DIPLOMSKI RAD - fsb.unizg.hr · PDF fileIzjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno...
Transcript of DIPLOMSKI RAD - fsb.unizg.hr · PDF fileIzjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno...
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE
DIPLOMSKI RAD
Matija Petrovčić
Zagreb, 2013.
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE
DIPLOMSKI RAD
Mentor: Student:
Prof. dr. sc. Damir Markučič, dipl. ing. Matija Petrovčić
Zagreb, 2013.
Izjavljujem da sam ovaj rad izradio samostalno koristeći stečena znanja tijekom studija i
navedenu literaturu.
Zahvaljujem svom mentoru, dr. sc. Damiru Markučiču, na strpljenju pri izradi ovog rada,
kao i djelatnicima ZTC-a d.d. na susretljivosti i pomoći.
Matija Petrovčić
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje I
SADRŽAJ
SADRŽAJ ................................................................................................................................... I
POPIS SLIKA ............................................................................................................................ II
POPIS TABLICA ..................................................................................................................... III
POPIS OZNAKA ..................................................................................................................... IV
SAŽETAK ................................................................................................................................. V
SUMMARY ............................................................................................................................. VI
1. UVOD .................................................................................................................................. 1
2. PREGLED INCIDENATA UZROKOVANIH OŠTEĆENJEM PODVOZJA ................... 2
2.1. Lom glavnog podvozja aviona de Havilland Canada DHC-6 Twin Otter ................... 2
2.2. Lom nosne noge podvozja aviona Embraer EMB-110P1 ............................................ 3
2.3. Lom nosača osovine kotača teretnog aviona ................................................................ 5
2.4. Lom naplatka prilikom slijetanja na avionu Boeing 737-8FE ..................................... 7
2.5. Lom elementa podvozja na avionu North American B-25 ........................................ 10
3. PREGLED NDT ISPITIVANJA DIJELOVA PODVOZJA ............................................. 12
3.1. Pregled elemenata podvozja aviona Canadair CL-415 i procedure ispitivanja ......... 12
3.2. Pregled naplataka aviona Canadair CL-415 ............................................................... 19
3.3. Pregled nosača glavne noge aviona Pilatus PC-9M ................................................... 21
3.4. Pregled podupornog nosača glavne noge aviona Pilatus PC-9M............................... 23
3.5. Ispitivanja na podvozju aviona Airtractor AT-802 Fire Boss .................................... 25
3.6. Usporedba uređaja za ispitivanje vrtložnim strujama Hocking 2200, Hocking Quick
Check i Elotest M2..................................................................................................... 26
3.7. Osvrt na ispitivanje podvozja aviona ruske proizvodnje tipa MIG-21BIS ................ 28
4. ISPITIVANJE UZORAKA ............................................................................................... 30
4.1. Prikaz odabranih ispitnih uzoraka .............................................................................. 30
4.2. Ispitivanje uzoraka vrtložnim strujama ...................................................................... 32
4.3. Ispitivanje penetrantima ............................................................................................. 37
4.4. Snimanje pukotina stereo mikroskopom .................................................................... 42
5. ZAKLJUČAK .................................................................................................................... 45
LITERATURA ......................................................................................................................... 46
PRILOZI ................................................................................................................................... 47
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje II
POPIS SLIKA
Slika 1. Dio sklopa nosne noge: A) kućište amortizera, B) kućište rukavca nosača nosne
noge C) oštećeni sklop rukavca sa čahurom [2] ...................................................... 3
Slika 2. Površina loma rukavca A) Sekundarna uslijed preopterećenja, B) Glavna pukotina
uslijed zamora, C) Mala pukotina [2] ...................................................................... 4
Slika 3. Prikaz oštećenog nosača [3] .................................................................................... 6
Slika 4. Prikaz oštećenog naplatka i indikacija mjesta nastanka pukotine [4] ..................... 8
Slika 5. Odlomljeni komad s prikazom početka pukotine [4] .............................................. 9
Slika 6. Indikacija pukotina izvan mehanički obrađenog područja [4] ................................ 9
Slika 7. Ultrazvučna metoda detekcija pukotina bez skidanja čahure ležaja [4] ................ 10
Slika 8. Prikaz odlomljenog dijela [5] ................................................................................ 11
Slika 9. Nova područja koja je potrebno ispitati [5] ........................................................... 11
Slika 10. Oprema za ispitivanje metodom vrtložnih struja................................................... 12
Slika 11. Ispitivani element glavne noge [6] ........................................................................ 13
Slika 12. Prikaz na zaslonu uređaja za mjerenje vrtložnim strujama [6].............................. 15
Slika 13. Prikaz ispitivane lokacije na podvozju CL-415 [6] ............................................... 17
Slika 14. Ispitivani dio podvozja CL-415 ............................................................................. 19
Slika 15. Prikaz područja naplatka koje se ispituje vrtložnim strujama [7] ......................... 20
Slika 16. Detalj ispitivanja nosača [8] .................................................................................. 22
Slika 17. Prikaz ispitivanog nosača i kriterija prihvatljivosti [8] ......................................... 23
Slika 18. Dijelovi glavne noge [8] ........................................................................................ 24
Slika 19. Kritični nosač na kojem može doći do nastanka pukotine [8]............................... 25
Slika 20. Sklop aktuatora i oštećenog nosača [9] ................................................................. 26
Slika 21. Uređaj za ispitivanje vrtložnim strujama Hocking Phasec 2200 [11] ................... 27
Slika 22. Uređaj za ispitivanje vrtložnim strujama Hocking QuickCheck [10] ................... 27
Slika 23. Uređaj za ispitivanje podvozja magnetskom metodom ......................................... 29
Slika 24. Podvozje aviona MiG-21 ....................................................................................... 29
Slika 25. Ispitni uzorak 1 ...................................................................................................... 30
Slika 26. Ispitni uzorak 2 ...................................................................................................... 31
Slika 27. Sonda za ispitivanje vrtložnim strujama................................................................ 32
Slika 28. Prikaz uređaja za ispitivanje vrtložnim strujama................................................... 33
Slika 29. Indikacija pukotine na uzorku 1 ............................................................................ 35
Slika 30. Indikacija pukotine na uzorku 2 ............................................................................ 36
Slika 31. Ispitni uzorci s nanesenim penetrantom ................................................................ 38
Slika 32. Ispitni uzorak s nanesenim razvijačem penetranta ................................................ 38
Slika 33. Uzorak 2 - prikaz slabe indikacije ......................................................................... 39
Slika 34. Test penetranta na etalonu sa dubinom pukotina od 50μm ................................... 40
Slika 35. Indikacije pukotine na uzorku 2 ............................................................................ 41
Slika 36. Pukotina na uzorku 1 ............................................................................................. 42
Slika 37. Prva pukotina na uzorku 2 ..................................................................................... 43
Slika 38. Druga pukotina na uzorku 2 .................................................................................. 44
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje III
POPIS TABLICA
Tablica 1. Potrebna oprema za ispitivanje vrtložnim strujama [6] ......................................... 13
Tablica 2. Vrste ispitivanja prilikom izmjena guma [7] ......................................................... 19
Tablica 3. Ispitivanje naplataka ovisno o njihovoj starosti [7] ............................................... 20
Tablica 4. Oprema za ispitivanje nosača [8] .......................................................................... 21
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje IV
POPIS OZNAKA
Oznaka Opis
SEM Scanning electron microscopy
SCC Stress corrosion cracking
ZTC Zrakoplovno-tehnički centar
IACS International Annealed Copper Standard %
EDM Electrical Discarge Machining
BNC Bayonet Neill-Concelman
CRS Calibration reference standard
ASTM American Society for Testing and Materials
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje V
SAŽETAK
Komponente zrakoplova su, tijekom svojeg životnog vijeka, izložene raznim opterećenjima, a
materijal od kojih su izrađene postupno gubi svoja mehanička svojstva. Jedna od dinamički
najopterećenijih komponenata zrakoplova je njegovo podvozje. Tijekom slijetanja ono na
sebe preuzima visoke vrijednosti dinamičkih opterećenja pa su, prilikom njegovog
održavanja, potrebne pouzdane metode kojima se utvrđuje rani nastanak pukotina i
nepravilnosti u materijalu. Jedini način utvrđivanja ranog nastanka pukotina su NDT metode,
odnosno nerazorna ispitivanja. Najzastupljenije NDT metode su metoda ispitivanja vrtložnim
strujama, penetrantska metoda, metoda ispitivanja pomoću ultrazvuka i magnetska metoda
(primjenjiva samo na feromagnetske materijale). U sklopu ovog rada obrađeni su primjeri
nesreća nastalih zbog nepravovremene detekcije pukotina – od loma glavnog podvozja preko
loma nosne noge i nosača osovine do loma naplatka i elementa podvozja. Prezentiran je i
praktični primjer usporedbe dviju metoda za detekciju pukotina na aluminijskoj leguri –
ispitivanje vrtložnim strujama i penetrantske metode.
