Способ торможения усталостных несквозных трещин

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при ремонте гидросистем типа сосудов под давлением. Цель изобретения - увеличение срока службы сосуда за счет повышения эффективности пластического затупления вершины трещины. В гидроцилиндре управления выпуска тормозных щитков системы механизации крыла самолета с помощью тепловизионной камеры устанавливают местонахождение усталостной трещины в процессе повышения давления. После достижения предельного увеличения температуры на 10°С вдоль контура трещины увеличение давления прекращают и снижают его до нуля. На наружной поверхности гидроцилиндра выполняют две кольцевые канавки на расстоянии друг от друга, охватывающем полностью зону расположения всех выделенных тепловизором трещин. На наружной поверхности располагают и фиксируют в канавках стальную ленту из пружинной стали со сферической формой наружной поверхности. Устанавливают на ленту два стальных полукольца, повторяющих своей внутренней геометрией геометрию гидроцилиндра, и фиксируют полукольца. Предложенный способ позволяет значительно повысить срок службы сосудов высокого давления. 2 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при ремонте гидросистем типа сосудов под давлением. Цель изобретения - увеличение срока службы сосуда за счет повышения эффективности пластического затупления вершины трещины. На фиг.1 представлена деталь с усталостной трещиной, сечение; на фиг.2 - то же, сечение в плоскости усталостной трещины после выполнения операции по предлагаемому способу. П р и м е р. В процессе стендовых испытаний гидроцилиндра 1 (фиг.1) управления выпуска тормозных щитков системы механизации крыла самолета, изготовленного из алюминиевого сплава АК6 с двухполостной системой внутренних сообщающихся цилиндрических объемов возникла и стала развиваться несквозная трещина 2 в перемычке 3 между двумя цилиндрическими полостями. Особенность ситуации заключалась в том, что для поддержания работоспособности гидроцилиндра 1 было необходимо затормозить трещину 2 в перемычке 3 до того, как она станет сквозной. Эта особенность обусловлена тем, что после прорастания на всю толщину перемычки 3 в результате сообщения гидрожидкости во всем объеме гидроцилиндра 1 происходит быстрое, за несколько сотен циклов, разрушение наружной стенки гидроцилиндра 1. Обнаружение трещины 2 в перемычке 3 было осуществлено с помощью тепловизионной камеры AGA-780, располагавшейся на расстоянии 1,5 м от испытательного стенда, с одновременной обработкой на ЭВМ тепловизионных изображений с помощью системы "Периколор-2000Е" (Франция). При создании рабочего циклического давления 2,7 МПа после наработки 37000 циклов в перемычке 3 в зоне "канала уборки", прилегающей к месту напуска гидрожидкости, было зафиксировано тепловыделение и повышение уровня температуры, обусловленное возникновением трещины 2, ее развитием, что сопровождалось пластической деформацией материала в вершине трещины 2. После обнаружения трещины 2 и определения ее местоположения вдоль оси гидроцилиндра 1, а также размера вдоль этой оси оказалось, что имеется не одна, а три расположенные друг к другу зоны с тепловыделением, свидетельствовавшие о наличии не одной, а трех трещин, поэтому в последующем залечиванию подвергалась не одна, а одновременно три трещины. Для проведения операций по пластическому затуплению трещин 2 циклическое давление в гидроцилиндре 1 прекращали и, не разгерметизируя гидроцилиндр 1, проводили непрерывное увеличение внутреннего давления со скоростью 0,2 МПа/мин до момента возрастания в зонах трещин 2 температуры на 10^оС, которое определяли по регистрировавшемуся тепловому полю вдоль контура трещин 2 с помощью тепловизионной камеры AGA-780 и обработкой регистрировавшейся информации с помощью системы "Периколор-2000Е". Разрешение аппаратуры позволяло регистрировать изменение температуры с точностью до 0,1^оС. После достижения предельного увеличения температуры на 10^оС вдоль контура трещины 2 увеличение давления прекращали и уменьшали его до нуля. После этого гидроцилиндр 1 снимали со стенда и выполняли на его наружной поверхности две кольцевые канавки 4 радиусом 10 мм и глубиной 1 мм на расстоянии друг от друга 18 мм, охватывавшем полностью зону протяженного расположения всех выявленных тепловизором трещин 2. Располагали на наружной поверхности и фиксировали в выполненных канавках 4 стальную ленту 5 из пружинной стали толщиной в максимальном сечении 3 мм со сферической формой наружной поверхности. Ленту 5 располагали так, чтобы