Тепловой неразрушающий контроль трещин в газотурбинных лопатках с использованием ультразвуковой стимуляции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Описаны результаты неразрушающего контроля лопатки турбины из жаропрочного сплава с керамическим покрытием методом теплового контроля с ультразвуковой (УЗ) стимуляцией. Цель исследования заключалась в определении возможностей метода по обнаружению трещин в лопатке турбины и ее керамическом покрытии. Обработку термограмм проводили методом анализа главных компонент, который позволяет «подчеркнуть» дефектные отметки. Полученные данные показали хорошее соответствие результатам капиллярного неразрушающего контроля при значительно меньшем времени проведения испытания. Продемонстрирована особенность теплового контроля с ультразвуковой стимуляцией при обнаружении сомкнутых трещин керамического покрытия и трудновыявляемых подповерхностных трещин.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. О. Чулков

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: chulkovao@tpu.ru
Россия, 634050 Томск, пр-т Ленина, 30

В. П. Вавилов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: chulkovao@tpu.ru
Россия, 634050 Томск, пр-т Ленина, 30

О. М. Жуков

ПАО «ОДК-Сатурн»

Email: chulkovao@tpu.ru
Россия, 152903 Рыбинск, пр-т Ленина, 163

Список литературы

  1. Henneke E.G., Reifsnider K.L., Stinchcomb W.W. Thermography, An NDI Method for Damage Detection // Journal of Metal. 1979. P. 11—15.
  2. Gleiter A., Riegert G., Zweschper Th., Busse G. Ultrasound Lock-In Thermography for Advanced Depth Resolved Defect Selective Imaging // Insight. 2007. V. 49. No. 5. P. 272—274.
  3. Mignogna R.B., Green R.E., Duke J., Henneke E.G., Reifsnider K.L. Thermographic Investigation of High-Power Ultrasonic Heating in Materials // Ultrasonics. 1981. V. 7. P. 159—163.
  4. Reifsnider K.L., Henneke E.G., Stinchcomb W.W. The Mechanics of Vibrothermography, Mechanics of Nondestructive Testing / Ed. W.W. Stinchcomb. New York: Plenum Press, 1980. P. 249—276.
  5. Favro L.D., Han X., Ouyang Z., Sun G., Sui H., Thomas R.L. IR Imaging of Cracks Excited by an Ultrasonic Pulse / Proc. SPIE “Thermosense-XXII”. 2000. V. 4020. P. 182—185.
  6. Han X., Li W., Zeng Z., Favro L.D., Thomas R.L. Acoustic Chaos and Sonic Infrared Imaging // Applied Physics Letter. 2002. V. 81. P. 3188—3190.
  7. Burke M.W., Miller W.O. Status of VibroIR at Lawrence Livermore National Laboratory // Proc. SPIE. “Thermosense-XXVI”. 2004. V. 5405. P. 313—321.
  8. Литвиненко О.В. Исследование термоакустических эффектов в кремниевых пластинах / Дисс. ... канд. физ.-мат. наук, 2003. 127 с.
  9. Umar M.Z., Vavilov V., Abdullah H., Ariffin A.K. Ultrasonic infrared thermography in nondestructive testing: A review // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2016. V. 52. No. 4. P. 212—219.
  10. Vavilov V.P., Chulkov A.O., Derusova D.A. IR thermographic characterization of low energy impact damage in carbon/carbon composite by applying optical and ultrasonic stimulation // Proc. SPIE “Thermosense-XXXVI”. 2014. V. 9105. P. 91050J.
  11. Rizi A.S., Hedayatrasa S., Maldague X., Vukhanh T. FEM Modelling of Ultrasonic Vibrothermography of Damaged Plate and Qualitative Study of Heating Mechanisms // Infrared Physics & Technology. 2013. V. 61. P. 101—110.
  12. Pieczonka L., Szwedo M., Uhl T. Vibrothermography — Measurement System Development and Testing. Diagnostyka — Diagnostics and Structural Health Monitoring. 2011. V. 2. Is. 58. P. 61—66.
  13. Вавилов В.П., Нестерук Д.А., Хорев В.С. Ультразвуковой инфракрасный метод выявления ударных повреждений и усталостных трещин в металлах и композитах // В мире НК. Март 2010. № 1 (47). С. 36—58.
  14. Ширяев В.В., Хорев В.С. Тепловой контроль ударных повреждений в углепластике с применением ультразвуковой стимуляции // Контроль. Диагностика. 2011 (спецвыпуск). С. 112—114.
