Кандидат технических наук, старший научный сотрудник, эксперт Пономарев В.М., ведущий инженер Зелинский И.Н.
Техническое состояние авиационных баллонов (АБ) и сосудов высокого давления, входящих в состав систем кислородного оборудования, пожаротушения, воздушной, гидравлической и топливной систем, средств аварийного покидания и спасения, определяет безопасную и эффективную эксплуатацию воздушных судов (ВС).
Баллон — сосуд, имеющий одну или две горловины для установки вентилей, фланцев или штуцеров, предназначенный для транспортирования, хранения и использования сжатых, сжиженных или растворенных под давлением газов (ТР ТС 032/2013).
Сосуд — изделие (устройство), имеющее внутреннюю полость, предназначенное для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения и транспортирования газообразных, жидких и других веществ (ТР ТС 032/2013).
Контроль технического состояния (техническое диагностирование), выполняемое на авиационном ремонтном заводе (АвРЗ) – это проверка соответствия значений параметров баллонов требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени.
Задачами технического диагностирования являются:
— контроль технического состояния;
— поиск места и определение причин отказа;
— прогнозирование технического состояния с целью дальнейшей эксплуатации изделия, либо продления ему назначенных показателей в рамках проведения данного вида работ.
Технологическое работы, выполняемые при поступлении баллонов на капитальный ремонт, как правило, включают в себя:
— получение баллона со склада;
— подготовительные работы;
— разрядка баллона;
— разборка баллона;
— разборка головки-затвора;
— дефектация;
— ремонт по результатам дефектации (поверхностную коррозию на внутренней поверхности баллона устраняется фосфотированием с последующим гидрофобизированием);
— периодическое освидетельствование баллона;
— сборка баллона и головки-затвора;
— пневмоиспытание;
— зарядка баллона.
На рисунке 1 представлено оборудование для проверки и опрессовки сосудов высокого давления в условиях АвРЗ.
На базе АвРЗ и специализированных организаций, имеющих штатные испытательные средства с необходимым оборудованием для обеспечения качественного осмотра наружной и внутренней поверхностей, проведения гидро- и пневмоиспытаний, с периодичностью 5-15 лет выполняется техническое освидетельствование определенных типов баллонов, которое включает:
— осмотр наружной и внутренней поверхности баллона на отсутствие механических и коррозионных повреждений, включая проверку состояния резьбы горловин;
— проверка герметичности при номинальном рабочем давлении;
— прочностные испытания внутренним 1,5-кратным рабочим давлением;
— промывка внутренней поверхности;
— восстановление лакокрасочного покрытия (ЛКП).
На АвРЗ дополнительно применяется рентгенографический контроль швов (для отдельных типов баллонов).
Одной из основных задач технического диагностирования баллонов является назначение очередного срока технического диагностирования, если результаты проведенных исследований оказались положительными. Решение принимается после анализа величины остаточного ресурса.
В литературе для сосудов используются понятия «дефект» и «отказ». В соответствии с ГОСТ Р 27.102-2021:
— дефект — каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным в документации;
— отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Понятие «отказ» наиболее полно соответствует использованию для оценки технического состояния АБ. Понятие «дефект» используется для описания характеристик материалов.
Отказы баллонов, возникающие по модели постепенного накопления повреждений (старение, коррозия и т.п.), как правило, подчиняются нормальному закону. Параметрами функции распределения являются среднее время (математическое ожидание) работы до отказа и среднее квадратическое отклонение времени до отказа.
Материалы и структура стали АБ
Материалы оболочки АБ выбираются в соответствии с ГОСТ 5632-2014 и делятся на:
— нержавеющие стали — стали с минимальной массовой долей хрома 10,5 % и максимальной массовой долей углерода 1,2 %;
— сплавы на железоникелевой основе — сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе;
— сплавы на никелевой основе — сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никелевой основе (массовая доля никеля не менее 50 %);
— коррозионностойкие стали и сплавы — стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии, межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.
Под структурой стали для АБ понимают ее зернистое строение. При температуре не выше 723 °С в углеродистых сталях могут быть зерна только трех типов: зерна феррита, зерна цементита и зерна перлита.
По структуре, получаемой при охлаждении, стали делят на следующие структурные классы: мартенситный, аустенитный, перлитный, карбидный и ферритный. Для материалов авиационных баллонов характерны первые два.