Ključne riječi: NDT metode, podvozje, lom, održavanje, detekcija pukotina
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje VI
SUMMARY
During their lifetime aircraft components are exposed to various loads. The material from
which they are made gradually loses its mechanical properties. One of the most dynamically
loaded aircraft components is the landing gear. During the landing it withstands the high
value of dynamic load. Its maintenance requires reliable methods for determining the early
formation of cracks and imperfections in the material. The only way to determine early cracks
is Non-destructive testing (NDT). The most used NDT methods are eddy-current testing,
penetrant testing, ultrasonic testing and magnetic partical inspection (applicable only to
ferromagnetic materials). This thesis shows the examples of accidents caused by untimely
detection of cracks - the main landing gear failure, nose landing gear failure, landing gear axle
failure etc. It also presents the comparison of two methods for the detection of cracks in
aluminum alloys – eddy-current testing and penetrant testing.
Key words: NDT methods, landing gear, failure, maintenance, detection of cracks
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 1
1. UVOD
Tijekom eksploatacije aviona na raznim se dijelovima javljaju opterećenja koja uzrokuju
naprezanja u konstrukciji aviona. Sva su naprezanja u nekoj mjeri periodična. Periodičnost
opterećenja i rasterećenja, odnosno promjenjivih naprezanja, uzrokuje nastajanje i propagaciju
pukotina u materijalu. Pojavom pukotina u konstrukciji opada njezina nosivost i kao takva
može podnijeti manje opterećenje prije nego što nastupi lom.
U zrakoplovstvu je vrlo važna prevencija kritičnih situacija zbog kojih može doći do loma
dijela konstrukcije. NDT metode su jedini način rane detekcije pukotina i oštećenja elementa
konstrukcije. Podvozje aviona u režimu slijetanja preuzima visoke relativne vrijednosti
opterećenja i prenosi ih na ostale elemente konstrukcije aviona. Konstrukcija podvozja je
prilično složena, a njegovo je stanje važno za svaki avion. Tijekom održavanja aviona, visoki
se zahtjevi polažu pred opremu za nerazorna ispitivanja, pravovremeno i kvalitetno propisano
te implementirano održavanje elemenata podvozja.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 2
2. PREGLED INCIDENATA UZROKOVANIH OŠTEĆENJEM
PODVOZJA
Pravovremena detekcija pukotina od ključne je važnosti u sprečavanju daljnjeg širenja
pukotine i nastanka loma podvozja. Česti uzrok nepravovremenog otkrivanja pukotine je
međusobna neprilagođenost načina eksploatacije aviona i sustava održavanja koji se sastoji od
NDT ispitivanja. Tijekom NDT ispitivanja pukotina može promaknuti jer ispitivanjem nije
obuhvaćeno cijelo područje, nego samo jedan njegov dio u kojem je najveća vjerojatnost za
pojavu pukotina.
2.1. Lom glavnog podvozja aviona de Havilland Canada DHC-6 Twin Otter
Ovaj se incident [1] dogodio tijekom taksiranja aviona DHC-6 prije polijetanja 2009. godine.
Avion se u većini slučajeva koristio za izbacivanje padobranaca pa je imao mnogo više
ciklusa polijetanja i slijetanja od aviona iste serije koji se koriste u druge namjene. Do loma
glavne noge podvozja došlo je uslijed napredovanja pukotina uzrokovanih zamorom
materijala. Istragom je utvrđeno da inicijalno nije postojala samo jedna pukotina, nego više
njih. Pukotine su se spojile i uzrokovale oslabljenje konstrukcije koja je popustila uslijed
opterećenja. Inicijalne pukotine kreću iz zavarenog spoja.
Prema priručniku za održavanje ovog tipa aviona, propisano je održavanje podvozja i
inspekcija NDT metodama svakih 12000 sati naleta ili svakih 5 godina, ovisno o tome što
prije nastupi. Sam sustav održavanja podvozja uveden je zbog potrebe za utvrđivanjem
mogućih pukotina koje su se javile na avionima ove serije, a kao takav postojao je prije ovog
incidenta.
Ovaj je incident, nakon uvođenja potrebe za NDT inspekcijom podvozja, ukazao na
nedostatke propisane metode održavanja aviona jer se ona bazirala na satima naleta aviona i
na kalendarskom vremenu. Relevantni parametri za propagaciju pukotine uzrokovane
zamorom materijala su broj ciklusa opterećenja, odnosno rasterećenja elementa konstrukcije i
iznos sile koja djeluje na taj element. Ovaj se avion, kao što je spomenuto, koristio isključivo
za izbacivanje padobranaca pa je zbog toga ostvario veći broj ciklusa pri kojima djeluju
najveći iznosi sila na podvozje. Misija izbacivanja padobranaca uključuje polijetanje,
kratkotrajan let na zadanu visinu i slijetanje. Svi su ovi parametri doveli do mnogo većeg
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 3
broja ostvarenih ciklusa opterećenja i rasterećenja unutar intervala od 12000 sati naleta nego
kod ostalih aviona iste serije.
Ovaj incident pokazuje da je prilikom detekcije pukotine koja nastaje uslijed zamora
konstrukcije podvozja i propagira u ovisnosti o ciklusima opterećenja i rasterećenja, bitna
periodičnost održavanja temeljena ne samo na broju sati naleta i/ili vremenskom roku nego i
broju ostvarenih ciklusa slijetanja.
2.2. Lom nosne noge podvozja aviona Embraer EMB-110P1
Kod ovog je aviona [2] došlo do puknuća dijela nosne noge pri slijetanju 31. kolovoza 2008.
Avion je nakon puknuća izletio s piste pa se vratio na nju. Rezultati istrage pokazali su da je
taj dio bio istrošen pa je došlo do zamora materijala i razvoja pukotine koja je uzrokovala
lom. Dio koji se odlomio izrađen je od aluminija unutar kojeg je uprešana čelična čahura.
Tijekom remonta područje je potrebno ispitati NDT metodama koje su propisane procedurom
održavanja, a uključuju ispitivanje fluorescentnim penetrantima tipa ARDROX.
Slika 1. Dio sklopa nosne noge: A) kućište amortizera, B) kućište rukavca nosača nosne noge
C) oštećeni sklop rukavca sa čahurom [2]
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 4
[Slika 1] prikazuje dio sklopa nosne noge od kojeg se odlomio dio kućišta rukavca. Ovaj je
dio izrađen lijevanjem aluminijske legure. Nosna je noga „nakupila“ 1408 sati i 1893 ciklusa
slijetanja od instalacije na avion. Važno je spomenuti da nosna noga nije bila nova, nego je
remont već prije izvršila australska tvrtka. S obzirom da je avion letio za kanadsku
kompaniju, podlijegao je pod regulativu kanadskih vlasti. Između zračnih vlasti Kanade i
Australije ne postoji regulativa za međusobno prihvaćanje izdanih dozvola ni procedura za
održavanje komponenata zrakoplova pa procedura održavanja, koju je provela australska
tvrtka za kanadsku aviokompaniju, prema priručniku za održavanje izdanom od strane
proizvođača aviona, nije važila. Unatoč tome, u izvještaju je zaključeno da procedura
održavanja nije adekvatno odrađena što je rezultiralo neželjenim posljedicama.
Analizom je utvrđeno da je unutarnja površina kućišta rukavca istrošena u značajnoj mjeri. Na
toj je površini došlo do razvoja pukotina koje su se tijekom eksploatacije širile i dovele do
loma kućišta rukavca.