  15. Shepard S.M., Ahmed T., Lhota J. Experimental Considerations in Vibrothermography // Proc. of SPIE. 2004. V. 5405. P. 332—335.
  16. Holland S.D., Uhl C., Renshaw J. Towards a Viable Strategy for Estimating Vibrothermographic Probability of Detection // Review of Quantitative Nondestructive Evaluation. 2008. V. 27. P. 491—497.
  17. Holland S.D. First Measurements from a New Broadband Vibrothermography Measurement System // Review of Quantitative Nondestructive Evaluation. 2007. V. 2. P. 478—483.
  18. Hiremath S.R., Mahapatra R., Srinivasan S. Detection of Crack In Metal Plate by Thermo Sonic Wave Based Detection Using FEM // JEST-M. 2012. V. 1. Is. 1. P. 12—18.
  19. Solodov I., Busse G. Resonance Ultrasonic Thermography: Highly Efficient Contact and Air-coupled Remote modes // Applied Physics Letters. 2013. V. 102. Is. 6. Id. 061905. 3 p.
  20. Pye C.J., Adams R.D. Detection of Damage in Fibre Reinforced Plastics Using Thermal Fields Generated During Resonant Vibration // NDT International. 1981. V. 14. Is. 3. P. 111—118.
  21. Ермолов И.Н., Гитис М.Б., Королев М.В. и др. Ультразвуковые пьезопреобразователи для неразрушающего контроля / Под ред. И.Н. Ермолова. М.: Машиностроение, 1986. 280 с.
  22. Umar M.Z., Vavilov V., Abdullah H., Ariffin A.K. Detecting low-energy impact damages in carbon-carbon composites by ultrasonic infrared thermography // Rus. J. NDT. 2017. V. 53. No. 7. P. 530—538. doi: 10.1134/S1061830917070099
  23. Umar M.Z., Vavilov V., Abdullah H., Ariffin A.K. Quantitative study of local heat sources by Ultrasonic Infrared Thermography: An approach for estimating total energy released by low energy impact damage in C/C composite // Composites Part B: Engineering. V. 165. 15 May 2019. P. 167—173.
  24. Naga V., Vakada N.R., Niranjan Kumar I.N., Prasad Katuru B., Madhulata N., Gurajarapu N. Failure mechanisms in turbine blades of a gas turbine engine – an overview // Intern. J. of Eng. Res. and Develop. August 2014. V. 10. Is. 8. P. 48—57.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Лопатка турбины ГТД с керамическим покрытием после наработки.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Структурная схема экспериментальной установки термоакустического контроля.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результат термоакустического контроля стороны А лопатки турбины (точка ввода УЗ колебаний № 1): лопатка турбины при УЗ стимуляции (а); термограмма лопатки турбины с выраженными температурными аномалиями (б).

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение температуры во времени в зонах Д1, Д2, Д3 при УЗ стимуляции лопатки турбины в точке № 1.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результат термоакустического контроля лопатки турбины (сторона А, УЗ стимуляция точки № 2): процесс теплового контроля при УЗ стимуляции точки № 2 (а); оптимальная термограмма исходной последовательности (б); первая компонента (АГК) (в); график изменения температур в зонах дефектов Д1—Д3 (г).

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Результат термоакустического контроля лопатки турбины со стороны А при стимуляции в точке № 3: положение магнитостриктора при вводе УЗ колебаний (а); результат обработки последовательности термограмм методом АГК (б); трехмерное представление карты дефектов лопатки турбины (в).

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результаты обнаружения дефектов методом капиллярного НК.

Скачать (995KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Результаты термоакустического контроля лопатки турбины со стороны Б при вводе УЗ в точке № 4: ввод УЗ в точке № 4 (а); изображение первой компоненты (АГК) (б).

Скачать (1MB)
Метаданные
10. Рис. 9. Результаты термоакустического контроля лопатки турбины (а) со стороны Б при вводе УЗ в точке № 5 (б).

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024