Сварка стали
При сварке стали в зоне термического влияния наблюдаются следующие основные участки, структура которых во многом зависит от содержания в металле углерода и легирующих элементов:
- Участок перегрева имеет структуру крупноигольчатого мартенсита. Механические свойства металла относительно высокие.
- 2. Участок нормальной закалки имеет структуру мелкоигольчатого мартенсита.
- Участок частичной закалки в легированных сталях имеет структуру мартенсита с сеткой феррита.
Все три участка образуют хрупкую зону закалки с высокой твердостью, что затрудняет последующую механическую обработку, а также способствует развитию трещин в основном металле.
Химический состав сталей, применяемых при производстве баллонов, отличается невысоким содержанием углерода, наличием легирующих, то есть связывающих элементов (хрома, никеля, марганца, кремния) и практическим отсутствием примесей (серы, фосфора). Последнее свидетельствует о высоком качестве сталей.
Отказы (дефекты) АБ
Отказы (дефекты) АБ можно классифицировать по следующим признакам:
а) По возможности обнаружения:
— явные, обнаружение которых возможно предусмотренными правилами, методами и средствами контроля, хотя они могут и не выявляться визуально;
— скрытые, выявление которых не предусмотрено нормативной, эксплуатационной документацией, которые выявляются в процессе эксплуатации при обнаружении явных дефектов;
б) По месту положения:
— наружные (поверхностные и подповерхностные), которые выявляются визуально или с помощью инструмента и оптических приборов;
— внутренние, выявление которых возможно только с применением методов неразрушающего контроля (МНК);
в) По распределению:
— локальные (отдельные трещины, риски, неметаллические включения и т.д.);
— ограниченные зоны, расположенные на поверхности или внутри материала (зоны ликвации, неполной закалки, коррозионного поражения, местный наклеп и т.д.);
— распределенные во всем объеме изделия или по всей его поверхности (общее несоответствие химического состава, структуры, качества механической обработки и т.д.);
г) По происхождению:
— конструктивные, являющиеся следствием несовершенства конструкции;
— производственно-технологические, возникающие из-за несовершенства или нарушения технологии изготовления изделия при отливке и прокатке металлов, сварке, механической и термической обработке, склеивании и т. д.;
— эксплуатационные, проявляющиеся после определенной наработки изделия в результате усталости материала, коррозии, изнашивания, а также нарушений условий и требований эксплуатации;
д) По влиянию на безопасность эксплуатации:
— критические, при наличии которых использование изделия по назначению невозможно;
— значительные, которые существенно влияют на использование изделия по назначению и (или) на его долговечность, но не являются критическими;
— малозначительные, которые не оказывают существенного влияния на использование изделия по назначению и его долговечность.
Наибольшее влияние на безопасность эксплуатации АБ оказывают дефекты критические и значительные, происхождение которых обусловлено конструктивными, производственно-технологическими и эксплуатационными и эксплуатационными факторами.
Основные производственные дефекты АБ:
— дефекты плавки и литья;
— дефекты обработки давлением;
— дефекты термической, химической, и механической обработки металлов;
— дефекты соединения (сварки, склеивания и т. д.) материалов, из которых изготовлены АБ.
Дефекты плавки и литья проявляются в виде:
— несоответствий химического состава заданному;
— неметаллических включений, появляющихся из-за нарушения технологии плавки. Специфическим типом включений являются окисные плены в виде тонких и хрупких прослоек окисленного металла;
— ликваций, представляющих собой неоднородность отдельных участков металла по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям. Возникает из-за плохого перемешивания жидкого металла, а также в процессе остывания и кристаллизации материала отливки;
— газовых пор (пузырей) или раковин, появляющихся при кристаллизации из-за выделения газов, растворившихся в металле в процессе плавки;
— металлических включений инородных металлических тел в основном металле отливки. Такими телами могут быть нерасплавленные легирующие компоненты, модификаторы и т.д.;
— усадочных раковин, представляющих собой пустоты, образующиеся из-за нарушения правильности усадки металла отливок при неравномерном охлаждении или недостатке металла в процесс его затвердевания.