Slika 2. Površina loma rukavca A) Sekundarna uslijed preopterećenja, B) Glavna pukotina
uslijed zamora, C) Mala pukotina [2]
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 5
Prema istrošenosti i količini inicijalnih pukotina pronađenih na unutrašnjosti kućišta,
zaključeno je da su se pukotine razvile prije remonta. Tijekom remonta nisu bile uočene zbog
neutvrđenih razloga, iako je to, prema proceduri NDT inspekcije, bilo moguće korištenjem
penetrantske metode. Ovdje na umu treba imati činjenicu da je proizvođač komponente
predvidio ispitivanje penetrantima unutarnje površine, no u praksi je to teško izvedivo zbog
nedostupnosti cijele unutarnje površine provrta. Procedura NDT ispitivanja prema tome nije
adekvatna iz praktičnih razloga (teško je izvediva), na što proizvođač nije obraćao dovoljno
pozornosti. Dio se koristio i nakon remonta pa su pukotine propagirale sve dok nije došlo do
loma konstrukcije. Ovaj je slučaj karakterističan primjer nepoštivanja procedura remonta
elementa podvozja i nekorištenja NDT metoda za ranu detekciju razvoja pukotina. Vrlo je
važno da se NDT metode koriste adekvatno i pravovremeno, bilo penetrantska metoda bilo
neka druga.
2.3. Lom nosača osovine kotača teretnog aviona
Za razliku od dosadašnjih primjera oštećenja elemenata podvozja aviona izrađenih od
aluminija, u ovom je slučaju došlo do puknuća nosača osovine kotača izrađenog od čelika [3].
Do puknuća je došlo na glavnoj nozi podvozja pri statičkom opterećenju kada je avion stajao
na stajanci i nije se trenutno koristio. Prema sustavu održavanja podvozja aviona, glavna
noga podvozja odlazi na remont svakih 10 godina. Pri remontu se provode sljedeće radnje:
skidanje boje i hrđe pjeskarenjem
skidanje kromiranog sloja na propisanim mjestima i toplinsko popuštanje materijala
provjera stanja podvozja korištenjem magnetske NDT metode
mehanička obrada površina
ponovno kromiranje određenih dijelova i brušenje radi postizanja traženih dimenzija
toplinsko popuštanje materijala
antikorozivna zaštita nanošenjem sloja kadmija
toplinska obrada istog.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 6
Slika 3. Prikaz oštećenog nosača [3]
[
Slika 3] prikazuje dvije pukotine na oštećenom nosaču osovine. Vizualnim pregledom mjesta
loma, utvrđeno je da nema vanjskih mehaničkih oštećenja na nosaču koja bi uzrokovala
propagaciju pukotina. Detaljnom analizom u laboratoriju, odnosno korištenjem elektronskog
mikroskopa (SEM), utvrđeno je da su inicijalne pukotine nastale ispod kromiranog sloja te da
debljine nanešenog kroma nisu uniformne. Pukotine su se razvile iz malih udubina nastalih
korozijom ispod kromiranog sloja, što je tipičan primjer za lom uzrokovan korozijom (SCC).
Skidanjem kromiranog sloja uočeno je još nekoliko manjih pukotina te indikacije na suviše
grubo brušenje pri skidanju sloja kroma tijekom remonta nosača. Isto tako, pronađena je i
nekolicina pukotina uzrokovana temperaturnim preopterećenjem koje je dovelo do smanjenja
tvrdoće materijala.
Tipični proces remonta uključuje ispitivanje magnetskim česticama nakon skidanja sloja
kroma i ispitivanje korištenjem penetranata. Unatoč tome, pokušalo se usporediti efikasnost
detekcije pukotina korištenjem penetranata prije skidanja kromiranog sloja. Uočena je
nekolicina pukotina koje se prostiru u radijalnom smjeru na provrt. Ove su pukotine
detektirane magnetskim česticama i nakon skidanja sloja kroma. Korištenjem NDT metode
ispitivanja vrtložnim strujama utvrđena je dubina pukotina od 0,2 mm. Uz metodu detekcije
pukotina korištenjem penetranata, dva tjedna prije incidenta loma nosača korištena je i
ultrazvučna metoda rane detekcije pukotina, međutim, njome nije detektirana nikakva
pukotina u materijalu. Naime, ultrazvučna metoda ne može detektirati pukotine manje od 2,5
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 7
mm. Kritična veličina pukotine koju je potrebno detektirati iznosi 0,7 mm pa je prema tome
ultrazvučna metoda neefektivna.
Proizvođač podvozja došao je do zaključka da ne postoji adekvatna NDT metoda za ranu
detekciju pukotina na glavnom podvozju kada se unutar provrta nosača nalazi osovina, a
njegova je unutrašnjost kromirana. Jedini efikasni način detekcije pukotina unutar provrta je
nakon skidanja sloja kroma pri remontu podvozja pa je proizvođač ovaj problem riješio
rekonstruiranjem podvozja.
Ovaj incident pokazuje da u nekim situacijama nije moguće detektirati pukotine korištenjem
NDT metoda, nego je potrebno prilagoditi konstrukciju i sustav održavanja aviona
osiguravanjem optimalnih uvjeta koji daju prihvatljive rezultate detekcije pukotina. Isto tako,
uvijek je potrebno koristiti nekoliko NDT metoda da bi se utvrdila ona najbolja. U ovom su
slučaju korištene magnetska metoda, penetrantska metoda, metoda ispitivanja vrtložnim
strujama i ultrazvučna metoda. Računa treba voditi i o primjenjivosti metoda, na primjer,
veliki je udio podvozja raznih aviona izrađen od aluminija kod kojih nije primjenjiva
magnetska metoda. Isto tako, određena komplicirana geometrija ograničava korištenje NDT
metoda, na primjer, postavljanje ultrazvučnih sondi unutar provrta i sl. Teško dostupna mjesta
nastajanja pukotina (ispod kromiranog sloja), samo su dodatni otežavajući faktori s kojima se
treba nositi. Određeni zahtjevi postavljaju se i pred rezoluciju detekcije pukotina, odnosno
može li korištena NDT metoda detektirati malu pukotinu prije nego li je ona propagirala.
Posljedice nedetektiranja pukotine su dalekosežne i trebaju se izbjeći.
2.4. Lom naplatka prilikom slijetanja na avionu Boeing 737-8FE
Nakon slijetanja aviona na aerodrom u Melbournu i taksiranja do terminala, piloti su prijavili
poteškoću pri upravljanju avionom [4]. Pregledom podvozja utvrđeno je da se jedan kotač na
glavnom podvozju zakrenuo za određeni kut. Nakon rastavljanja kotača pokazalo se da je
došlo do loma unutarnje polovice naplatka u području oko glavčine kotača. Lom naplatka se
tijekom 2009. godine često događao na ovom tipu aviona, pogotovo na novijoj seriji naplatka.
Upravo je zbog toga došlo do promjene sustava održavanja naplatka, no promjene nisu
implementirane jer aviokompanija nije posjedovala potrebnu opremu za održavanje. Prema
novoj proceduri održavanja, na naplatcima koji imaju više od 4000 ciklusa slijetanja, koristila
se ultrazvučna metoda detekcije nedostataka pri svakoj promjeni gume.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 8
Slika 4. Prikaz oštećenog naplatka i indikacija mjesta nastanka pukotine [4]
Naplatci na glavnim nogama podvozja, kao ovaj što se slomio, moraju podnijeti cijelu težinu
aviona tijekom slijetanja i moment torzije uslijed kočenja. Tijekom procesa proizvodnje
naplatci se dodatno mehanički obrađuju procesom obrade površine sačmarenjem (sačmom od
čeličnih kuglica – „shot peening“). Pri tom je procesu površina izložena slabim udarima
čelične sačme čime se dobiva tanki sloj otporan na inicijaciju pukotina uslijed zamora
materijala. Mehanička obrada površine spomenutim procesom, prema proceduri proizvodnje
naplatka, nije potrebna od unutarnjeg provrta za ležaj, tako da od ruba označenog crvenom
bojom kojeg prikazuje [Slika 4], obrada nije izvršena. Tijekom zadnjeg remonta izvršene su
sljedeće radnje na naplatku: vizualni pregled, pregled vrtložnim strujama i zamjena vijaka koji
spajaju naplatak. Vanjska površina glavčine je pri zadnjoj izmjeni gume ispitana vrtložnima
strujama i nije pronađena nikakva nepravilnost. No, do loma glavčine ipak je došlo jer su se
pukotine razvijale s unutarnje strane. Unutarnju stranu glavčine nije jednostavno ispitati jer je
u njoj ležaj, a skidanje ležaja pri svakoj izmjeni gume nije praktično.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 9
Slika 5. Odlomljeni komad s prikazom početka pukotine [4]
Analizom odlomljenog komada naplatka utvrđene su dvije dominante pukotine koje su se
protezale u aksijalnom smjeru u odnosu na glavčinu naplatka pa je došlo do loma glavčine po
obodu. Znakovi loma jasno upućuju na propagaciju pukotine uslijed zamora materijala koja
uzrokuje lom. Korištenjem fluorescentnog penetranta utvrđeno je još nekoliko manjih
pukotina nastalih na unutarnjoj površini glavčine, izvan mehanički obrađenog područja, a
prostiru se u aksijalnom smjeru na provrt glavčine.