место стыка располагалось с противоположной стороны от зоны трещины 2. Устанавливали на ленту 5 два стальных полукольца 6 толщиной 10 мм, повторявших своей внутренней геометрией геометрию гидроцилиндра 1, представляющую собой в сечении от сопряжения двух окружностей разного диаметра "яйцеобразную" форму. Указанные полукольца 6 устанавливали в зоне каждой канавки 4 и фиксировали это положение с помощью крепежных элементов (болтов) 7. Далее устанавливали в отверстия 8 крепежные элементы (болты) 9 и 10, с помощью которых осуществляли стягивание образованных колец 11. При стягивании колец 11 вдоль наружной поверхности детали создавали напряжения сжатия в плоскости трещины 2 и в прилегающих к ней объемах материала. Для стягивания полуколец 6 использовали прецизионные болты 7,8,9, имевшие диаметр 8 мм. Предварительные испытания гидроцилиндров 1 на уровне внутреннего давления 2,7 МПа показали, что без осуществления операций по пластическому затуплению вершины трещины разрушение происходит после наработки около 40000 циклов. Осуществление операций по прототипу с использованием акустической эмиссии для обнаружения трещин и реализации эффекта затупления вершины трещины позволяет увеличить долговечность до 100000-170000 циклов. Контрольные испытания гидроцилиндра при этом же уровне рабочего циклического давления 2,7 МПа после реализации операций над объектом по предлагаемому способу не привели к разрушению гидроцилиндра в результате прорастания сквозной трещины на базе 800000 циклов, поэтому после проведения контрольных испытаний на указанной базе, имевшиеся в гидроцилиндре усталостные трещины вскрывали и проводили фрактографическое исследование на растровом электронном микроскопе. В результате проведенного анализа было подтверждено, что в гидроцилиндре действительно зародились в перемычке три трещины. При этом оказалось, что после реализации затупления вершины трещины за 800000 циклов развитие получила только одна из них. Ее скорость была существенно низкой, так что увеличение длины составило всего 0,7 мм при толщине перемычки 6 мм. Последнее указывает на тот факт, что после реализации пластического затупления трещина длительное время не зарождалась. Полученные результаты контрольной проверки эффективности предлагаемого способа показывают, что его использование позволяет увеличить срок службы изделия с усталостной трещиной по сравнению с прототипом, а при сравнительно низких уровнях внутреннего рабочего циклического давления можно вообще исключить последующее распространение трещины на базе 10⁶ циклов. Существенно, что при создании возрастающего внутреннего давления при наличии трещины использование тепловизора для контроля за зонами повышения температуры позволяет также осуществлять одновременный контроль за наличием и состоянием мест с высокой концентрацией напряжения в силу особенностей конструкции внутренних объемов и не допускать надрывов материала в этих не пораженных трещинами зонах. (56) Авторское свидетельство СССР N 1382007, кл. C 21 D 8/00, 1986. Авторское свидетельство СССР N 1476909, кл. C 21 D 8/00, 1987.

Формула изобретения

СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ УСТАЛОСТНЫХ НЕСКВОЗНЫХ ТРЕЩИН, преимущественно возникающих на внутренней поверхности сосуда под давлением и распространяющихся к его наружной поверхности, включающий установление месторасположения трещины, выполнение на наружной поверхности сосуда вокруг трещины канавок на расстоянии между ними не меньше размера трещины, размещение ленты в канавках, установку полуколец на ленту и создание напряжений сжатия в материале путем стягивания вдоль наружной поверхности сосуда образованных таким образом колец с помощью крепежных элементов, причем перед выполнением канавок сосуд герметизируют и создают в нем непрерывно возрастающее давление до предельной величины с последующим плавным уменьшением его до нуля, после чего сосуд разгерметизирывают, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы сосуда за счет повышения эффективности пластического затупления вершины трещины, местоположение трещины определяют путем фиксации температурного поля в процессе создания рабочего давления, в сосуде, которое регистрируется в пластических зонах, окружающих контур трещины, и определяют по нему возрастание температуры вдоль контура до предельной ее величины, которая предшествует моменту перехода к статическому проскальзыванию, по величине которой судят о предельно допустимом уровне непрерывно возрастающего внутреннего давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2