Виктор Маркин.

Контроль качества изготовления и технология ремонта композитных конструкций



скачать книгу бесплатно

Метод акустической эмиссии. Регистрирует упругие волны, возникающие в момент образования или развития трещин. В этом случае излучателем ультразвука является образующийся дефект. Следует отметить, что даже небольшие изменения структуры материала служат источником волн эмиссии. Признак достижения опасного состояния конструкции – увеличение частоты следования или амплитуды сигналов в определенном диапазоне частот. Этим методом проверяют сварные конструкции (сосуды давления, фермы мостов) в процессе сварки, при прочностных испытаниях, а также во время эксплуатации.

Шумно-вибрационный метод. Основан на наблюдении спектра частот работающего механизма в целом или отдельных его компонентов. Преобразователь, подобно медицинскому стетоскопу, прижимают к отдельным точкам механизма, или он воспринимает сигналы по воздуху.

Эхометод ультразвуковой дефектоскопии. Наиболее распространен, с его помощью контролируют поковки, штамповки, прокат, термообработанное литье, сварные швы, пластмассы, измеряют толщину изделий и оценивают структуру материалов.

Теневой метод. Применяется в основном для контроля проката малой и средней толщины, некоторых резиновых изделий (покрышек колес), для исследования упругих свойств стеклопластиков, бетона, графита и т. д. Как правило, условием его применения является двусторонний доступ к изделию. В случае, когда это условие не выполняется, может быть использован зеркально-теневой метод (например, для контроля железнодорожных рельсов) или резонансный. Последний применяют в основном для измерения толщины тонкостенных труб и сосудов.

Импедансный метод. Контролирует клеевые и паяные конструкции из металла и пластмасс. Используется только при сухом точечном контакте преобразователя с изделием.

Метод свободных колебаний (с приборной регистрацией). Применяется для тех же целей, что и импедансный.

Акустические методы классифицируют также по способу контакта преобразователя с изделием. Ультразвуковые волны хорошо отражаются от тончайших воздушных зазоров, поэтому для передачи ультразвука от преобразователя к изделию промежуток между ними заполняют слоем жидкости [11].

Существует несколько способов передачи ультразвука:

контактный – преобразователь прижимают к поверхности изделия, предварительно смазанной жидкостью (например, маслом) до соприкосновения. В некоторых случаях слой жидкости заменяют или дополняют эластичным материалом;

щелевой (или менисковый) – между преобразователем и изделием создается зазор толщиной порядка длины волны ультразвука. В этом зазоре жидкость удерживается силами поверхностного натяжения;

иммерсионный – между преобразователем и изделием создается толстый слой жидкости путем помещения изделия в резервуар с жидкостью или образования локальной жидкостной ванны;

бесконтактные – это способы возбуждения и приема упругих колебаний через слой воздуха или с помощью электромагнитного поля, возбуждаемого датчиком.

В этом случае специальная контактная среда не требуется.

Указанными методами можно выявлять поверхностные и внутренние дефекты. Все другие методы контроля, кроме радиационных, выявляют только поверхностные или подповерхностные дефекты.

Акустическими методами, практически безопасными для обслуживающего персонала, хорошо обнаруживаются тонкие трещины. Ультразвуковой контроль легко автоматизировать.

Применение ультразвукового контроля ограничивают следующие факторы: неоднородность внутренней структуры материала: наличие крупнозернистой структуры, так как гетерогенность материала вызывает сильное рассеяние ультразвуковых волн, что ослабляет полезный сигнал и приводит к появлению шумов; в частности плохо контролируются литье (особенно из коррозионностойких сталей), чугун с крупными графитовыми включениями, бетонные изделия; сложность формы и малые размеры изделий затрудняют введение ультразвуковых лучей, а при наличии выступов и выемов на поверхности вблизи области возможного расположения дефектов могут возникать ложные сигналы; грубая поверхность изделия (ниже 6-го класса шероховатости) приводит к ослаблению чувствительности ультразвукового контроля и нестабильности акустического контакта преобразователя с изделием. Требования к шероховатости поверхности особенно высоки при контактном способе контроля и снижаются при иммерсионном способе.

Ультразвуковыми методами четко обнаруживаются дефекты, но часто возникают серьезные трудности при определении их размеров и характера, что имеет решающее значение для оценки результатов контроля.

