Лазерно-ультразвуковой метод и средство дефектоскопии паяных соединений
На правах рукописи
Кинжагулов Игорь Юрьевич ЛАЗЕРНО-УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД И СРЕДСТВО ДЕФЕКТОСКОПИИ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Специальность 05.11.01 – Приборы и методы измерения (механические величины)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург 2013 2
Работа выполнена на кафедре измерительных технологий и компьютерной томографии Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Марусина Мария Яковлевна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор МГУ им. М.В.Ломоносова Карабутов Александр Алексеевич доктор технических наук, профессор Национального минерально-сырьевого университета «Горный», Заслуженный деятель науки РФ Потапов Анатолий Иванович
Ведущая организация: ОАО «НПО Энергомаш им. академика В.П.Глушко», 141400, Россия, Московская обл., г. Химки, ул. Бурденко, д.
Защита состоится «06» июня 2013 г. в 16-00 на заседании диссертационного совета Д212.227.04 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, ауд. 206.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.
Автореферат разослан «06» мая 2013 г.
Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять по адресу университета: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49, учёному секретарю диссертационного совета Д212.227.04.
Ученый секретарь диссертационного совета Д212.227.04, кандидат технических наук, доцент Киселёв С.С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы Развитие ракетно-космической техники (РКТ) является одним из направлений (вместе с ядерной энергетикой, био- и нанотехнологиями, системами искусственного интеллекта), формирующих новый технологический уровень России. Создание изделий РКТ новых поколений должно основываться на глубоких конструкторских, технологических и материаловедческих исследованиях. При этом новые материаловедческие решения определяют уровень как конструкторских, так и технологических разработок, обеспечивая повышение качества изделий РКТ.
При производстве изделий РКТ используются специальные материалы и различные технологии создания сложных соединений, такие как вакуумно компрессионная пайка, сварка трением с перемешиванием и др. Широко применяемые в РКТ традиционные методы и средства неразрушающего контроля (НК) не обеспечивают требуемого уровня достоверности данных о наличии дефектов микроуровня в сложных соединениях (по предварительным оценкам, раскрытие неспая может составлять несколько микрометров, а непропая – несколько десятков микрометров). Сложность разработки технологий НК паяных соединений обусловлена особенностями конструкции изделий, например камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а также допустимыми размерами дефектов, которые существенно влияют на безотказность работы и прочность двигателей.
Качество паяных соединений сопел камер ЖРД и возникающие в них из-за нарушения технологии производства дефекты типа «неспай» (непропай, отрыв) выступают в качестве объекта научных исследований диссертации.
Общие проблемы НК качества изготовления паяных соединений нашли широкое отражение в трудах С.Н. Лоцманова, А.Н. Парфенова, В.Н.
Бакутина, А.Л. Ремизова и др., однако рассматриваемые в них методы НК (рентгеновский, вихретоковый, магнитный, тепловой, ультразвуковой и др.) не могут применяться при контроле качества паяных соединений сопел ЖРД.
Анализ показал, что современные ультразвуковые методы с возбуждением ультразвуковых волн пьезоэлектрическими преобразователями также не могут использоваться для НК паяных соединений камер сгорания ЖРД. Это связано с высокими значениями длительности ультразвукового импульса, глубины «мертвой зоны» и диаметра зондирующего пучка.
В настоящее время одним из наиболее перспективных для НК качества паяных соединений сопел камер ЖРД представляется лазерно ультразвуковой метод с использованием термооптического возбуждения акустических волн, описанный А.А. Карабутовым, М.П. Матросовым, И.М.
Пеливановым и др. Его преимущества: малая длительность зондирующего импульса, малый диаметр зондирующего пучка и апериодичность зондирующего импульса (позволяет определить акустический импеданс неоднородности). Однако пока не разработаны научно обоснованные модели, учитывающие особенности конструкции изделий РКТ, методы и методики лазерно-ультразвукового контроля (ЛУЗК), которые позволяли бы достоверно определять наличие или отсутствие непропая (неспая, отрыва) в паяных соединениях сопел камер ЖРД, что определяет актуальность темы диссертационных исследований.