Вблизи усадочных раковин образуются усадочные рыхлоты. Поверхность раковины и рыхлого металла сильно окислены и при дальнейшей обработке давлением эти дефекты не завариваются;
— неспаев и неслитин, представляющих собой места отслоения металла отливок. При этом между зернами основного металла появляются тонкие прослойки не соединившегося металла (прослойки окислов);
— горячих трещин, образующихся в момент затвердевания металла в местах перехода от толстых сечений отливок к тонким;
— холодных трещин, возникают также под действием термических и усадочных напряжений. Причиной их образования являются: резкое изменение температуры отливок, разные скорости охлаждения разных участков (например, тонких и толстых элементов отливки), а также удары, возникающие при бросании горячих отливок и их обрубке;
— сдвигов одной части отливки относительно другой также являющихся дефектом отливок.
Дефекты обработки давлением подразделяются на две группы: связанные с дефектами исходного слитка и вызываемые самой обработкой.
Дефекты исходного слитка представляют собой:
— шлаковые включения в исходных заготовках — металлургический брак, при дальнейшей горячей объемной штамповке, приводящий к нарушению сплошности в поковке;
— ликвации по химическому составу;
— волосовины, являющиеся результатом деформации неметаллических включений и газовых пузырей. Имеют вид тонких трещин длиной от долей миллиметра до нескольких сантиметров и расположены на поверхности и в подповерхностном слое металла. Волосовины имеют глубину 0,5…1,5 мм;
— расслоения, возникающие при обработке давлением слитка, имеющего усадочные раковины или рыхлоты, а также при прокатке листа в результате плющения неметаллических включений или газовых пузырей. Расслоения — внутренние нарушения сплошности, располагающиеся по направлению волокна;
— плены — заливины и брызги жидкой стали, застывшие на поверхности слитка и раскатанные при прокате в виде отслаивающихся с поверхности пленок, толщиной до 1,5 мм;
— поверхностные и внутренние трещины слитка, незаварившиеся в процессе деформации;
— «скворечники» – раскрытые в процессе горячей деформации термические трещины, образующие полости различных размеров и очертаний.
К дефектам, вызванным непосредственно обработкой давлением, относятся:
— ковочные трещины (поверхностные и внутренние);
— разрывы, появляющиеся из-за значительных напряжений в металле при деформации в поковке (штамповке, прокате);
— рванины – грубые надрывы на поверхности металла, возникшие вследствие недостаточной его пластичности;
— заковы и закаты – возникают при избытке металла в валках (калибрах). Избыток металла при деформации заворачивается в складки и вновь прижимается к поверхности; складки вдавливаются и раскатываются на поверхности металла в диаметрально противоположных направлениях;
— зажимы – заштампованные складки, появляющиеся в результате неправильного наполнения фигуры штампа металлом (встречное движение металла) или закатывания заусенцев, полученных на первых переходах штамповки;
— вмятины – местные углубления на поверхности заготовки, вызываемые попаданием посторонних частиц на поверхность бойка, штампа, валка;
— риски – канавки на поверхности заготовок, полученных прессованием, прокаткой или волочением (прутка, проката). Появляются в результате попадания мелких посторонних частиц на поверхность оправки или штампа, или (при прокате) на валки, или при износе матрицы при прессовании. Риски могут также оставаться как след от грубой поверхности слитка. Они имеют глубину 0,2…0,5 мм;
— флокены – тонкие извилистые трещины, представляющие в изломе светлые пятна характерного серебристого цвета, округлой формы диаметром до 50 мм. Они появляются наиболее часто в среднеуглеродистых и среднелегированных сталях при повышенном содержании в них водорода;
— торцевые трещины появляются при резке главным образом крупных профилей проката, когда к моменту среза заготовка в результате больших удельных давлений под ножом сминается из круглого сечения в эллипс;
— отклонение от номинальных размеров, разнотолщинность, утонение и утолщение, разрывы прокатных, прессованных, тянутых полуфабрикатов (листов, труб, прутков) появляются в результате нарушения технологии производства, чаще всего – неправильной установки инструмента (валков листопрокатного стана, иглы трубопрокатного стана, оправки волочильного станка).
Дефекты обработки давлением недопустимы при изготовлении АБ.
Термическая обработка состоит в нагреве, последующем охлаждении металлов и сплавов по определенному закону и направлена на изменение их свойств в результате изменения их внутренней структуры. Целью термической обработки является снятие внутренних напряжений, а также повышение прочности, пластичности и вязкости металла.