Ультразвуковой контроль требует специальных навыков и может применяться только обученным персоналом. При ультразвуковом контроле важно учитывать, что упругие волны, отражаясь от элементов конструкции сложной формы (деталей с выточками, шпоночных канавок, фланцев и т. п.), создают множество импульсов. В этом случае тщательно изучают конструкцию, определяют возможность появления эхосигналов, проверяют их на эталонной детали. Затем выбирают рациональное направление озвучивания. Его желательно проводить при шероховатости поверхности 5-6-го классов. При более грубой поверхности дальность распространения поверхностных и нормальных волн снижается, поскольку происходит рассеивающее отражение от выступов шероховатости [28].

Различные конструкции дефектоскопов допускают наличие определенных размеров мертвых зон, т. е. неконтролируемых участков.

Размер мертвой зоны зависит от многих факторов, в том числе от характеристик дефектоскопа, акустических характеристик материала и других причин. Конкретные параметры указываются в документации на дефектоскоп.

С помощью акустических методов можно не только находить несплошности, но и контролировать структуру и физико-механические свойства материалов, измерять толщину деталей и защитных покрытий, а также проводить исследования усталостной повреждаемости материалов. Перед началом акустического контроля поверхность детали очищают от грязи, отслаивающегося лакокрасочного покрытия, окалины, продуктов коррозии, чтобы улучшить условия прохождения волн и устранить возможность появления сигналов помех. На основе регистрации импульсов могут быть построены автоматизированные системы контроля при массовом производстве.

Акустические методы контроля непрерывно развиваются, появляются новые высокопроизводительные приборы, позволяющие расширить область их применения при ремонте конструкций и изделий.

3.2 Магнитный неразрушающий контроль

Этот метод неразрушающего контроля основан на обнаружении и регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих в намагниченном изделии над дефектами или магнитных свойств контролируемого изделия. Его применяют в основном для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов, находящихся в намагниченном состоянии. Рассмотрим физические причины этого явления.

Известно, что если через проводник пропустить ток, то в пространстве вокруг него, а также между полюсами электромагнита и в пространстве, окружающем соленоид, возникает магнитное поле, направление которого определяется по правилу буравчика. Если испытываемую деталь из ферромагнитного сплава поместить в магнитное поле, то в ней появляются магнитные силовые линии. При отсутствии дефектов магнитные линии не исключаются. При наличии несплошности, находящейся на пути магнитного потока, часть магнитных линий выходит из детали и затем снова входит в нее. В местах выхода магнитных линий образуются местные полосы N и S, между которыми помещается магнитное поле рассеяния, расположенное над дефектом. После снятия намагничивающего поля местные полюсы и поле рассеяния остаются вследствие наличия остаточной индукции [8].

В намагниченной детали (рисунок 3.5) магнитные силовые линии направлены от полюса N к полюсу S. Вокруг трещины, определяющей несплошность, создается поле рассеяния, которое может быть обнаружено и зарегистрировано. После удаления детали из магнитного поля и регистрации дефекта такую деталь необходимо размагнитить. Остаточная намагниченность влияет на показания приборов, вызывает притяжение посторонних частиц, что способствует интенсификации процессов изнашивания.

Для намагничивания деталей применяют постоянный (двухполупериодный выпрямленный, трехфазный выпрямленный), переменный, однополупериодный выпрямленный и импульсный токи. Дефекты оптимально обнаруживаются в случае, когда направление намагничивания контролируемой детали перпендикулярно направлению дефекта, поэтому простые детали намагничивают в двух направлениях, а детали сложной формы – в нескольких.

Для создания оптимальных условий контроля применяют три способа намагничивания: циркулярное, продольное (или полюсное) и комбинированное.

Циркулярное намагничивание осуществляется при пропускании тока по контролируемой детали или через проводник стержень, помещенный в отверстие детали. Наиболее эффективно циркулярное намагничивание деталей в форме тел вращения. При пропускании тока по деталям сложной формы выступы и другие неровности могут быть ненамагничены до требуемой степени. В этих местах необходимо измерять напряженность намагничивающего поля и специально следить, чтобы она достигла требуемых для контроля значений. При циркулярном намагничивании направление магнитного потока перпендикулярно направлению тока, поэтому оптимально обнаруживаются дефекты, направление которых совпадает с направлением тока. Одной из разновидностей циркулярного намагничивания является намагничивание путем индуцирования тока в контролируемой детали. Устройства для такого намагничивания представляют собой трансформатор, вторичной обмоткой которого (или частью сердечника) служит контролируемая деталь.


Рисунок 3.5 – Искажение силовых линий магнитного поля в детали с трещиной:

1 – намагниченная деталь; 2 – поле рассеяния; 3 – трещина


Продольное намагничивание происходит с помощью электромагнитов (постоянных магнитов) или соленоидов. При этом обычно деталь намагничивается вдоль своего наибольшего размера. На ее краях образуются полюсы, создающие поле обратного направления. К разновидности полюсного намагничивания относится поперечное намагничивание, когда деталь намагничивается в направлении меньшего размера.

