2. Королев М. В. Эхо-импульсные ультразвуковые толщиномеры. — М.: Машиностроение, 1980.
3. Неразрушающий контроль: справ. пособие в 7 т. / Под общ. ред. В. В. Клюева. — Т. 3. — М.: Машиностроение, 2004.
4. Качанов В. К. и др. // Неразрушающий контроль и диагностика: Тез. докл. 14-й науч.-техн. конф. — М., 1996. — Т. 1. — С. 120.
5. Качанов В. К. и др. // Неразрушающий контроль и диагностика: Тез. докл. 15-й науч.-техн. конф. — М., 1999. — Т. 1. — С. 115.
6. Аксенов В. П. и др. // Тр. МЭИ. — 1977. — Вып. 335. — С. 49.
7. V. K. Kachanov, I. V. Sokolov // Nondestr. Test. Ewal. — 2000. — Vol. 15. — Р. 330.
8. Качанов В. К., Зорин А. Ю., Залеткин А. В. // Новые материалы и технологии: Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конф. — М., МАТИ. — 17—18 ноября 1998. — С. 372.
9. Карташев В. Г., Качанов В. К., Шалимова Е. В. // Дефектоскопия. — 1998. — № 4. — С. 11.
10. Карташев В. Г. и др. // Неразрушающий контроль и диагностика: Тез. докл. 14-й науч.-техн. конф. — М., 1996. — Т. 1. — С. 122.
11. Качанов В. К. и др. // Тр. МКЭЭЭ. — 2003. — Ч. 1. — С. 137.
12. Качанов В. К. и др. // 5-я Междунар. конф.: Тез. докл. — М.: Машиностроение-1, 2006. — С. 33.
Дата одобрения 08.08.2006 г.
620.179.155
Радиоизотопный способ контроля степени износа защитных покрытий из хрома и алюминия на лопатках газовых турбин
В. И. БОЧЕНИН
Курганский государственный университет, e-mail: etm_kgu@ mail.ru
Изложен радиоизотопный способ оценки степени износа защитных покрытий из Al и Сг на лопатках газовых турбин, основанный на измерении толщины покрытия, которая изменяется в результате окислительного процесса. Разработана двухканальная система измерений, позволяющая проводить ускоренный экспресс-анализ.
Ключевые слова: в-частицы, толщиномер, металлизация, у-спектрометр, тормозное излучение.
The radioisotope method of an estimation of a wear rate of protective coats from Сг and Al on blades of gas turbines is based on an measurement of thickness of a covering which is change as a result of oxidizing process is presented. The two-channel measure system allowing to realize the accelerated rapid determination is developed.
Key words: в-particles, thickness indicator, schooping, y-ray spectrometer, braking radiation.
Для защиты от газовой коррозии на поверхностный слой содержащие агрессивные компоненты, воздействуют на по-лопаток турбин наносят покрытия из алюминия и хрома. В верхностный слой изделий, постепенно его разрушая. В ито-
процессе эксплуатации турбины продукты горения топлива, ге покрытие может полностью исчезнуть, и коррозия будет
нием УЗ-колебаний. В этом случае при увеличении длительности УЗ-волны зондирующего сигнала абсолютная погрешность измерения толщины изделия возрастает и становится соизмеримой с линейными размерами изделия. Все это приводит к необходимости принятия активных усилий по ее минимизации.
Решение этого вопроса возможно с помощью разработки помехоустойчивых методов УЗ-контроля, позволяющих выделять эхо-сигналы из шумов и помех, при этом искажение эхо-сигналов уменьшается, соответственно точность измерения повышается. Методы выделения эхо-сигналов из белого шума основаны на применении известных в радиотехнике помехоустойчивых широкополосных сложномодули-рованных сигналов с последующей их оптимальной обработкой. Выделение эхо-сигналов из структурного шума следует осуществлять за счет применения специальных пространственно-временных методов [10, 11]. Это, в свою очередь, требует разработки специальной многофункциональной аппаратуры контроля, которая позволяла бы генерировать различные сложномодулированные сигналы, реализо-вывать разнообразные алгоритмы обработки этих сигналов [12].
Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы Рособразования «Развитие научного потенциала высшей школы (2006—2008 годы)».
Л и т е р а т у р а
1. Ермолов И. Н. Теория и практика УЗ-контроля. — М.: Машиностроение, 1981.
1чччччччччччччччччччччччч
Рис. 1. Структурная схема анализатора покрытий
проникать в глубь металла. Такой процесс усиливает ползучесть металла и приводит к аварийной ситуации. Поэтому актуально контролировать износ защитных покрытий в процессе эксплуатации изделий.
Ниже рассмотрим радиоизотопный способ оценки степени износа защитных покрытий из Сг и А1 на лопатках газовых турбин. Сущность его состоит в определении толщины покрытия, которая изменяется в результате окислительного процесса, при облучении поверхностного слоя хромового покрытия у-квантами радионуклида и алюминиевого — Р-частицами. При измерении потока отраженного излучения определяют толщину покрытия и рассчитывают степень износа в процентах:
3 = (1 - С / ¿0) ■ 100,
(1)
где с(0 — толщина покрытия после диффузионной металлизации; С — то же, после эксплуатации изделия.
Структурная схема радиоизотопного толщиномера приведена на рис. 1. Он смонтирован с двумя датчиками 3, 6, которые подключаются к двухканальному у-спектрометру 5 с автономным питанием 12 В. Датчик 3 используется для контроля толщины хромового покрытия. Контролируемая поверхность 1 облучается у-квантами радионуклида 2. Поток характеристического К-излучения Сг регистрируется пропорциональным детектором Си-6Р 4. Далее сигнал поступает на первый канал у-спектрометра и преобразуется в скорость счета [1]:
Ы0х = К, о0 ССг,
(2)
где К, — постоянная, зависящая от атомных констант, геометрии измерений и аппаратурных параметров; о0 верхностная плотность начального покрытия, г/см2; концентрация хрома в покрытии.
При износе покрытия из-за газовой коррозии
по-
СОг —
Ы,х = К, о,- С,
Сг,
(3)
где о, — поверхностная плотность изношенного покрытия, г/см2.
Из (2) и (3) находим
N
0Х
N
Откуда
00 к Ссг; о'' К Ссг ■
о, /о0 = Ы*/N0х или рС /рd0 = Ы*/Ы0х,
где р — плотность хромового покрытия, г/см3, и окончательно
С / С0 = N */Ы 0х.
(4)
С учетом равенства (1) оценку степени износа радиоизотопным способом представим в виде
3 = ( Ы ,х / Ы 0х )■ 100.
(5)
В датчике 6 (см. рис. 1) поверхностный слой алюминиевого покрытия 1 облучается р-частицами радионуклида 7. Тормозное излучение А1 регистрируется сцинтилляционным детектором 4. Далее сигнал поступает во второй канал у-спектрометра 5 и преобразуется в скорость счета. Поток тормозного излучения А1 при взаимодействии р-частиц с атомами покрытия, полученного в заводских условиях, [2]:
Л/0Д1 и- „ ^0,7 Ы = К 00 А1 Т ,
где К, — постоянная, зависящая от энергии р-частиц и аппаратурных параметров; о0 а — поверхностная плотность покрытия; Т — атомный номер А1.
Аналогично для изношенного покрытия
Л/А1 ^ -70,7 N = К'о А1 г ■
Далее, как и для Сг-покрытия, окончательно получим
NА1 / №А = бА1 / б0А1 ■
(6)
Степень износа оценим по равенству (5).