Slika 6. Indikacija pukotina izvan mehanički obrađenog područja [4]
Budući da je nastajanje ovih pukotina bilo karakteristično za cijelu seriju proizvedenih
naplataka, proizvođač je razvio ultrazvučnu metodu indikacije pukotina korištenjem
ultrazvuka. Uz to, područje mehaničke obrade sačmarenjem prošireno je na cijelu unutrašnju
površinu glavčine. Novo razvijena ultrazvučna metoda omogućila je inspekciju glavčine
unutarnje polovice naplatka bez skidanja košuljice ležaja.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 10
Slika 7. Ultrazvučna metoda detekcija pukotina bez skidanja čahure ležaja [4]
Proizvođač je u vrijeme nesreće već propisao ultrazvučnu metodu, ali operator je nije
implementirao pa nije mogao detektirati pukotinu prilikom zamjene gume. Pravovremeno
korištenje najnovijih metoda NDT ispitivanja može spriječiti neželjene posljedice nastanka
pukotina u bilo kojem elementu konstrukcije zrakoplova pa tako i naplatka. Osim metoda kao
što su ispitivanje penetrantima, vrtložnim strujama ili magnetskom metodom (koja u ovom
slučaju nije primjenjiva zbog aluminijske legure), do izražaja dolazi i ultrazvučna metoda jer
omogućuje detekciju pukotina unutar strukture materijala.
2.5. Lom elementa podvozja na avionu North American B-25
Ovaj primjer [5] pokazuje da do loma dolazi ne samo na komercijalnim avionima s puno sati
naleta nego i na muzejskim primjercima koji se koriste za aeromitinge. Ovakvi avioni
većinom nemaju puno sati naleta ni ciklusa polijetanja i slijetanja.
Slomljeni je dio bio element glavnog podvozja koji je osiguravao da nakon njegova izvlačenja
ono ostane u zabravljenom položaju. Taj je dio izrađen kovanjem od aluminijske legure.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 11
Slika 8. Prikaz odlomljenog dijela [5]
Inače se pri pregledima ovog podvozja koriste NDT metode (penetrantska metoda), ali do
sada nije bilo uključeno ispitivanje ovog kritičnog područja. Prema novom servisnom biltenu,
potrebno je ispitati i područja koja prikazuje [Slika 9] svakih 100 sati ili jedanput godišnje.
Slika 9. Nova područja koja je potrebno ispitati [5]
Svi su avioni podložni nastanku pukotina, bez obzira u kojoj se mjeri eksploatiraju. NDT
metode rane detekcije pukotina vrlo su važne za sprječavanje većih šteta na avionima i
avionskih nesreća. Najzastupljenije NDT metode prema spomenutim primjerima su metoda
ispitivanja vrtložnim strujama, penetrantska metoda, metoda ispitivanja pomoću ultrazvuka i
magnetska metoda (primjenjiva samo na feromagnetske materijale).
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 12
3. PREGLED NDT ISPITIVANJA DIJELOVA PODVOZJA
3.1. Pregled elemenata podvozja aviona Canadair CL-415 i procedure ispitivanja
Za nerazorna ispitivanja elementa podvozja na avionu Canadair CL-415 u ZTC-u koristi se
metoda vrtložnih struja. Oprema za pregled sastoji se od uređaja i sondi. Na uređaju postoje
listići različitih materijala sa zarezima definiranih dubina na kojima se vrši podešavanje
uređaja prije ispitivanja elementa podvozja.
Slika 10. Oprema za ispitivanje metodom vrtložnih struja
Procedura ispitivanja opisana je u servisnom biltenu koji je izdao proizvođač aviona [6].
Odnosi se na CL-415 serijskih brojeva od 2001 do 2990, a vrši se zbog mogućnosti nastanka
pukotina na kritičnom dijelu. Inspekcija se mora provesti nakon svakih 165 slijetanja na pistu,
a ako se uoči pukotina, taj dio treba zamijeniti i kontaktirati proizvođača aviona. Ispituju se
elementi glavnih nogu označeni sa slovom „A“ koje prikazuje [Slika 11]. Jednom su
tehničaru, prema procjeni proizvođača, potrebna dva radna sata za provedbu ispitivanja.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 13
Slika 11. Ispitivani element glavne noge [6]
Oprema potrebna za ispitivanja navedena je u [Tablica 1]. Ako organizacija koja vrši servisni
pregled nema točno navedenu opremu, može koristiti ekvivalentnu. Pod ekvivalentnom
opremom podrazumijeva se uređaj za ispitivanje sličnih karakteristika i sonda za ispitivanje
vrtložnim strujama u rasponu od 100 kHz do 500 kHz.
Tablica 1. Potrebna oprema za ispitivanje vrtložnim strujama [6]
Naziv opreme Opis
Hocking Phasec 2200
ili ekvivalentni
Uređaj za ispitivanje vrtložnim strujama impendacijsko površinskog
tipa
AL29-32
Pločica načinjena od aluminijske legure (29 % IACS) koja na sebi
ima zareze dubina: 0,008 in (0,2 mm), 0,02 in (0,51 mm) i 0,04 in
(1,02 mm) napravljenih postupkom EDM
Koaksijalni kabel Tip microdot BNC
Sonda
Površinska sonda, 45° vrh, frekvencija 500 kHz, NFe/Fe, zaštićena,
promjera 0,092 in (2,34 mm), dužine 4,5 in (114,3 mm), dužine vrha
0,75 in (19,5 mm). (GE P/N 205P4XF ili ekvivalentna)
Svjetlo
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 14
Procedura prema kojoj se vrši ispitivanje elemenata glavne noge sastoji se od sljedećih koraka
[6]:
A) Priprema
Pri radu na avionu treba se pridržavati sigurnosnih procedura.
Potrebno je izolirati električne vodiče prema proceduri iz priručnika za održavanje
aviona.
Površina koja se ispituje treba biti jasno vidljiva.
Površinu na kojoj će se provoditi ispitivanje potrebno je adekvatno očistiti s
odgovarajućim sredstvima.
B) Podešavanja opreme
Korištena se oprema mora upotrebljavati prema naputcima proizvođača.
Spojiti sondu 205P4XF s koaksijalnim kablom s instrumentom kojim se vrši
ispitivanje vrtložnim strujama.
Upaliti instrument te podesiti prema [Slika 12].
Postaviti sondu okomito na površinu za podešavanje AL29-32, malo dalje od udubine
od 0,04 in (1,02 mm) i ruba.
Podesiti (BAL) uređaj za ispitivanje vrtložnim strujama.
- Prilagoditi uređaj pomoću tipke (PHASE) tako da se dobije horizontalni „lift-off“
signal koji se kreće na zaslonu s lijeva na desno kako se udaljavamo od površine.
- Koristiti tipke X-POS i YPOS da se točkica postavi u donji lijevi kvadrat zaslona.
Pomicati vrh sonde preko zareza od 0,04 in (1,02 mm) i prilagoditi osjetljivost
instrumenta tako da se dobije stanje prikazano na [Slika 12].
Treba uočiti razliku između signala zareza i ruba listića za podešavanje tako da se
sonda pomiče preko ruba listića. Signal treba biti usmjeren na gornji desni kvadrant
zaslona kao što je prikazano na [Slika 12].
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 15
Slika 12. Prikaz na zaslonu uređaja za mjerenje vrtložnim strujama [6]
C) Usporedba „lift-off“ signala
Postaviti vrh sonde okomito na ispitivanu površinu.
Usporediti prikaze na zaslonu između radne točke na ispitivanoj površini i točke za
balansiranje na CRS-u (referentnoj kalibracijskoj površini) za sljedeće uvjete:
- Ako radna točka na ispitivanoj površini, prema prikazu na zaslonu, odgovara točki
za podešavanje na CRS-u, nije potrebno podešavanje za debljinu boje te se može
nastaviti s ispitivanjem.
- Ako radna točka, prema prikazu na zaslonu, ne odgovara točki za podešavanje na
CRS-u, tj. pomaknula se ulijevo, zahtijeva se podešavanje za debljinu boje.