Дефекты термической и химико-термической обработки представляют собой:
— термические трещины, возникающие в металле при резких нагреве и охлаждении (например, при закалке). В закаливаемом изделии могут появиться закалочные трещины различной величины и ориентировки;
— обезуглероживание, наблюдающееся в металле при нагреве стальных изделий в атмосфере, содержащей пары воды, углекислый газ или водород. В этом случае происходит выгорание углерода в поверхностных слоях, что приводит к понижению прочности стали;
— науглероживание, наблюдающееся в металле при нагреве стальных изделий в атмосфере, содержащей избыточную окись углерода. Это приводит к насыщению поверхностных слоев углеродом, что повышает хрупкость и склонность к трещинообразованию;
— водородные трещины, возникающие в металле из-за насыщения поверхностного слоя стали водородом под действием щелочей, кислот и специальных растворов при травлении и электрохимической обработке. Насыщение поверхностного слоя водородом приводит к резкому падению пластичности и к хрупким разрушениям, очагом которых обычно становятся микротрещины, имеющиеся на поверхности изделия;
— мягкие пятна, образующиеся на закаленной поверхности в результате недостаточного нагрева отдельных участков.
Дефекты термической и химико-термической обработки наиболее опасны при эксплуатации АБ, их наличие, как правило, приводит к катастрофическим последствиям.
Наиболее частыми дефектами механической обработки являются:
— несоответствие геометрических размеров, несоблюдение требований к чистоте поверхности;
— трещины, возникающие при резании металла, в котором имеются большие поверхностные напряжения;
— отделочные трещины, возникающие в поверхностном слое металла, наклепанном при отделочных операциях;
— прижоги, шлифовочные трещины, возникающие на операции шлифовки, при которой происходит резкий нагрев поверхностного слоя металла и последующее его охлаждение.
Прижоги и шлифовочные трещины могут явиться причиной разрушения АБ;
— рихтовочные и монтажные трещины, появляющиеся при правке, рихтовке, монтаже оборудования.
Все способы сварки разделяют на две группы: сварку плавлением и давлением.
Каждому виду сварки свойственны свои характерные дефекты:
а) Дефекты сварки
Специфическими дефектами сварки являются:
— непровары – пустоты, местные несоединения, образующиеся в результате неполного расплавления кромок свариваемых листов, а также малого расстояния между кромками по отношению к диаметру электрода;
— сварочные трещины, возникающие обычно в процессе остывания сварного соединения.
Трещины и непровары обычно относятся к внутренним дефектам сварного шва.
К наружным (внешним) дефектам относят: неполное заполнение шва; вогнутость на вершине шва; избыточное усиление (увеличение толщины шва); нахлест (наплавление металла на основу); проплав; продольные канавки; подрез (углубление в основном металле вдоль линии сплавления); смещение кромок шва; неровности в местах смены электрода; прожог в виде сквозного отверстия, образовавшегося в результате вытекания сварочной ванны, и др.
В сварке давлением встречаются некоторые дефекты, характерные для сварки плавлением, например, поры, шлаковые включения, смещение кромок и др.
Специфическим дефектом сварки давлением является слипание. Это хрупкое и непрочное соединение свариваемых заготовок, окисленное в большей или меньшей степени. Оно возникает при недостаточно хорошей очистке свариваемых поверхностей, недостаточном расплавлении металла кромок.
Дефекты сварки: непровары, трещины, подрезы, шлаковые включения влияют самым непосредственным образом на безопасность эксплуатации АБ;
б) Дефекты клеевого соединения
Клеевое соединение получают с помощью клея – вязкого вещества, обладающего адгезией с соединяемыми материалами и достаточной прочностью после твердения.
Основным дефектом клеевого соединения является непроклей, возникающий в результате плохой очистки склеиваемых поверхностей или нарушения температурного режима склейки.
Непроклей в баллоне с оплеткой из стеклопластика может привести к разрушению баллона, в том числе и взрывному.
Дефекты, возникающие при хранении и эксплуатации
При хранении изделие может получить механические повреждения. Возможно растрескивание в результате действия внутренних напряжений. Нередкое явление – коррозия, которая может быть поверхностной, а может распространяться в глубь металла преимущественно по границам зерен (межкристаллитная коррозия).