Предметом научных исследований в диссертации выступают модели, методы и методики ЛУЗК и особенности его использования для контроля качества изготовления паяных соединений сопел камер ЖРД.
Цель работы – повышение достоверности результатов контроля качества изготовления паяных соединений сопел камер ЖРД.
Задачами исследования являются:
1) анализ методов контроля качества паяных соединений;
2) разработка модели термооптического возбуждения и распро странения ультразвуковых волн в паяных тонкостенных изделиях РКТ;
3) разработка метода и средства контроля качества изготовления паяных соединений на основе лазерно-ультразвуковой дефектоскопии;
4) разработка методики контроля качества изготовления паяных соединений тонкостенных изделий РКТ и ее экспериментальная апробация на примере сопел камер ЖРД 14Д23 и РД0124А.
Методы исследования Для решения задач используются методы теории акустики, теории оптики и теории прочности. Полученные результаты обрабатывались при помощи методов математической статистики в программной среде Exсel.
Вычисления выполнены с помощью пакета прикладных программ MATLAB.
Положения, выносимые на защиту 1. Обоснование применимости метода ЛУЗК для контроля качества изготовления паяных соединений сопел камер ЖРД.
2. Комплекс моделей термооптического возбуждения и распро странения ультразвуковых волн в паяных тонкостенных изделиях РКТ.
3. Метод и средство контроля качества паяных соединений сопел камер ЖРД на основе лазерно-ультразвуковой дефектоскопии.
4. Методика лазерно-ультразвукового контроля качества изготовления паяных соединений тонкостенных изделий РКТ.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1) корректно обоснована возможность применения метода ЛУЗК для контроля качества изготовления паяных соединений тонкостенных изделий РКТ.
Впервые предложено использовать термооптическое возбуждение ультразвуковых колебаний для генерации акустических пучков малого диаметра;
2) разработан метод, позволяющий существенно повысить достоверность контроля качества изготовления паяных соединений сопел камер ЖРД. При реализации метода впервые предложено использовать оптоакустический преобразователь, конструкция которого позволяет генерировать ультразвуковые волны непосредственно в стенке сопла камеры ЖРД с учетом ее физических параметров и особенностей конструкции.
Обоснованность и достоверность обеспечиваются согласованностью результатов исследований и их соответствием положениям теории акустики, теории прочности и экспериментальной апробацией разработанного метода на предприятиях ракетно-космической отрасли.
Практическая ценность работы Результаты исследований позволяют выявлять дефекты типа «непропай» (неспай, отрыв) эффективной площадью от 1 мм2 с раскрытием менее 2 мкм;
существенно повысить достоверность результатов контроля качества изготовления паяных соединений сопел камер ЖРД за счет применения разработанного метода. Использование разработанной методики позволило оперативно принимать решение о допуске камер ЖРД к огневым испытаниям и их приемке в эксплуатацию.
Реализация результатов работы Основные результаты исследований реализованы в ОАО «НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко», о чем свидетельствует Акт о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы.
Апробация результатов работы Результаты исследований докладывались на XL научной и учебно методической конференции НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2011);
VIII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (Санкт Петербург, 2011);
XLI научной и учебно-методической конференции НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2012);
отраслевой конференции «Проблемы контроля качества пайки и конструкционных покрытий, наносимых на камеры ЖРД РКТ» ГНЦ ФГУП «Исследовательский центр им. М.В.
Келдыша» (Москва, 2012);
I Всероссийском конгрессе молодых ученых IX Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (Санкт Петербург, 2012);
I Международной научно-практической конференции «Технические науки: современные проблемы и перспективы развития» (Йошкар-Ола, 2012);
XV Международной заочной научно-практической конференции «Инновации в науке» (Новосибирск, 2012);
XLI научной и учебно-методической конференции НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2013).
Исследования проводились в рамках НИР «Экспериментально теоретические исследования методов и средств неразрушающего контроля технического состояния элементов изделий космической техники на различных этапах жизненного цикла», шифр «Мираж», составная часть НИР «Эксперимент» и ОКР «Разработка методик контроля качества изготовления элементов двигателя РД-171М», шифр «Факел».