Podešavanje se vrši tako da se na CRS površinu postavi sloj nevodljive trake ili
tanja pločica i zarez na njoj. Na tu se traku zatim okomito postavi sonda. Ako se
signal i dalje nalazi lijevo u odnosu na prvobitni, dobiven na „čistoj“ CRS površini,
potrebno je postaviti deblji sloj izolacijskih traka ili pločica. S druge strane, ako je
signal desno od prvobitnog, potreban je tanji sloj izolacije. Ukoliko se „lift-off“
podešavanje ne može postići, potrebno je ukloniti boju s ispitivane površine.
Kada se dobije adekvatna debljina izolacije na CRS površini, potrebno je podesiti
odziv signala za 0,04 in (1,02 mm) zarez prema [Slika 12] te nastaviti s procedurom za
ispitivanje elementa podvozja.
D) Procedura ispitivanja
Tijekom ispitivanja treba pažljivo pratiti zaslon instrumenta i bilježiti sve relevantne
različite indikacije. Potrebno je evidentirati svaku promjenu signala na zaslonu uređaja
i zabilježiti na kojem je dijelu ispitanog uzorka uočena.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 16
Bitnom indikacijom pukotine smatra se ona koja ima:
- brzu promjenu signala prema gore koja ostaje na toj razini duže od vremena
potrebnog da sonda prođe jednu duljinu svog promjera kada je pukotina paralelna
na smjer skeniranja
- brzu vertikalnu promjenu signala uočenoj pri putanji sonde manjoj od jednog
promjera sonde kada je pukotina okomita na smjer skeniranja.
Ako nakon podešavanja ispitnog područja točka podešavanja padne ispod razine
prikazane na zaslonu, početna točka za podešavanje instrumenta sadrži defekt u
strukturi materijala. Instrument je potrebno ponovno podesiti na području malo dalje
od prvotnog, a njega skenirati radi mogućih nepravilnosti.
Verificiranje podešavanja uređaja vrši se:
- svakih 30 minuta neprekidnog rada
- pri promjeni različitih parametara ili sonde
- završetkom inspekcije
- pri promjeni amplitude podešenog signala.
Radna točka uvijek mora biti prikazana na zaslonu.
Maksimalna brzina pregleda mora biti jednaka ili manja od one pri kojoj je provedeno
podešavanje.
Detalj „B“ ispitivanog elementa podvozja „A“ prikazuje [Slika 13].
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 17
Slika 13. Prikaz ispitivane lokacije na podvozju CL-415 [6]
Ispitivanje elementa podvozja vrši se prema sljedećim koracima [6]:
- Sondu treba postaviti što bliže rubu ispitivanog dijela bez dobivanja odzivnog
signala od ruba.
- Instrument se zatim podesi, a prema potrebi se koristi tipka PHASE tako da se
dobije horizontalni „lift-off“ signal na zaslonu s desne prema lijevoj strani.
- Nakon toga se vrši niz ispitivanja praćenjem kontura elementa oko kuta. Ispitivanja
se vrše do udaljenosti od 0,25 in (6,35 mm) od bridova kao što prikazuje [Slika 13].
- Pritom treba voditi računa da:
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 18
- udaljenost od ruba koji se prati prilikom prvog prolaza tijekom ispitivanja bude
konstantna
- sonda ostaje okomita na ispitivanu površinu tijekom cijelog postupka
- udaljenost među prolazima ne bude veća od jednog radijusa sonde.
Ista se procedura ponavlja za suprotnu stranu detalja „B“, kao i za drugu nogu
podvozja.
E) Ocjena dobivenih rezultata
Detaljnija su ispitivanja potrebna ako postoji:
- značajnije odstupanje signala na kratkim duljinama skeniranja
- brzi pomak signala prema gore koji ostaje na toj vrijednosti pri dužoj putanji
skeniranja.
U obzir se kao nepravilnosti ne trebaju uzimati utjecaji rubova predmeta, promjene
geometrije, lokalne promjene u vodljivosti materijala i sl.
Svake sumnjive pukotine treba detaljno ispitati usporedivši njihove odzive s
referentnim odzivima na pločici za kalibriranje.
Ako se uoči pukotina, potrebno je odrediti njezinu dužinu i položaj.
F) Kriteriji za pozitivno indiciranje pukotine
Indikacije koje ukazuju na pukotinu su:
- jasan vertikalni pomak signala na kratkoj udaljenosti ispitivanja u vrijednosti od
jednog promjera sonde
- jasan vertikalni pomak signala koji odgovara 50 % vrijednosti odziva od zareza
dubine 0,04 in (1,02 mm)
- brzi pomak točke signala prema gore koji je jedna 50 % ili više vrijednosti
dobivene od zareza od 0,04 in (1,02 mm), a ostaje momentalno u tom položaju kroz
duže vrijeme.
Ako pukotina ne postoji, ispitivanje se ponavlja periodički svakih 165 slijetanja.
Ako pukotina postoji, taj je dio potrebno zamijeniti.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 19
Slika 14. Ispitivani dio podvozja CL-415
3.2. Pregled naplataka aviona Canadair CL-415
Ključni dijelovi koji se ispituju su, osim ostalih elemenata podvozja, i naplatci (budući da se
na njih prenose opterećenja guma). Pri ispitivanju naplataka, termin i vrste ispitivanja se
određuje prema broju izmjena guma [Tablica 2] i prema godinama starosti naplataka [Tablica
3].
Tablica 2. Vrste ispitivanja prilikom izmjena guma [7]
Slobodan izbor metoda između
vizualnog pregleda, ispitivanja
penetrantima ili ispitivanja
vrtložnim strujama
Obavezno korištenje
penetranata pri ispitivanju
cijele polovice naplatka
Svaka izmjena guma da ne
Svaka peta izmjena guma ne da
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 20
Tablica 3. Ispitivanje naplataka ovisno o njihovoj starosti [7]
Godina starosti naplatka
Slobodan izbor metoda
između vizualnog
pregleda, ispitivanja
penetrantima ili ispitivanja
vrtložnim strujama
Obavezno korištenje
penetranata pri ispitivanju
cijele polovice naplatka
2.,4.,8., da ne
11. i svake godine nakon da ne
6. i 10. te svaka druga nakon 10. ne da
Vizualnim pregledima utvrđuje se opće stanje naplataka radi utvrđivanja oštećenja, korozije i
sl. Ispitivanje vrtložnim strujama vrši se oko područja dodira naplatka i gume sondama od
100 kHz do 200 kHz. Podešavanje sondi radi se na EDM zarezima dubine 0,03 in (0,76 mm),
širine 0,005 in – 0,008 in (0,13 mm – 0,2 mm) i dužine 0,12 in (3,05 mm). Ispitivanje
naplataka vrši se po cijelom obodu, a najbitnije je područje kontakta naplatka s gumom [7].
Slika 15. Prikaz područja naplatka koje se ispituje vrtložnim strujama [7]
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 21
Ispitivanje naplataka penetrantima vrši se u slučaju rulanja aviona na praznoj gumi. Sama
procedura ispitivanja penetrantima definirana je u normi ASTM E1417 [13].
Ispitivanje magnetskom metodom ne može se izvršiti jer su naplatci izrađeni od aluminijske
legure.
3.3. Pregled nosača glavne noge aviona Pilatus PC-9M
Ovaj se nosač nalazi na spoju glavne noge aviona u području između gornjeg i donjeg pojasa
ramenjače. S obzirom da u ovom području postoji velika koncentraciju sila, nosač ga ojačava
i prenosi sile na ostalu konstrukciju. Oprema koja se koristi pri ispitivanju vrtložnim strujama
tog dijela prikazana je u [Tablica 4].
Tablica 4. Oprema za ispitivanje nosača [8]
Oprema Opis opreme
Oprema za ispitivanje vrtložnim strujama Hocking Quick Check instrument za
ispitivanje vrtložnim strujama ili ekvivalentan
Zaštićena sonda 3 mm promjera, 500 kHz, 90 stupnjeva
Pločica za podešavanje 2024 aluminij s EDM zarezom 0,5 mm
dubine
Marker
Uređaj se podesi na inicijalni odziv 35 dB i frekvenciju 500 kHz. Isto tako, uređaj treba
dobivati i odziv u vrijednosti 80 % skale od zareza dubine 0,5 mm.