Комбинированное намагничивание возникает при одновременном намагничивании детали двумя или несколькими изменяющимися магнитными полями. При этом можно применять любое сочетание видов тока. При комбинированном намагничивании необходимо, чтобы суммарный вектор намагниченности поворачивался относительно детали хотя бы на 90° (или вращался на 360°). Это достигается в результате применения совместно продольного и циркулярного намагничиваний и использования для них токов одного вида, различающихся по фазе (или времени включения, например, для импульсных токов), или токов разного вида с соответствующими моментами включения или изменения их величины и направления.

Существуют различные способы и схемы намагничивания деталей, использующие постоянные магниты, электромагниты, соленоиды, виды и сочетания токов, применяемые при неразрушающем контроле магнитными методами.

Наиболее широко используются методы обнаружения и регистрации полей рассеяния: магнитопорошковый, магнитографический и феррозондовый, последний в аэрокосмической промышленности распространения не получил.

Магнитопорошковый метод. Способствует обнаружению поверхностных и подповерхностных дефектов типа волосовин, трещин (закалочных, усталостных, шлифовочных, сварочных, литейных, штамповочных и т. п.), расслоений, флокенов, заковов, непроваров стыковых сварных соединений, надрывов и т. п. Подповерхностные дефекты на глубине примерно до 100 мкм могут быть обнаружены практически при такой же высокой чувствительности, что и поверхностные.

При большем расстоянии от поверхности до дефекта (2–3 мм) выявляются более грубые дефекты, чем при поверхностных нарушениях сплошности. Чувствительность метода высока, позволяет обнаруживать трещины с шириной раскрытия более 0,001 мм и глубиной более 0,01 мм.

Магнитографический метод. С его помощью обнаруживают как поверхностные дефекты (типа трещин, непроваров, шлаковых включений, цепочек и скоплений пор, подрезов, прижогов и т. п.) при примерно равной с магнитопорошковым методом чувствительности, так и глубинные при расстояниях от поверхности до 20–25 мм. Он более универсален и пригоден для контроля деталей практически любых форм и размеров, в то время как магнитографический наиболее пригоден для проверки деталей относительно простой формы (цилиндров, труб, листов, брусков и т. п.). При магнитопорошковом методе на диагностируемые участки детали наносят ферромагнитные частицы либо мокрым методом, либо сухим. В первом случае частицы находятся во взвешенном состоянии в воде, керосине или минеральном масле, во втором они взвешены в воздухе. При попадании на намагниченную деталь над дефектом вследствие неоднородности магнитного поля, наличия местных магнитных полюсов намагниченные частички притягиваются к месту наибольшей концентрации магнитных линий. Ширина валика скопившихся частиц больше фактической ширины дефекта, что позволяет рельефно выявить форму и протяженность дефекта.

Магнитопорошковый метод контроля осуществляется в такой последовательности: подготовка детали – намагничивание – нанесение ферромагнитного порошка – расшифровка результатов контроля – размагничивание. При подготовке деталей очищают поверхности, которые будут контактировать с намагничивающими приспособлениями, удаляют загрязнения. Лакокрасочные покрытия толщиной более 30 мкм значительно снижают чувствительность магнитопорошкового контроля, поэтому их необходимо смыть. Он может осуществляться в приложенном магнитном поле и по остаточной намагниченности.

В первом случае намагничивание, нанесение суспензии и контроль проводят одновременно, во втором все операции выполняются раздельно. При намагничивании необходимо учесть, что наилучшее выявление дефекта будет тогда, когда магнитные линии располагаются перпендикулярно направлению предполагаемого дефекта. В сомнительных случаях проводят намагничивание в разных направлениях. После намагничивания или одновременно с ним (при контроле в приложенном поле) наносят на поверхность контролируемой детали ферромагнитный порошок. В качестве порошков применяют различные размельченные частицы черного, буровато-красного и белого цвета. Черные порошки изготавливают из измельченного тетраксида железа (Fe3O4) с размером частиц не более 30 мкм, буровато-красные – из размельченного гаммаокисида железа (?-Fe2O3), белые – из алюминиевой пудры (ПАК-3) и никелевого или железного порошка (марки А). В некоторых случаях применяются магнитно-люминесцентные порошки. Добавка в порошки люминофора в смеси с другими веществами позволяет наблюдать индикаторный рисунок в ультрафиолетовых лучах. Суспензии могут составляться на основе керосина, масла МК8, трансформаторного масла или воды. Концентрация порошка в суспензии может колебаться от 5 до 25 г/дм3. Ее подбирают в зависимости от вида намагничивания, формы контролируемой детали и характера дефекта. Например, при контроле галтельного перехода головки болта к цилиндрической части достаточно обеспечить концентрацию порошка в суспензии 10–15 г/дм3, при контроле ответственных деталей двигателя она должна быть в пределах 20–25 г/дм3. Суспензия наносится с помощью обливания (из шланга или резиновых груш, бачков) или погружения в ванну, сухой порошок – распылением в специальных установках.