Публикации По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, 3 из них – в периодических изданиях из списка ВАК. Подана заявка на изобретение на технические решения, реализованные в разработанной методике.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы (102 наименования). Основной текст работы (130 страниц) включает 11 таблиц и 56 рисунков.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационных исследований, сформулированы цель исследований, научные положения, выносимые на защиту, приведена краткая аннотация работы.
В первой главе проанализированы различные методы контроля качества изготовления паяных соединений. Приведены особенности конструкции сопел камер ЖРД (рис. 1), накладывающие существенные ограничения на применение методов НК. Проанализированы дефекты паяных тонкостенных конструкций, а также возможные методы их выявления.
а) б) Рисунок 1 – Эскиз (а) и внешний вид (б) подколлекторного кольца зоны сопла верхнего камеры ЖРД 14Д Анализ методов контроля показал, что ввиду высокой стоимости и сложности конструкции сопел камер ЖРД применение разрушающих методов экономически необоснованно. Использование традиционных методов НК, таких как магнитный, рентгеновский и ультразвуковой, ввиду различных причин не привело к положительному результату. Как показала практика, необходимо применять новые методы и разрабатывать новые средства неразрушающего контроля.
Одним из путей решения проблемы контроля качества изготовления паяных соединений сопел камер ЖРД является применение лазерно ультразвукового контроля с термооптическим возбуждением ультразвуковых колебаний.
Впервые корректно обоснована возможность применения средств лазерно-ультразвуковой дефектоскопии для контроля качества изготовления паяных соединений тонкостенных элементов изделий РКТ, в частности, сопел камер ЖРД. Для возможности использования данных средств необходимо разработать комплекс моделей, метод и на их основе – методику неразрушающего контроля.
посвящена разработке комплекса моделей Вторая глава термооптического возбуждения и распространения ультразвуковых волн в геометрически сложных конструкциях паяных соединений. В предлагаемом комплексе оптоакустический (ОА) тракт условно делится на ближнюю зону возбуждения и оптоакустической трансформации лазерного импульса и дальнюю зону распространения ультразвуковых импульсов.
За счет термооптического возбуждения в ближней зоне генерируются ультразвуковые сигналы. Согласно работе [1], «форма акустического импульса при термооптическом возбуждении определяется как характеристиками среды – коэффициентом поглощения света, скоростью звука, так и параметрами лазерного излучения – длительностью импульса и диаметром пятна. Основная задача состоит в том, чтобы разделить влияние формы лазерного импульса и свойств среды на профиль акустического сигнала». Для решения данной задачи предложено использовать метод передаточных функций.
На рис. 2 приведена схема, иллюстрирующая принцип лазерного термооптического возбуждения звука [2]. На границу раздела с поглощающей средой падает лазерный импульс с интенсивностью I = I 0 f (t ) g ( x / y ), где f (t ) и g ( x, y ) описывают соответственно временную и пространственную форму импульса. Ось z направлена в глубь поглощающей среды.
За счет неоднородного нагрева при поглощении лазерного излучения среда расширяется, и в ней возникает импульс давления. Спектр p( ) импульса давления, возникающего в поглощающей среде за счет термооптического преобразования, находится как [3]:
~ p( ) = I 0 f ( ) K ( ), (1) ~ где I 0 f ( ) – спектр огибающей интенсивности лазерного импульса;
K ( ) – передаточная функция.
Прозрачная среда Поглощающая среда p ptr акустический импульс лазерный tr импульс акустический импульс µa 0 Z Рисунок 2 – Лазерное термооптическое возбуждение звука Фактически задача сводится к определению передаточной функции, зависящей от параметров поглощающей среды и условий на границе. В случае однородно поглощающей среды функция выражается в виде [3] 1 iN a i i M b + N m VL K ( ) = + (2), c p 1 + N 1 + i / t t t 1+ M 1 + a где * = (1 4VS2 /3VL2 ) – эффективный коэффициент теплового расширения поглощающей среды;
с р,, VS, VL – соответственно удельная теплоемкость, коэффициент теплового расширения, скорости сдвиговой (крутильной) и продольной волн;
t = µ a2, a = µ a VL – характерные частоты, на которых волновой вектор тепловой и акустической волн равен коэффициенту поглощения света µ а в поглощающей среде ( – температуропроводность);
m = t / a ;
N = 0VL / 0 VLtr – отношение акустических импедансов (волновых tr сопротивлений) поглощающей и прозрачной сред ( 0 и 0tr – плотность поглощающей и прозрачной среды);
M = 0 c p / 0tr c tr tr – отношение p тепловых потоков в поглощающую и прозрачную среды;
b характеризует относительный вклад прозрачной среды в генерацию звука.