[Slika 16] i [Slika 17] prikazuju područja nosača koja se ispituju. Važno je napomenuti da se
ispituje i kružno područje oko vijaka pri čemu korak između krugova ili paralelnih linija na
nosaču ne smije biti veći od 3 mm [8].
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 22
Slika 16. Detalj ispitivanja nosača [8]
Područje ispitivanja se, osim na mjestima spoja vijaka i pojasa ramenjače, prostire i na
vertikalne dijelove nosača do visine od 25 mm.
Pukotine su, prema servisnom biltenu, dopuštene na naznačenim mjestima uz uvjet da njihov
broj ne prelazi pet, a njihova ukupna duljina izvan pločica (ispod matice), tj. vidljiva duljina
15 mm. U protivnom, dio se mora zamijeniti i obavijestiti proizvođača aviona.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 23
Slika 17. Prikaz ispitivanog nosača i kriterija prihvatljivosti [8]
3.4. Pregled podupornog nosača glavne noge aviona Pilatus PC-9M
Za ovo se ispitivanje koristi ista oprema kao i za ispitivanje nosača glavne noge. U ovom se
slučaju zbog mogućeg nastanka pukotina ispituju i provrti. Naime, pukotine se šire od provrta
jer u njima postoji koncentracija naprezanja. Za ispitivanje provrta koristi se rotirajuća sonda
koju treba podesiti na provrtu za podešavanje sonde sa zarezom od 0,5 mm. Prema proceduri,
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 24
avion treba postaviti u željeno stanje i izvući podvozje. Elemente glavne noge podvozja
prikazuje [Slika 18].
Slika 18. Dijelovi glavne noge [8]
Nakon rastavljanja elemenata glavne noge, dolazi se do pokretnog podupornog nosača kojeg
prikazuje [Slika 19]. Glavna mjesta na kojima može doći do nastanka pukotine su mjesta oko
dva provrta.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 25
Slika 19. Kritični nosač na kojem može doći do nastanka pukotine [8]
Ispitivanja i procedura podešavanja instrumenta slična su kao i kod pregleda nosača glavne
noge (provrti se još pregledavaju i rotirajućom sondom za provrte). Ako se pronađe bilo
kakva pukotina, potrebno je zamijeniti kritični dio i izvješće poslati proizvođaču po
standardnoj proceduri.
3.5. Ispitivanja na podvozju aviona Airtractor AT-802 Fire Boss
Na ovom avionu postoji kritični dio kod kojeg često dolazi do pukotina. Nalazi se na prednjim
uvlačivim kotačima plovaka zbog čega može doći do nedovoljnog izvlačenja kotača. Pri
inspekciji pukotina koristi se vizualni pregled. Inspekciju je potrebno provoditi svakih 50 sati
ako se radi o starijoj verziji dijela ili 100 sati ako je dio novije verzije [9]. Sklop aktuatora i
kritičnu ploču na kojoj se mogu uočiti pukotine prikazuje [Slika 20].
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 26
Slika 20. Sklop aktuatora i oštećenog nosača [9]
3.6. Usporedba uređaja za ispitivanje vrtložnim strujama Hocking 2200, Hocking
Quick Check i Elotest M2
Prema procedurama ispitivanja elemenata podvozja aviona Canadair CL-415 [6] i Pilatus PC-
9M [8] može se vidjeti da proizvođači preporučuju uređaje Hocking Phasec 2200 i Hocking
QuickCheck ili ekvivalentne uređaje preporučenima. ZTC Velika Gorica raspolaže uređajem
za ispitivanje vrtložnim strujama marke Elotest M2 prikazanim na [Slika 10].
[Slika 21] prikazuje uređaj Hocking Phasec 2200, a [Slika 22] uređaj Hocking QuickCheck.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 27
Slika 21. Uređaj za ispitivanje vrtložnim strujama Hocking Phasec 2200 [11]
Slika 22. Uređaj za ispitivanje vrtložnim strujama Hocking QuickCheck [10]
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 28
Prema podacima proizvođača [10], uređaj Hocking Phasec 2200 ima radno područje u
rasponu od 60 Hz do 6 MHz u modu rada s jednom frekvencijom i radno područje od 100
kHz do 2 MHz u modu rada s dvije frekvencije [10].
Uređaj Hocking QuickCheck ima radno područje u rasponu od 100 kHz do 3 MHz ako se radi
o verziji instrumenta QuickCheck H ili radno područje od 5 kHz do 500 kHz ako je verzija
instrumenta QuickCheck L [11].
Prema ovim osnovnim podacima može se zaključiti da je instrument Elotest M2 novije
generacije i pokriva područja rada navedenih instrumenata u servisnim biltenima za
ispitivanje podvozja zrakoplova Canadair CL-415 i Pilatus PC-9M [6], [8]. Uređaj Elotest M2
isto je tako prilagođen terenskom radu, odnosno lagan je za prenošenje i manipulaciju.
3.7. Osvrt na ispitivanje podvozja aviona ruske proizvodnje tipa MIG-21BIS
U ZTC-u se ispituje i podvozje aviona MiG-21 kod kojeg, za razliku od novijih aviona sa
zapada, nema detaljne procedure za ispitivanje, nego je proizvođač naveo dijelove podvozja
koji se ispituju. Samo ispitivanje vrši se po normi ISO-9934 [14]. Ispitivanje se vrši
magnetskom metodom jer je podvozje izrađeno od čelične legure (radi o lovačkom avionu
koji slijeće mnogo većom brzinom pa su time veća i opterećenja na isto). Kod ove se metode
magnetizira ispitivani element, tj. na njega se stavljaju magnetske čestice koje indiciraju
nepravilnosti u strukturi materijala. Nepravilnosti mogu biti površinske ili blizu površine.
Magnetizacija se može vršiti jarmom kroz kojeg se provodi struja ili uređajem koji prikazuje
[Slika 23]. Ovaj se uređaj koristi za ispitivanje kompletnog čeličnog dijela amortizera
prikazanog na [Slika 24], pri čemu istovremeno vrši obodnu i uzdužnu magnetizaciju.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 29
Slika 23. Uređaj za ispitivanje podvozja magnetskom metodom
Slika 24. Podvozje aviona MiG-21
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 30
4. ISPITIVANJE UZORAKA
4.1. Prikaz odabranih ispitnih uzoraka
Odabrana su dva uzorka izrađena od aluminijske legure. Na njima se nalaze provrti izrađeni
strojnom obradom, a svaki od njih predstavlja opasnost za početak prostiranja pukotina.
Inicijalna pukotina nastavlja dalje propagirati pa može uzrokovati lom. Ova su dva uzorka
prikazana na [Slika 25] i [Slika 26].
Slika 25. Ispitni uzorak 1
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 31
Slika 26. Ispitni uzorak 2
Ispitni su uzorci prethodno bili ispitani metodom vrtložnih struja u ZTC-u d.d u Velikoj
Gorici. Stručnjaci su utvrdili da postoje pozitivne indikacije pukotina na oba testna uzorka,
što je prikazano na naznačenim mjestima. Pukotine su vizualnim pregledom prostim okom
nevidljive.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 32
4.2. Ispitivanje uzoraka vrtložnim strujama
Ispitivanjem vrtložnim strujama pronalaze se površinske pukotine, a postoji mogućnost
pronalaženja i potpovršinskih pukotina, ako nisu na dubini većoj od par milimetara. Ova je
metoda NDT ispitivanja primjenjiva samo na električni vodljive materijala poput čelika,
aluminija, mjedi itd., a u zrakoplovstvu se učestalo koristi jer se njome može ispitivati
aluminijska legura. Naime, aluminijske legure ne mogu se ispitivati magnetskom metodom jer
su nemagnetične. Za ispitivanje ovih materijala tako na raspolaganju stoji manji broj NDT
metoda zbog čega se cijeni svaka ostala metoda koja može dovesti do rane detekcije pukotina
u materijalu. Princip upotrebe instrumenta pri ispitivanju materijala vrtložnim strujama opisan
je u prethodnom poglavlju ovog rada na primjeru ispitivanja elementa podvozja Canadair-a
CL-415. Metoda primjene instrumenta za ispitivanje uzoraka 1 i 2 u suštini je ista.