При эксплуатации дефекты АБ могут возникать в результате изнашивания, коррозии, явления усталости и т. д., а также неправильного технического обслуживания и эксплуатации.
Дефекты, возникающие в результате изнашивания:
— износ – это результат изнашивания, проявляющегося в виде отделения или остаточной деформации материала. В процессе эксплуатации изделий изнашивание того или иного вида неизбежно.
Основными, наиболее часто встречающимися видами изнашивания АБ являются следующие:
— эрозионное – это изнашивание поверхности в результате воздействия потока жидкости или газа;
— усталостное – это изнашивание поверхности трения или отдельных ее участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц. Усталость – процесс постепенного накопления повреждений под действием повторно — переменных напряжений, приводящий к уменьшению долговечности, образованию трещин и разрушениям
На усталостную прочность изделий оказывают влияние самые различные факторы: концентраторы напряжений и их распределение; размеры и форма изделий; вид деформации; режим нагружения (в том числе частота нагружения); температурные условия; объемный наклеп; среда; термообработка; величина зерна; металлургические факторы; величина и знак остаточных напряжений; состояние поверхности, которое зависит от ряда технологических факторов (механическая обработка, упрочняющая технология, химико — термическая обработка и электролитические покрытия) и всевозможных эксплуатационных факторов.
В результате влияния всех указанных факторов, хотя АБ рассчитываются так, чтобы рабочие напряжения в них были ниже предела выносливости, в баллонах нередко возникают процессы усталости. В наиболее слабом месте изделия (концентрация напряжений, неметаллическое включение, остаточные растягивающие напряжения и т. д.), чаще всего в зоне максимальных растягивающих напряжений, возникают микротрещины, развивающиеся в дальнейшем в усталостные, которые приводят к внезапному разрушению изделия без видимых предварительных пластических деформаций. Снижению усталостной прочности АБ способствуют также местные повреждения поверхности (забоины, риски, коррозионные раковины и т. п.). Усталостные разрушения наблюдаются и на различных сварных элементах баллонов;
Дефекты, обусловленные коррозией:
— дефекты атмосферной коррозии;
— дефекты газовой коррозии;
— дефекты контактной коррозии;
— дефекты под напряжением;
— дефекты коррозии в неэлектролитах и электролитах.
Коррозия изделий происходит в результате их химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой.
По характеру разрушения различают два основных вида коррозии — сплошную и местную. Сплошной коррозии соответствует поражение всей поверхности. Она подразделяется на равномерную и неравномерную.
Местная коррозия характеризуется ограниченностью очагов поражения. Особо опасны при эксплуатации АБ коррозионное растрескивание, межкристаллитная, ножевая, щелевая, точечная коррозия.
Коррозионное растрескивание происходит путем зарождения и (или) роста трещин под давлением коррозионной среды и растягивающих напряжений. Особо опасно для высокопрочных металлических сплавов.
Межкристаллитная коррозия (МКК) заключается в разрушении металла по границам кристаллитов (зерен). При развитии коррозии на значительную глубину может произойти внезапное хрупкое разрушение пластичного металла.
Ножевая коррозия – частный случай МКК, проявляющийся в разрушении металла в зоне сплавления сварных швов – узкой зоне на границе основного металла с наплавленным.
Щелевая коррозия проявляется в ускоренном разрушении металла в узких зазорах, в том числе в нахлесточных соединениях и резьбе.
Точечная коррозия (питтинг) представляет собой множественные поражения в виде полостей, входные отверстия которых малы (десятые доли мм) и меньше глубины.
Элементы конструкции различных АБ имеют обычно лакокрасочное защитное покрытие. Лакокрасочные покрытия и окисные пленки в большей или меньшей степени влагогазопроницаемы, пропускают влагу и газы к металлической поверхности элемента конструкции.
Классификация хрупкого разрушения представлена в таблице 1.