Эволюция профиля ОА-импульса при ограниченных поперечных размерах пучка с учетом геометрически сложных ограниченных областей распространения в поглощающей среде описывается с помощью уравнения Хохлова–Заболотской–Кузнецова [4]:
p p b1 2 p V L p = p, (3) z 0V 3 2 0 V 3 2 L L где p – акустическое (избыточное) давление, = t z / V L – время в «бегущей» в направлении z со скоростью VL системе координат, = 2 / x 2 + 2 / y 2 – лапласиан по поперечным координатам x и y, – безразмерный параметр, характеризующий нелинейные свойства среды, вызванные наличием структурных неоднородностей (в данной работе =150).
Таким образом, поэтапный подход позволяет рассчитать форму ОА сигнала, возбуждаемого в поглощающей среде, и проанализировать дифракционные искажения импульса при распространении в ближней зоне, а также учесть геометрические особенности, влияющие на трансформацию сигнала.
Дальняя зона распространения ультразвуковых импульсов близка по геометрическим характеристикам к цилиндрам (ребро) и пластинкам (наружная стенка). Исходя из этого ее возможно описать уравнениями распространения нормальных ультразвуковых волн в пластинках и цилиндрах, приведенными в работах Т.Микера и А. Мейтцлера [5].
Дисперсионное уравнение для продольных волн записывается в виде tgb 4(b) 2 ( b)(b) =, (4) tgb ((b) 2 ( b) 2 ) а для изгибных нормальных волн в виде tgb ((b) 2 ( b) 2 ) =, (5) tgb 4(b) 2 ( b)(b) где b соответствует плоскости ограничения пластинки (ребра) x = ±b ;
b, b, b – постоянные распространения вдоль осей x, y и z соответственно.
Поскольку b и b зависят только от b, b / VS ( b – угловая частота) и коэффициент Пуассона, приведенные дисперсионные уравнения можно рассматривать как функциональные соотношения между b и b / VS с параметром (их обычно называют дисперсионными уравнениями Рэлея– Лэмба).
Значения частоты и предполагаются действительными, но b, b и b могут быть действительными, мнимыми или комплексными.
Действительные значения b дают смещения в виде суммы тригонометрических функций, мнимые – в виде суммы гиперболических функций;
комплексные – в виде суммы произведений тригонометрических и гиперболических функций волн. На рис. 3 представлен спектр частот для изгибных и продольных нормальных волн при = 0,31 (по Миндлину) [5].
Рисунок 3 – Спектр частот продольных и изгибных нормальных волн в бесконечной пластине Тонкие линии на рис. 3 представляют не взаимодействующие сдвиговые волны и волны сжатия. Связь этих типов волнового движения на свободной поверхности, вдоль которой распространяется волна, выражается в частичном превращении одного типа волнового движения в другой при отражении от свободной поверхности. При мнимых значениях b уравнение (4) описывает последовательность окружностей, а (5) – последовательность эллипсов;
при действительных уравнение (4) описывает последовательность гипербол.
При отсутствии связи между волнами в изотропном материале пластинки для продольных и изгибных нормальных волн имеет место одна последовательность, соответствующая сдвиговым волнам, и вторая – соответствующая волнам сжатия.
Совокупность рассмотренных моделей позволяет:
– рассчитывать акустические тракты при разработке ОА преобразователей для реализации метода контроля;
– корректно интерпретировать регистрируемые ОА-сигналы;
– анализировать взаимодействия различных типов волн и выделять наиболее характерные зоны.
Полученные зависимости при задании численных значений известных параметров (, VS, V L ) поясняют эффект ослабления («проседания») первого отраженного от ребра сигнала (рис. 4).