Slika 27. Sonda za ispitivanje vrtložnim strujama
Ukratko, princip rada uređaja za ispitivanje vrtložnim strujama je sljedeći: pomoću sonde
(unutar koje se nalazi zavojnica) stvara se magnetsko polje koje inducira vrtložne struje u
materijalu. Struje se induciraju u materijalu samo kada je sonda u neposrednoj blizini
materijala ili u dodiru s njim. Pritom uređaj mjeri koliki je otpor u zavojnici zbog induciranja
struje u materijalu koji se ispituje. Promjena otpora podrazumijeva da na materijalu ili pod
njegovom površinom postoji nepravilnost ili pukotina do određene dubine. Do promjene
otpora dolazi ako se sonda udalji od površine materijala što se naziva „lift-off“ signalom.
Signal koji upućuje na promjenu otpora pojavljuje se i pri približavanju sonde rubu materijala,
odnosno otpor se mijenja jer se vrtložne struje tada induciraju samo na jednom manjem dijelu
ispitivanog uzorka.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 33
[Slika 27] prikazuje sondu kojom je provedeno NDT ispitivanje na uzorcima 1 i 2. Radi se o
sondi za ispitivanje nemagnetičnih materijala poput aluminija i njegovih legura.
Osim korištenog uređaja, potrebna je i sonda za ispitivanje. Sonda korištena pri ispitivanju
uzoraka 1 i 2 radi na frekvenciji od 2 MHz. Prema tipu sonde ubraja se u apsolutne sonde što
znači da ima jednu zavojnicu pomoću koje stvara magnetsko polje te mjeri promjenu otpora u
materijalu.
Osim apsolutne sonde postoje još:
diferencijalna sonda – sastoji se od dvije zavojnice pri čemu se javlja razlika u
otporima kada je jedna iznad nepravilnosti, a druga iznad „zdravog“ materijala
reflektivna sonda – jedna zavojnica pobuđuje materijal stvarajući vrtložne struje, a
druga mjeri promjenu odziva u materijalu
hibridna sonda – sastoji se od različitih kombinacija navedenih sonda.
Slika 28. Prikaz uređaja za ispitivanje vrtložnim strujama
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 34
[Slika 28] prikazuje stanje na zaslonu instrumenta kada se podešava na umjetno stvorenoj
pukotini dubine 0,5 mm.
Na zaslonu se može primijetiti nekoliko signala, a važno je uočiti sljedeće:
najpoloženijom linijom na ekranu prikazan je „lift-off“ signal; taj se signal prvi
pojavljuje pri podešavanju uređaja na tip ispitivanog materijala (u ovom slučaju
aluminija)
nakon podizanja, sonda se vraća u dodir s materijalom što je na ekranu prikazano
drugim, malo manje položenim signalom
nepravilnost je definirana uspravnijim signalom koji se proteže od početne točke
prema gore pa se vraća u početnu točku.
Signal odziva od nepravilnosti bitno je podesiti tako da se nalazi unutar ekrana do njegove
visine od oko 80%.
Nakon podešavanja uređaja za ispitivanje vrtložnim strujama slijedi ispitivanje uzoraka.
Uzorci se ispituju tako da se sondom polagano prelazi po materijalu i traži nepravilnosti koje
se očituju na ekranu kao signali u gotovo vertikalnom smjeru te su zaokrenuti za 70° u odnosu
na „lift-off“ signal koji je više-manje horizontalan.
Treba razlikovati i signal odziva od ruba koji počinje u vertikalnom smjeru kao odziv od
nepravilnosti, ali nastavlja u horizontalnom smjeru stvarajući oblik luka.
Logična pretpostavka, pri ispitivanju uzoraka 1 i 2, a koja se na kraju pokazala točnom, bila je
da je početak pukotina na rubovima provrta, odnosno provrti su početne lokacije od kojih
nastaju pukotine. Pukotine je zbog male duljine (reda veličine 0,5 mm) teško pronaći jer se
često javlja odziv od ruba provrta. Međutim, jednom pronađene pukotine daju jasan signal na
zaslonu uređaja za ispitivanje vrtložnim strujama.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 35
Slika 29. Indikacija pukotine na uzorku 1
[Slika 29] prikazuje odziv od pukotine na uzorku 1. Prema slici se može zaključiti da se radi o
jasnoj i nedvojbenoj indikaciji pukotine.
Pukotina je prikazana okomitijim signalom odziva, a „lift-off“ signal je u početku
horizontalan, no polako se zakrivljuje. Uočljivo je i da je ta pukotina nešto dublja od 0,5 mm.
Ovo očitanje stanja na uređaju daje pozitivnu indikaciju pukotine. Pomicanjem sonde dalje od
provrta i pukotine može se zaključiti da je pukotina uz sami rub te nije mnogo napredovala,
odnosno nije velike duljine.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 36
Slika 30. Indikacija pukotine na uzorku 2
[Slika 30] prikazuje indikaciju pukotine na uzorku 2. Prema slici se može zaključiti da se radi
o pukotini jer je signal odziva različit od „lift-off “ signala.
Prema duljini odzivnog signala, a s obzirom da je uređaj u početku bio podešen na dubinu
pukotine od 0,5 mm, može se zaključiti da dobivena indikacija pukotine na uzorku 2 ukazuje
da je pukotina dubine reda veličina 0,5 mm. Pukotine na uzorku 2 su uz sami rub pa je
njihova detekcija otežana zbog pojavljivanja signala od ruba.
Ovim indikacijama na uzorcima 1 i 2 metodom NDT ispitivanja pomoću vrtložnih struja
utvrđeno je sljedeće:
postoje nepravilnosti odnosno pukotine
pukotine su smještene uz sami rub provrta pa ih je teže detektirati
nisu jako napredovale od ruba provrta
dubine su reda veličine 0,5 mm
ispitivanje vrtložnim strujama je efikasno u detektiranju ovako sitnih pukotina.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 37
4.3. Ispitivanje penetrantima
Nakon pregledavanja uzoraka, slijedilo je ispitivanje NDT penetrantskom metodom.
Procedura ispitivanja penetrantima sastoji se od sljedećih koraka:
čišćenja površine
nanošenja penetranta
prodiranja penetranta
uklanjanja viška penetranta s površine
izvlačenja penetranta na površinu pomoću razvijača
promatranja indikacija pukotina.
Postoji nekoliko vrsta penetranata, a dijele se prema:
načinu indikacije pukotine na fluorescentne penetrante i obične penetrante (crvene
boje)
načinu odstranjivanja viška penetranta s površine na vodom perive penetrante i
otapalom odstranjive penetrante.
Pri ispitivanju testnih uzoraka 1 i 2 korišteni su vodom perivi fluorescentni penetranti kod
kojih se indikacija pukotine, odnosno penetrant uočava u zamračenoj prostoriji pod UV
lampom.
Najprije se čisti površina ispitivanog uzorka pomoću sredstva koje preporuča proizvođač
penetranta. Zatim se na obje strane ispitivanih uzorka nanosi penetrant. Nakon nanošenja
penetranta potrebno je pričekati minimalno pet minuta da prodrije u postojeće pukotine u
materijalu. [Slika 31] prikazuje nanošenje i ispitne uzorke prilikom prodiranja penetranta.
Nakon što prijeđe vrijeme prodiranja penetranta u pukotine, višak penetranta se odstranjuje, u
ovom slučaju, vodom. Na ispitne uzorke na kojima je odstranjen penetrant nanosi se razvijač
penetranta. Njegova svrha je da na površinu „izvuče“ zaostali penetrant u porama pukotine te
time omogući indikaciju pukotine [Slika 32].
Vrijeme potrebno za razvijanje penetranta propisano je od strane proizvođača, a kreće se od
pet minuta na dalje. Ispitivani uzorci nakon razvijanja penetranta promatraju se u zamračenoj
prostoriji pod UV lampom, pri čemu se traži postojanje indikacije pukotine. Pod indikacijom
pukotine misli se na uočljiviji prikaz pukotine pomoću penetranta. Jedan od takvih uočljivih
prikaza vidljiv je na [Slika 6].
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 38
Slika 31. Ispitni uzorci s nanesenim penetrantom
Slika 32. Ispitni uzorak s nanesenim razvijačem penetranta
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 39
Pri ispitivanju ovih uzoraka nije postojao jasan rezultat indikacije pukotine, no s obzirom da
smo prije ispitivanja bili upućeni na mjesta na kojima su pronađene pukotine (ispitivanjem
vrtložnim strujama), na njih je obraćena povećana pozornost.
Naznačena mjesta pozitivnih indikacija pukotina dobivenih ispitivanjem metodom vrtložnih
struja prikazuju [Slika 25] i [Slika 26].
