Голографический способ обнаружения трещины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 675 А 191 111) . 5; 093 Н 1/04 ЗОБРЕТ ИСА ИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРСКОМ нститут рушаюК. Эрф.а,.107.тип)ОБ ОБНАгистраолируерафиГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ. СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Рижский Краснознаменный иинженеров гражданской авиацииим. Ленинского комсомола(54)(57) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСРУЖЕНИЯ ТРЕ 111 ИН включающий рецию исходного состояния коятрмой детали, нагружение этой да также анализ полученной гол ческой интерферограме, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и повышения эффективности обнаружения дефектов в лопатках турбомашин, при а регистрации интерферограммы направления векторов освещения и наблюдения выбирают так, чтобы угол между ними стремился к 180 о, а вектор их разности был перпендйкулярен плоскости детали, при нагружении деталь деформируют перерезывающим усилием сначала в плоскости, перпендикулярной вектору разности векторов . освецения инаблюдения, а затем - в направлении, параллельном. указанному вектору раз- щ ности1 105 бИзобретение относится к дефектации ответственных деталей турбомашин,а именно производству и ремонту газотурбинных двигателей.Известен способ голографической5дефектоскопии, включающии получениеусредненной во времени интерферограммы 1 1) .При этом могут быть выявлены крупные дефекты, ио выявление трешин мало го размера практически невозможно.Наиболее близким к изобретению является голографический способ обнаружения трещин, включающий регистрацию исходного состояния контролируе 15мой детали, нагружение этой детали ианализ полученной голографической интерферограммы, причем о наличии трещин судят по локальнь 1 м нарушениям интерференционной картины 1. 1 1,Основным недостатком указанных го 20лографических способов является то,что ни один из них не "увязывает"избранный способ нагружения детали счувствительностью применяемого голое 25графического интерферометра к Формированию интерференционных полос,Известно, что при заданчой геомет-рии оптической схемы фиг.11 голограФический интерферометр наиболее чувствителен к составляющим вектора деформа- З 0ии Г параллельным вектору разностивекторов освещенияи наблюденияа наименее ,вствителен к составляющим вектора д, перпендикулярнымукаэанному вектору разности К. 35Покажем, что,локальное нарушениеинтерференционной, картины, следующеепризнаком наличия дефекта, аналитически описывается выражением4021сава.ьй - ВпВгде йй - скачкообразное изменение порядкового номера интерференционной полосы, формирующееаномалию в районе дефекта;Г г-в -Я- вектор относительного смещения границ А и В дефекта(Фиг.1) и характеризует величину раскрытия трещины принагружении;с -угол между векторами К и О,3 - длина световой волны;6 - полвина угла между векторами 1,1 и55Анализ приведенйого уравнения показывает, что для достижения максимальной разрешающей способности мето 75 2да (максимального .д М) необходимовыбрать такую оптическую схему голографического интерферометра, чтобыз 1 п 8 стремился к единице, а выбранная последовательность операций нагружения обеспечивала бы наибольшееабсолютное значение вектора Л,т.е, максимальное раскрытие трещины )цри минимальном угле между векторами1 си У,Однако ни один из известных голографических способов не дает рекомендаций по выбору оптимальной схемыголографического интерферометра и несвязывает ее с применяемым способомнагружения, Зачастую интуитивно применяется оптическая схема, когда вектор разности К векторов освещения инаблюдения составляет малый угол снормалью к изучаемой поверхности. Приэтом попытка увеличить раскрытиетрещины (д )на величину, достаточнуюдля образования аномалии в интерфереиционной картине, путем увеличения нагрузки, а следовательно, и деформациив направлении максимальной чувствительности интерферометрат.е. в направлении вектора К ) не дает желаемого результата, Действительно, в этомслучае с ростом деформации резко увеличивается густота интерференциоиныхполос, что чрезвычайно затрудняет визуальное обнаружение локальных нарушений в интерференционной картине, аследовательно, и дефектов.Цель изобретения - увеличение разрешающей способности и повышение эффективности обнаружения дефектов влопатках турбомашин.Поставленная цель достигается тем,что согласно голографического сйособа, включающего регистрацию исходногосостояния контролируемой детали, нагружение этой детали, а также анализполученной голографической интерферограммы, при регистрации иитерферограммы направления векторов освещенияи наблюдения выбирают так, чтобы уголмежду ними стремился к 180 , а вектороих разности был перпендикулярен плоскости детали, при нагружении детальдеформируют перерезывающим усилиемсначвва в плоскости, перпендикулярной вектору разности векторов осве"щения и наблюдения, а затем - в найравлеиии, параллельном укаэанномувектору разностиДля образования ярко выраженнойаномалии в интерференционной картине5 4ярко выраженное по сравнению с известными способами локальное нарушение интерференционной картины .Способ осуществляется следующимобразом,Контролируемую лопатку жестко закрепляют в нагружающем устройстве,например, защемляя замковую часть.