Сигнал от Сигнал от впадины впадины между между ребрами ребрами Проседание сигнала на ребре Рисунок 4 – Эффект ослабления первого отраженного от ребра сигнала Из-за наличия различных типов волн вдоль линий b (см. рис. 3) сигнал от впадины при получении ОА-изображений на ребре паяного соединения пропадает только на втором отражении (рис. 4). Это стало определяющим моментом в интерпретации ОА-изображений при разработке метода контроля качества изготовления паяных соединений на основе лазерно ультразвуковой дефектоскопии.
В третьей главе диссертации разработаны метод и средство контроля качества изготовления паяных соединений на основе лазерно-ультразвуковой дефектоскопии.
С помощью методов теории прочности был определен критический размер дефекта типа «непропай» (неспай, отрыв). Анализ динамики действующих тепловых, газодинамических и гидравлических нагрузок по длине профиля сопла (рис. 5) позволил построить деформационную модель поведения паяных соединений во время проведения огневых испытаний и работы двигателя на активном участке траектории.
Тст. сис. охлаждения Тхол. стенки Тгор. стенки Профиль сопла Ргор. газа Рмеж. системы Р, 10-1МПа Т, К Номер сечения Рисунок 5 – Изменение действующих тепловых и силовых нагрузок по длине профиля сопла Рисунок 6 – Деформирование конструкции под действием: синий цвет – давления в межрубашечной системе охлаждения;
красный – рабочих нагрузок На рис. 6 приведен пример деформирования конструкции в районе подколлекторного кольца сопла верхнего ЖРД 14Д23. Условия работы паяных соединений в зоне № 1 – Т=313,15 К, Р=35 МПа;
№ 2 – Т=473,15 К, Р=24 МПа. Расчеты, проведенные ФГУП «Центральный научно исследовательский институт машиностроения», показывают, что наличие дефекта непропая эффективной площадью 1 мм2 с раскрытием не менее мкм в подколлекторной зоне приводит к существенному росту сдвиговых напряжений ср 20 МПа. Разрушение паяного шва по короткой перемычке приводит к росту отрывных и падению сдвиговых напряжений на рабочем режиме. На рис. 7 показана зависимость нормальных (отрывных) напряжений по длине профиля сопла от действия всех нагрузок при работе двигателя без дефекта в подколлекторной зоне (синяя кривая) и при наличии дефекта типа «непропай» (красная).
Без щели С щелью Нагрузка, 10-1МПа МПа - - - 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Расстояние вдоль пайки, мм мм.
Расстояние вдоль пайки, Рисунок 7 – Изменение нормальных напряжений по длине профиля сопла Полученный с помощью методов теории прочности критический размер непропая позволил сформировать требования к разработке нового типа ОА-преобразователя для контроля дефектов паяных соединений сопел камер ЖРД. Новизна разработанного преобразователя (рис. 8) заключается в следующем:
1) в конструкции преобразователя отсутствует генератор, т.е.
осуществлен переход к генерации ультразвуковых импульсов непосредственно в материале стенки сопла ЖРД;
2) в состав преобразователя введена оптическая линза для фокусировки лазерного излучения и уменьшения диаметра генерируемого ультразвукового пучка;
3) профиль контактной поверхности преобразователя (ОА-призмы) согласован с геометрией поверхности контроля сопла камеры ЖРД;
4) в состав преобразователя введен клиновидный демпфер, исключающий паразитные сигналы дальней зоны распространения ультразвуковых импульсов.
Применение разработанного преобразователя с непосредственной генерацией ультразвуковых импульсов в теле материала стенки сопла камеры ЖРД позволило получить новые информативные сигналы, отраженные от поверхности раздела сред (ребро–воздух), при некачественном изготовлении паяных соединений. Для корректной интерпретации таких сигналов был разработан новый способ глубинных маркеров. Суть данного способа заключается в нанесении на ОА-изображение (В-скан) маркеров характерных глубин (рис. 9).
Рисунок 8 – Общий вид конструкции ОА-преобразователя Рисунок 9 – Применение способа глубинных маркеров Полученные результаты позволили разработать методику лазерно ультразвукового контроля качества изготовления паяных соединений.