Таблица 1 — Классификация хрупкого разрушения сосудов высокого давления
| Группа
факторов |
Подгруппа
факторов |
Факторы |
| 1.Трещинообразу-ющие повреждения | 1.1. Исходные | 1.11. Трещины
1.12. Трещиноподобные дефекты сварки 1.13. Конструктивные надрезы |
| 1.2. Эксплуатационные | 1.21. Трещины
1.22. Коррозионные повреждения |
|
| 2. Снижение вязкости элемента конструкции | 2.1. Свойства материалов | 2.11. Чувствительность металла к подрезам
2.12. Старение и наклеп 2.13. Фазовые превращения 2.14. Масштабный фактор |
| 2.2. Внешние воздействия на свойства материалов | 2.21. Снижение температуры
2.22. Увеличение скорости деформирования 2.23. Повышение жесткости напряженного состояния 2.24. Циклическая нагрузка |
|
| 2.3. Жесткость напряженного состояния для конструктивного элемента | 2.31. Концентратор напряжения
2.32. Изменение жесткости конструкции |
|
| 3. Повышение уровня напряжения в зоне разрушения | 3.1. Местная нагруженность | 3.11. Динамическое воздействие
3.12. Температурные напряжения 3.13. Неучтенные эксплуатационные нагрузки |
| 3.2. Общая нагруженность | 3.21. Остаточные напряжения
3.22. Концентрация напряжений 3.23. Низкая температура |
Коррозионное растрескивание. Особенно опасный вид коррозионного разрушения — коррозионное растрескивание, происходящее при одновременном воздействии статических растягивающих напряжений (внешних и внутренних) и коррозионной среды. При этом наблюдается хрупкое разрушение, и оно направлено перпендикулярно действию растягивающих напряжений.
Отказы, вызванные неправильной эксплуатацией, связаны с небрежным техническим обслуживанием, нарушением правил эксплуатации АБ. Например, использование несоответствующего данной операции инструмента может привести в негодность отдельные детали. Несвоевременное или недоброкачественное выполнение регламентных работ, длительное хранение АБ в незаправленном состоянии, использование рабочих сред, не соответствующих требованиям ЭТД, невыполнение периодических освидетельствований, может вызвать отказы изделий.
Анализ статистических данных показывает, что основные отказы баллонов подразделяются на три группы:
— негерметичность баллонов;
— разрушение баллонов;
— отказы и неисправности, выявленные при техническом освидетельствовании.
Отказы, связанные с негерметичностью баллонов, распределяются следующим образом (рисунок 2):
— трещины в районе шва горловин – 52 %;
— трещины корпуса баллонов – 21 %;
— трещины в районе центрального сварного шва – 5 %;
— трещины по центральному сварному шву – 22 %.
Особо опасные последствия могут иметь — эксплуатация АБ на борту ВС в незаряженном состоянии и хранение АБ в незаряженном, в незаконсервированном состоянии в помещениях, не удовлетворяющих требованиям ТУ.
Примеры типовых отказов АБ, выявляемых в условиях АвРЗ
Расчетный запас прочности баллонов составляет от 2,6 до 3,0 и более. Однако, часть баллонов может иметь повреждения, значительно снижающие запас прочности. Это в основном конструктивно-технологические дефекты и повреждения, приобретённые в процессе эксплуатации:
— охрупчивание стали из-за нарушения и упрощения технологических процессов при производстве баллонов;
— дефекты сварки;
— трещины, образовавшиеся при грубой пескоструйной обработке внутренней поверхности;
— наличие в присадочном сварочном материале марок сталей, не соответствующих техническим условиям;
— точечная, язвенная и сплошная коррозия, образующаяся из-за наличия конденсата влаги в рабочих газах и огнегасящих составах.
Кроме того, специфической особенностью авиационных баллонов и сосудов является накопление усталостных повреждений в результате многократного наполнения, применения в системах с динамическими режимами работы, при выполнении технического освидетельствования.
Выявлены следующие отказы баллонов: внешняя коррозия и внутренняя коррозия (обнаружены при периодическом техническом освидетельствовании и ремонте, при проведении работ по продлению НСС АБ); изменение формы и размеров; негерметичность; взрывное разрушение.
Обобщая результаты, можно сделать вывод, что наличие и развитие дефектов и повреждений в сварных швах при циклическом нагружении является основной причиной разрушения баллонов.
Основными причинами негерметичности баллонов являются трещины в околошовных зонах. Это обусловлено следующими нарушениями технологического процесса при изготовлении баллонов:
— применением материалов, не соответствующих требованиям конструкторской документации;
— нарушением режима термообработки, приводящего к снижению характеристик пластичности стали, вследствие её охрупчивания;
— устранением дефектов сварных швов способом подварки без последующей термообработки.