Для регистрации голограммы направления векторов освещения и наблюдениявыбирают так, чтобы угол между нимистремился или был равен 1800 длявсех точек контролируемой поверхностиа вектор их разности был перпендикулярен "плоскости" лопатки . При такой оптической схеме интерферометрнаименее чувствителен к деформациямв "плоскости" лопатки. При этом имеется ввиду, цто в случае коллимированного освещения и наблюдения векторразности К не меняет своей ориентации от точки к точке и имеет одно ито же направление для всей поверхности контролируемой лопатки. При неколлимированном освещении и наблюдениив описанной схеме интерферометраориентация вектора разности К длякрайних точек контролируемой поверхности меняется незнацительно 1,в пределах 5-10 о 1. В этом случае направление вектора разности М определяется по его ориентации для геометрического центра лопатки или отдельногоее участка, для которого вероятностьпоявления дефекта максимальна (еслитакой участок заранее известен ). После этого регистрируют голограмму исходного состояния контролируемой лопатки. Затем снацала деформируют де"таль в плоскости, перпендикулярнойвектору разности К, перерезывающимусилием. Большой опыт эксплуатацииавиадвигателей показывает, что подавляющее большинство трещин в лопаткахтурбомашин является трещинами кромочного характера, Они зарождаются на, входной и выходной кромках пера лопатоР поизнакопеременных механическихи термоциклических нагрузках, а затемраспространяются вглубь пера практически перпендикулярно кромкам. Напервом этапе нагружения предваритель"ное раскрытие этих трещин может бытьосуществлено различными по характерунагрузками растягивающим усилием,изгибающим моментом и пр.). Главноецтобы эти нагрузки вызывали деформации в плоскости, перпендикулярнойвектора разности К с целью образова 3 1051167необходимо, прежде всего максимальнораскрыть трещину, что требует максимально возможного 1 в пределах упругости материала ) увеличения деформации детали впроцессе нагружения,Диапазон же регистрируемых деформаций в голографической интерферометрииограничен величиной 5-25 мк/мм, С ростом деформации растет и густота интерференционных полос на голографической интерферограмме контролируемой детали, что чрезвычайно затрудняет визуальное обнаружение дефекта,Поэтому необходимо выбрать такуюоптическую схему голографического ин 15терферометра и такую последовательность операций нагружения, которыеобеспечили бы на первом этапе нагружения максимальное раскрытие граництрещин, сопровождаемое образованиемоминимального числа интерференционныхполос.В предлагаемом способе оптическаясхема интерферометра, во-первых,строится так, чтобы угол между векторами освещения и наблюдения стремилсяк ( был близок или равен ) 180, авектор их разности К был перпендикулярен. плоскости детали. (Посколькулопатки турбомашин являются квазиплоскими деталями, то выбираетсясхема с освещением и наблюдением понормали к "плоскости" контролируемойлопатки . При .такой схеме ы п 9 в приведенной аналитической зависимостистремится к единице практически для 35всех точек поверхности лопатки ),Во-вторых, при нагружении лопаткусначала деформируют в плоскости, перпендикулярной вектору разности Й,т.е. в плоскости минимальной чувствительности интерферометра эта плоскость при описанной оптической схемесовпадает с "плоскостью"контролируемой,лопатки . Поэтому на первом этапе нагру.жения достигается предварительное рас крытие трещины, сопровождаемое образованием минимального числа "шумовых"интерференционных полос. Последующаяоперация деформации детали в направ 1 ении, параллельном вектору разности 50К .т.е. в направлении максимальнойчувствительности интерферометра ),обеспечивает как дальнейший рост абсо.лютной величины раскрытия границ дефекта (вектора О, танк и наименьший . 55угол между векторами К и У. А этосогласно приведенной выше аналитической зависимости, обеспечивает более3 1096ния минимального числа "шумовых" интерференционных полос, Обширные экспериментальные исследования показывают, что наиболее эффективным является нагружение (деформация ) лопаток,перерезывающим усилием т.е, усилием,перпендикулярным перу лопатки, и лежащим в ее плоскости". Кроме того,в случае трещины, расположенной вдольпера, такое нагружение, в отличие,например, от растяжения, также приводит к предварительному раскрытию границ дефекта.После деформации лопатки в плоскости минимальной чувствительностиинтерферометра осуществляют деформацию ее в направлении, параллельномвектора разности К, т.е. в направлении максимальной чувствительности,Для этого может быть использованонагружение перерезывающей силой, параллельной вектору разности К, кручениеили изгиб пера ю плоскости его минимальной жесткости (в плоскости, содержащей вектор разности К ),Контроль предлагаемыми способом может осуществляться либо в реальном времени, либо методом двух экспозиций голографической интерфЪрометрии. При этом нагрузки по величине выбирают для каждого типа контролируемых лопаток так, чтобы вызываемые ими де" формации лежали в пределах упругости материалов.На фиг.1 изображена схема дефор.мации детали с трещиной; на фиг,215 6блок-схема экспериментальной установки,Пример осуществления предлагаемогоспособа.Производят контроль рабочей лопаткитурбины газотурбинного двигателя наФиг.2 . Луч от источника когерентногоизлуцения ЛГразделяется светоделите.лем на предметный и опорный. Оба луча,пройдя оптическую систему, коллимируются, Диафрагировавшая на поверхности лопатки предметная волна направляется на гветоцувствительный приемник (фотопластинку 1, где взаимодействует с опорной волной . Образующийсяпри этом высокочастотный интерференционный узор фиксируется светочувствительным приемником. После регистрации исходного состояния лопатка деформируется нагружающим устройством впределах упругости материала, Наблюдаемая при этом голографическая интерферограмма фотографируется вреальном времени 8 выбранной оптической сх ме угол между вкторами освещения В и наблюдениясставляет и 180 ф, а вектор разности К перпендикулярен "плоскости" лопатки,Как видно из сравнения голографических интерферограмм, использованиепредлагаемого способа обеспечиваетболее ярко выраженное локальное нарушение интерференционной картины врайоне дефекта, а следовательно, ибольшую разрешающую способность посравнению с известными голографическими способами обнаружения трещин,Составитель 8, Аджаловедактор М.Келемеш Техред С,Мигунова Корректор Н.Яцол аэ 9086/4 рентная,лиал ППП "Патент ород, у ю 6 Тираж 602 8 НИИПИ Государствен по делам изоорет 113035, МОсква, ЖПодписноего комитета СССРий и открытийРаушская наб., д.