Четвертая глава диссертации посвящена разработке методики лазерно-ультразвукового контроля качества изготовления паяных соединений тонкостенных изделий РКТ. Предложена методика, рассмотрены основные ее этапы, исследованы особенности исходных данных, необходимых для осуществления контроля, сформулированы рекомендации по определению исходного положения средств (рис. 10), разработаны алгоритм процедуры контроля и способ интерпретации полученных результатов для различных зон сопел камер ЖРД.
Канавка перетока за перемычкой Паз между ребрами Рисунок 10 – Оптоакустическое изображение подколлекторной зоны в меридиональном направлении для определения исходного положения преобразователя Таблица Результаты экспериментальной апробации методики ЛУЗК Число обнаруженных дефектов Число Ошибка I Зав. № Зав. № проконтролированных рода/ ЖРД камеры ребер II рода ЛУЗК металлография 6Л 101А18 250 7 7 1/ 9Л 701А18 250 20 19 1/ 30 341А3 250 12 12 0/ 341А10 250 3 - 341А9 250 1 - Приведены результаты апробации разработанной методики лазерно ультразвукового контроля качества изготовления паяных соединений тонкостенных изделий РКТ. Эксперименты выполнены на соплах камер сгорания ЖРД 14Д23 и РД0124А. Достоверность полученных с помощью методики результатов подтверждена гидравлическими испытаниями образцов сопел камер ЖРД до разрушения с последующим проведением металлографических исследований паяных соединений. В табл. проанализированы результаты, полученные при экспериментальной апробации методики на заводе-изготовителе ОАО КБХА.
В ходе разработки методики был предложен способ определения размеров частичного непропая на основе анализа уровня относительных амплитуд отраженных ОА-сигналов. Эффективная площадь непропая S эф = S чн / S пн ( S чн и S пн – площадь частичного и полного непропая соответственно) определялась как функция S эф = f (U ), U = U чн / U пн ( U чн – амплитуда сигнала, отраженного от границы раздела сред при частичном непропае, U пн – амплитуда сигнала, отраженного от границы раздела сред при полном непропае). Результаты экспериментального определения эффективной площади непропая представлены в табл. 2. При этом значения S эф получены по результатам металлографии, а U и U – по результатам ЛУЗК.
Таблица Результаты экспериментального определения эффективной площади непропая в ЖРД №6Л (камера №101А18) Порядковый Тип дефекта U, мВ S эф U № дефекта Частичный непропай 1 0,40 0,56 0, Полный непропай 2 1,00 0,90 1, Частичный непропай 3 0,80 0,84 0, Частичный непропай 4 0,60 0,73 0, Частичный непропай 5 0,50 0,67 0, Полный непропай 6 1,00 0,90 1, Частичный непропай 7 0,70 0,78 0, Получено следующее эмпирическое уравнение регрессии S эф = 1,015U 2 0,058U, (6) вид регрессионной зависимости представлен на рис. 11.
1, Эффективная площадь непропая 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, Относительная амплитуда сигнала Рисунок 11 – Регрессионная зависимость эффективной площади частичного непропая от относительной амплитуды отраженных сигналов Анализ адекватности уравнения регрессии (модели) проводился на основе F-критерия Фишера. Табличное значение F-критерия Фишера:
Fтабл ( = 0,05;
k1 = 2;
k 2 = 4) = 6,94, (7) где – уровень значимости;
k1 = m, m – число степеней свободы;
k2 = n – m – 1, n – число опытов. Фактическое значение F-критерия Фишера:
~ эф n (S S эф ) n m i Fфакт = ;
Fфакт = 341,7;
Fфакт Fтабл.
i = (8) ~ n m (S S iэф ) эф i i = Таким образом, полученное уравнение статистически значимо, связь между переменными S эф и U неслучайна.
Результаты экспериментов показали возможность проведения контроля качества изготовления паяных соединений для различных зон сопел камер сгорания ЖРД 14Д23 и РД0124А в заводских условиях и подтвердили высокую степень их достоверности. Таким образом, разработанные методы и методика лазерно-ультразвукового контроля позволяют повысить качество изготовления паяных соединений сопел камер ЖРД.
Основные результаты диссертации 1. Проанализированы методы контроля качества изготовления паяных соединений и корректно обоснована возможность применения средств лазерно-ультразвуковой дефектоскопии для контроля качества изготовления паяных соединений тонкостенных элементов изделий РКТ с учетом особенностей их конструкции и физических особенностей.