Помимо названных причин производственного характера к образованию микротрещин на поверхности баллонов приводит нарушение технологии обслуживания самолетных систем при выполнении ремонтно-восстановительных работ;
— полное стравливание рабочего состава из баллонов;
— содержание кислородной (воздушной, противопожарной) системы в разгерметизированном состоянии, приводящее к проникновению и накоплению влаги в баллонах.
Кроме того, нарушение условий эксплуатации инженерно-техническим составом приводит к разрушению ЛКП баллонов и образованию на поверхности материала очагов коррозии, являющихся причиной развития коррозионных трещин.
Проведенные исследования аварийных и отказавших баллонов показали, что причиной разрушения баллонов явилось нарушение технологии их изготовления (режима термообработки), что привело к образованию дефектов структуры материала в виде карбидной сетки и, как следствие, ухудшению механических характеристик стали.
Отказы (дефекты), выявляемые при техническом освидетельствовании баллонов органами Гостехнадзора, обусловлены следующими факторами:
— нарушением технологии восстановления герметичности в резьбовом соединении тройника (заглушки) и баллона, заключающимся в деформации и разрушении нитей резьбы, а также растрескиванием глицеринового цемента;
— коррозией внутренней поверхности баллона из-за нарушения процесса промывки после кислотного травления баллона при изготовлении.
Кроме конструктивно — технологических дефектов имеются отказы, обусловленные несоблюдением условий эксплуатации и сроков проведения проверок:
— нарушение сроков технического освидетельствования АБ;
— эксплуатация баллонов сверх назначенных сроков службы;
— наличие на наружной поверхности АБ следов механических повреждений, нарушений лакокрасочного покрытия, отслоений стеклопластиковой оплетки;
— отсутствие резиновых обкладок на ложементах для установки АБ на борту ВС;
— эксплуатация АБ на борту ВС в незаряженном состоянии;
— хранение АБ в незаряженном, в незаконсервированном состоянии, в помещениях, не удовлетворяющих требованиям ТУ;
— заправка баллонов компонентами, не соответствующими ТУ;
— отсутствие паспортов на баллоны, несоответствие сведений формуляров и паспортов данным установленных на борт АБ.
Особо опасные последствия могут иметь — эксплуатация АБ на борту ВС в незаряженном состоянии и хранение АБ в незаряженном, в незаконсервированном состоянии в помещениях, не удовлетворяющих требованиям ТУ.
Методы и средства контроля технического состояния АБ
Для АБ наиболее пригодны методы и средства:
— визуального контроля (визуально – измерительного контроля (ВИК));
— ультразвуковой контроль (УЗК);
— акустического контроля;
— радиационного контроля.
Одним из основных видов контроля в условиях АвРЗ является визуальный контроль. Наружный и внутренний осмотр сосуда проводится в целях выявления дефектов, которые могли возникнуть как в процессе его эксплуатации, так и при его изготовлении, транспортировке и монтаже.
Забракованные баллоны должны быть приведены в негодность (путем нанесения насечек на резьбе горловины или просверливании отверстий на корпусе) исключающие возможность их дальнейшей эксплуатации. Паспортные данные баллона должны быть забиты клеймом с обозначением «Х» в круге диаметром 12 мм. Результаты осмотра оформляются в виде заключения (протокола), подписываемого специалистами организации, проводящей техническое диагностирование.
Только комплексное сочетание МНК позволит скомпенсировать отдельные недостатки конкретных методов и усилить их достоинства, обеспечить достоверный контроль АБ с высокой технико-экономической эффективностью.
Комплексное использование ВИК, АЭК, УЗК, РГК позволит исключить техническое освидетельствование баллонов 1,5-кратным давлением и, тем самым, сократить темп расходования запаса ресурса баллонов.
Внедрение новых процедур диагностики в практику эксплуатации ВС требует разработки нормативно-технической и научно-методической базы, проведения организационно-технических мероприятий по внедрению комплексного подхода к оценке технического состояния авиационных баллонов с целью обеспечения их безопасной эксплуатации. Возможно также включение в выбранный комплекс диагностирования средств измерения, использующих другие методы неразрушающего контроля, например, магнитопорошковый, вихретоковый метод и др.
Таким образом, навыки распознавания видов выявляемых дефектов, в полной мере, позволяют определять методы и средства их устранения, предупреждения и повышения эксплуатационной надежности АБ.