Using Rutherford Backscattering Analysis, to be published 1993.

6. Maldonado R.L., Xue D., Jones K.H., Analysis of Corrosion-Preventative Coapounds Applied to Aircraft Structures, to be published 1993.

7. Maldonado R.L. and 3ones K.H. Assessaent of.Aircraft

Corrosion Using X-Rays and Radioactive Sources, BAR/BNL report of findings, Federal Aviation Administration, FAA Technical Center, Hational Aging Aircraft Research Prograi, 1992.