2. Разработан комплекс моделей, позволяющий анализировать взаимодействия различных типов волн, корректно интерпретировать регистрируемые ОА-сигналы, а также рассчитывать акустические тракты при разработке оптоакустических преобразователей.
3. Предложен метод контроля качества изготовления паяных соединений на основе лазерно-ультразвуковой дефектоскопии, позволяющий, с применением глубинных маркеров, корректно интерпретировать информативные сигналы, получаемые при помощи разработанного ОА-преобразователя для контроля паяных соединений сопел камер ЖРД.
4. Разработана и в заводских условиях опробована методика, позволяющая с высокой степенью достоверности контролировать качество изготовления паяных соединений тонкостенных элементов изделий РКТ.
Основные публикации по теме диссертации Публикации в периодических изданиях ВАК 1. Кинжагулов И.Ю. Модель термооптического возбуждения ультразвуковых волн в паяных тонкостенных изделиях // Изв. вузов.
Приборостроение. 2011. Т. 54, № 7. С. 39–44.
2. Быченок В.А., Кинжагулов И.Ю. Лазерно-ультразвуковой контроль тонкостенных паяных соединений камер жидкостных ракетных двигателей // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. Т. 54, № 7. С. 50–54.
3. Быченок В.А., Кинжагулов И.Ю. Методика лазерно-ультразвукового контроля качества изготовления паяных соединений // Изв. вузов.
Приборостроение. 2013. Т. 56, № 5. С. 94–98. (Поступила в редакцию 18.10.2012 г.) Публикации в прочих изданиях 4. Прохорович В.Е., Шипша В.Г., Кинжагулов И.Ю., Калошин В.А., Лухвич А.А., Рудницкий В.А. Перспективные приборы контроля толщины покрытий элементов жидкостных ракетных двигателей // В мире неразрушающего контроля. 2012. № 2(56). С. 32–34.
5. Быченок В.А., Кинжагулов И.Ю., Никитина М.С. Исследование метода лазерно-ультразвуковой диагностики остаточных напряжений в специальных материалах изделий ракетно-космической техники // Сб. матер.
I Междунар. науч.-практ. конф. «Технические науки: современные проблемы и перспективы развития». Йошкар-Ола: Коллоквиум, 2013. С. 61–63.
6. Беркутов И.В., Быченок В.А., Кинжагулов И.Ю., Никитина М.С., Разводовский И.С. Использование метода лазерно-ультразвуковой диагностики для определения напряженно-деформированного состояния изделий и дефектов в сварных швах // Матер. XV Междунар. заоч. науч. практ. конф. «Инновации в науке». Новосибирск: СибАК, 2012. С. 43–57.
Патенты и авторские свидетельства 7. Заявка на изобретение № 2013104294. Способ лазерно-ультра звукового контроля качества паяных соединений / В.Е. Прохорович, И.Ю.
Кинжагулов, В.А. Быченок, А.В. Федоров и др. 04.02.2013.
Список цитируемой литературы 1. Пеливанов И.М. Лазерная оптико-акустическая диагностика гетерогенных сред: Дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.21. М.: МГУ, 2000.
2. Гусев В.Э., Карабутов А.А. Лазерная оптоакустика. М.: Наука, 1991.
3. Карабутов А.А., Матросов М.П., Подымова Н.Б., Пыж В.А.
Импульсная акустическая спектроскопия с лазерным источником звука // Акустический журнал. 1991.Т. 37(2). С. 311.
4. Бахвалов Н.С., Жилейкин Я.М., Заболоцкая Е.А. Нелинейная теория звуковых пучков. М.: Наука, 1982.
5. Физическая акустика / Под ред. У. Мэзона. Т. 1. Методы и приборы ультразвуковых исследований. М.: Мир, 1966.
Подписано в печать: 26.04. Формат: 60х84 1/16 Печать цифровая Бумага офсетная. Гарнитура Times.
Тираж: 100экз. Заказ: 403 Отпечатано:
Учреждение «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул, д. +7(812)9151454, [email protected], www.tibir.ru Корректор Позднякова Л.Г.