Достоверность равенств (4), (6) исследовали на образцах жаропрочных сплавов 50-50-2 мм. В десяти образцах сплава ХН70ВМТЮ создавали хромовое покрытие, а в десяти ХН75ВМЮ — алюминиевое. Толщина покрытий изменялась в зависимости от продолжительности диффузионной металлизации. Максимальную толщину С0 принимали в качестве эталонной. Предварительно толщину покрытий определяли весовым методом, взвешивая каждый образец до и после диффузионной металлизации. Далее рассчитывали поверхностную плотность о,, = т/в, где т — масса покрытия, в — его площадь, затем — толщину С, = о,, / р.
Рис. 2. Зависимости регистрируемого парамет-
х 0х
ра N /NI от отношения
Ч, /
£/,/0Гп
Сравнительные результаты измерений с использованием радионуклидов 3НКг (хромовое покрытие),
147Рт (алюминиевое покрытие)
Метод взвешивания
Радиоизотопный способ
Яр - вв. %
¿0
¿А! <^0А1
,,0А1
ХН70ВМТЮ
ХН70ВМТЮ ХН75ВМЮ ХН70ВМТЮ ХН75ВМЮ ХН70ВМТЮ ХН75ВМЮ ХН70ВМТЮ ХН75ВМЮ Абсолютная погрешность Относительная погрешность Абсолютная погрешность Относительная погрешность
0,80 0,07 8 7 0,05 0,8 5 8 -3 0,37 1 0,14
0,12 0,09 12 9 0,11 0,10 11 10 -1 0,08 1 0,10
0,16 0,12 16 12 0,17 0,13 17 13 1 0,06 1 0,08
0,24 0,21 24 21 0,25 0,19 25 19 1 0,08 -2 0,09
0,32 0,29 32 29 0,29 0,31 29 31 -3 0,09 2 0,07
0,36 0,33 36 33 0,37 0,34 37 34 1 0,03 1 0,03
0,40 0,38 40 38 0,42 0,36 42 36 2 0,05 -2 0,06
0,48 0,45 48 45 0,47 0,42 47 42 -1 0,02 -3 0,09
0,56 0,61 56 61 0,55 0,59 55 59 -1 0,02 -2 0,03
0,60 0,65 60 65 0,63 0,66 63 66 3 0,05 -2 0,03
ХН75ВМЮ
П р и м е ч а н и е. соответственно.
степени износа, рассчитанные при использовании метода взвешивания и радиоизотопного способа,
Используя образцы с известной толщиной покрытий, измерения проводили радиоизотопным способом. При измерениях образцов с Сг-покрытием подбирали радионуклид, обеспечивающий выполнение равенства (4). Каждый образец облучали у-квантами различных радионуклидов, регистрируя поток характеристического К-излучения (Е = 5,5 кэВ). На рис. 2 приведены результаты эксперимента. Кривая 1 получена при облучении у-квантами радионуклида 147Рт/8т203 (Е = 40 кэВ). Как видно, в области больших значений линейная зависимость нарушается и снижается чувствительность измерений. Кривая 2 относится к результатам, найденным при облучении фотонами радионуклида 109Сс1 (Е = 22 кэВ). При этом чувствительность оказалась выше, но зависимость осталась нелинейной. Наилучшие результаты были получены при облучении фотонами радионуклида 3Н^г (Е = 12 кэВ). С использованием этого у-излуча-теля удалось достичь линейной зависимости (кривая 3) и выполнения условия (4).
Для контроля А1-покрытия подбирали Р-излучающий радионуклид, обеспечивающий наибольший выход тормозного излучения А1, а также выполнение равенства (6). Облучая поверхностный слой р-частицами 240Т1 (Ер = 0,72 МэВ), регистрировали потоки тормозного излучения. Для снижения фона перед входным окном сцинтилляционного детектора устанавливали алюминиевый фильтр толщиной 0,2 мм. Результаты измерений показали, что с помощью 240Т1 не удалось выполнить равенство (6) и обеспечить требуемый выход тормозного излучения. Наиболее эффективным оказался радионуклид 147Рт (Ер = 223 кэВ). В этом случае получали высокую интенсивность тормозного излучения А1 (Е = 12 кэВ) и выполнение равенства (6).
В таблице приведены сравнительные результа
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.