Na uzorku 1 označenim brojem 064 nije uočena nikakva pukotina nakon razvijanja
penetranta. Na uzorku 2 koji je na slici 26. označen brojem 068 pronađene su dvije slabe
indikacije, odnosno samo dvije točkice gdje počinju pukotine. [Slika 33] prikazuje dvije
točkice na provrtu na kojem je bilo označeno postojanje pukotine prema ispitivanju vrtložnim
strujama.
Slika 33. Uzorak 2 - prikaz slabe indikacije
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 40
Na slici se može uočiti i postojanje zaostalog penetranta koji nije očišćen, posebice u provrtu.
No, previše agresivnim odstranjivanjem penetranta prije razvijanja, došlo bi do uklanjanja
penetranta i iz pukotine. Ovako male pukotine dubine i duljine reda veličine 0,5mm
uglavnom nije moguće detektirati penetrantskom metodom – da nije bila poznata lokacija
pronađenih pukotina, ove dvije točkice ne bi bile nikakva indikacija, a i u ovom je slučaju
upitno jesu li one stvarno indikacija početaka pukotina.
U svrhu testa indikacije pukotina penetrantom, koristi se etalon koji na sebi ima niz pukotina
dubine 50 μm. Procedura ispitivanja penetrantom etalona identična je proceduri ispitivanja
uzoraka 1 i 2. [Slika 34] prikazuje rezultate dobivene ispitivanjem etalona. Rezultati pokazuju
da je procedura ispitivanja adekvatna i da su pukotine uočljive. Iz ovoga se može zaključiti da
su pukotine koje se nalaze na ispitnim uzorcima 1 i 2 suviše male da bi dale jasnu pozitivnu
indikaciju.
Slika 34. Test penetranta na etalonu sa dubinom pukotina od 50μm
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 41
Slika 35. Indikacije pukotine na uzorku 2
Uzorci 1 i 2 ispitani su penetrantima i u ZTC-u d.d. u Velikoj Gorici. [Slika 35] prikazuje
indikaciju pukotina na uzorku 2. Na slici je vidljiva nešto veća kontrastnost indikacije.
Razlozi za veću kontrastnost kriju se u upotrebi druge vrste penetranta, a u obzir treba uzeti i
činjenicu da je slika fotografirana kvalitetnijim fotoaparatom. Uglavnom, riječ je o relativno
malim pukotinama koje je prilično teško uočiti pa je, pri ovom tipu NDT inspekcije, potrebna
velika usredotočenost i pozornost.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 42
4.4. Snimanje pukotina stereo mikroskopom
Nakon dobivenih rezultata nameće se pitanje postoje li uopće pukotine na testnim uzorcima
jer su indicirane NDT ispitivanjem pomoću vrtložnih struja, ali nisu uočene ispitivanjem
penetrantima. Iz tog je razloga potreban treći način koji bi ili opovrgnuo ili potvrdio
postojanje pukotina i time pridonio efikasnosti, odnosno neefikasnosti korištenih metoda.
Naznačene pukotine na uzorcima 1 i 2 promatrane su stereo mikroskopom pod povećanjem
od 50X. [Slika 36], [Slika 37] i [Slika 38] prikazuju pukotine pronađene stereo mikroskopom
na uzorcima 1 i 2, pri čemu [Slika 36] prikazuje pukotinu pronađenu na uzorku 1 na
naznačenom provrtu prema slici 25. Zanimljivo je da za ovu pukotinu nije uočena nikakva,
čak ni slaba, indikacija pri ispitivanju penetrantskom metodom. Isto tako, ova se pukotina, za
razliku od druge dvije, čini puno užom pa je zbog toga prodiranje penetranta u pukotinu
mnogo teže. Duljina ove pukotine malo je veća od 0,5 mm.
Slika 36. Pukotina na uzorku 1
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 43
Slika 37. Prva pukotina na uzorku 2
[Slika 37] i [Slika 38] prikazuju dvije pukotine pronađene na uzorku 2 označenog brojem 068
prema slici 26. Ove su dvije pukotine dale jako slabu indikaciju pri ispitivanju penetrantima -
ta bi indikacija bila neprimjetna da nema naznaka o postojanju pukotine prema nekoj drugoj
metodi NDT ispitivanja. Prema slikama pukotina dobivenih stereo mikroskopom, može se
uočiti da su ove pukotine nešto šire pa je veća mogućnost indikacije. Ove su dvije pukotine na
uzorku 2 kraće od pukotine na uzorku 1 i ne prelaze duljinu od 0,5 mm.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 44
Slika 38. Druga pukotina na uzorku 2
Dakle, snimanjem provrta stereo mikroskopom potvrđeno je postojanje pukotina na koje je
upućivalo NDT ispitivanje metodom vrtložnih struja. Isto tako, potvrđeno je i da se
ispitivanjem metodom vrtložnih struja mogu pronaći mnogo manje pukotine prije nego što
propagiraju.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 45
5. ZAKLJUČAK
Podvozje zrakoplova jako je osjetljivo na nastanak pukotina zbog visoke vrijednosti
dinamičkih sila koje na sebe preuzima tijekom slijetanja. Izloženost podvozja promjenjivim
opterećenjima pogoduje propagaciji, u početku malih, pukotina. Ranom detekcijom malih
pukotina može se spriječiti nastanak nesreća uzrokovanih lomom nekog od elemenata
podvozja. U izradi elemenata podvozja koriste se aluminijske legure zbog svoje male
specifične težine. Za detekciju nepravilnosti na elementima konstrukcije izrađenih od
aluminijske legure interesantne su NDT metode ispitivanja pomoću penetranta i ispitivanje
vrtložnim strujama. Ispitivanjem uzoraka potvrđeno je da je detekcija male pukotine prilično
složena, međutim, korištenjem obiju metoda može se doći do traženih rezultata. U detekciji
malih pukotina ispitivanje vrtložnim strujama je u prednosti pred ispitivanjem penetrantima
jer daje jasnu i nedvojbenu indikaciju pukotine. U radu su isto tako prikazane i detektirane
pukotine snimljene stereo mikroskopom čime se jasno i nedvojbeno može vidjeti njihova
duljina i oblik.
Usavršavanjem i razumijevanjem ovih metoda NDT ispitivanja dobiva se bolja mogućnost
rane detekcije pukotina čime se u konačnici povećava sigurnost od nastanka loma podvozja
pri korištenju aviona.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 46
LITERATURA
[1] http://news.aviation-safety.net/2010/06/21/report-fatigue-cracking-caused-gear-failure-
of-swedish-dhc-6-twin-otter/, 13.4.2013.
[2] http://www.tsb.gc.ca/eng/rapports-reports/aviation/2008/a08o0235/a08o0235.pdf,
14.4.2013.
[3] http://www.eng.tau.ac.il/~neliaz/Papers_Files/B11_26.pdf, 14.4.2013.
[4] http://www.atsb.gov.au/media/2229399/ao2009062.pdf, 16.4.2013.
[5] http://www.warbirds-eaa.org/news/42012%20-%2001_03%20-
%20Service%20Bulletin%20-%20B-
25%20Landing%20Gear%20Shock%20Strut%20Inspections.html, 16.4.2013.
[6] Bombardier, Bombardier 415 Model CL-215-6B11 (415) alert service bulletin,
Bombardier, Quebec, 2011.
[7] BF Goodrich Aerospace, Component maintenance manual, BF Goodrich Aerospace,
Akron, 2001.
[8] Pilatus, Pilatus PC-9M Maintenance manual, Pilatus, Stans, 2010.
[9] Wipaire Inc., Service letter number 138, Wipaire Inc., South St. Paul, Minnesota, 2012.
[10] http://www.almatec.com.tw/cubekm/ezcatfiles/cust/img/img/9/quickcheck%20brochure
_en.pdf, 17.4.2013.
[11] http://www.almatec.com.tw/cubekm/ezcatfiles/cust/img/img/9/phasec%202200%20data
sheet.pdf, 17.4.2013.
[12] http://www.rohmann.com/uploadfiles/Produktkatalog_2008_GB.pdf, 17.4.2013.
[13] American Society for Testing and Materials: E1417- Standard Practice for Liquid
Penetrant Examination, West Conshohocken, Pennsylvania, 2004.
[14] International Organization for Standardization, ISO 9934 – Non-destructive testing –
Magnetic particle testing, 2010.
Matija Petrovčić Diplomski rad
Fakultet strojarstva i brodogradnje 47
PRILOZI
I. CD-R disc