Расшифровка результатов контроля проводится после отложения порошка на поверхности контролируемой детали. Например, над усталостными трещинами порошок накапливается в виде тонких четких линий, неметаллические включения выявляются в виде точечных скоплений или цепочек. При расшифровке индикаторного рисунка следует учесть, что могут появиться мнимые дефекты. Скопление ферромагнитного порошка может происходить не только над дефектом, но и над рисками, по границам резких структурных изменений. В этих случаях для проверки достоверности наличия трещины удаляют порошок, осматривают повреждение с помощью лупы и проводят повторное намагничивание. Иногда применяют другие виды неразрушающего контроля. Задача размагничивания заключается в том, чтобы свести к нулю остаточную индукцию. Для этого используют постепенно уменьшающееся переменное поле, создаваемое специальным соленоидом.

На использовании магнитных свойств материалов работают различные устройства неразрушающего контроля:

– магнитные толщиномеры, основанные на измерении силы отрыва или притяжения постоянных магнитов или электромагнитов относительно диагностируемой детали (пондермоторный метод);

– устройства и приборы для контроля структуры, основанные на использовании зависимости между магнитными и физико-химическими свойствами материалов;

– приборы для контроля механических свойств материалов, в которых используются те же зависимости.

Во всех этих случаях используется зависимость между пределом прочности, удлинением, твердостью и другими механическими и структурными характеристиками металлов и магнитными характеристиками (коэрцитивной силой, индукцией, магнитной проницаемостью).

3.3 Методы неразрушающего контроля с использованием электромагнитных явлений
3.3.1 Оптический неразрушающий контроль

Оптический неразрушающий контроль – вид неразрушающего контроля, основанный на взаимодействии светового излучения с объектом контроля.

Оптическое излучение (ОИ), или свет, – электромагнитное излучение, в котором принято выделять ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области спектра с длинами волн соответственно 10-3-0,38; 0,38-0,78; 0,78–10-3 мкм.

Возникновение оптического излучения связано с движением электрически заряженных частиц (электроны, атомы, ионы, молекулы). Дискретные спонтанные или индуцированные переходы носителей зарядов с более высоких на более низкие энергетические уровни сопровождаются испусканием световых квантов (фотонов) с энергией, равной разности энергий состояний этих уровней. Энергия фотона Е = hf, где h = 6,626 ? 10-34 Дж ? с – постоянная Планка; f – частота излучения, Гц.

Скорость распространения оптического излучения в вакууме С0 = 299792,5 км/с. В реальных средах оптическое излучение распространяется со скоростью



(3.1)


Где – показатель преломления среды; ?, µ – относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды; ?0 и ? – длина волны света в вакууме и среде соответственно.

Информационными параметрами ОИ являются пространственно-временные распределения его амплитуды, частоты, фазы, поляризации и степени когерентности. Для получения дефектоскопической информации используют измерение этих параметров при взаимодействии оптического излучения с объектом контроля в соответствии с явлениями, определяющими волновую природу света: интерференцией, дифракцией, поляризацией, преломлением, отражением, поглощением, рассеянием, дисперсией света, а также изменение характеристик самого объекта под действием света в результате эффектов фотопроводимости, фотохромизма, люминесценции, электрооптических, механооптических (фотоупругость), магнитооптических, акустооптических и других явлений.

К основным информационным параметрам объектов оптического контроля относятся их спектральные и интегральные фотометрические характеристики, которые зависят от строения вещества, его температуры, физического (агрегатного) состояния, микрорельефа, угла падения излучения, степени его поляризации, длины волны.

Среди дефектов, обнаруживаемых неразрушающими оптическими методами, отмечены пустоты (нарушение сплошности), расслоения, поры, трещины, включения инородных тел, внутренние напряжения, изменение структуры материалов и их физико-химических свойств, отклонения от заданной геометрической формы и т. д. [19].

Использование оптического излучения как носителя информации перспективно. Электромагнитное поле по природе многомерно, что позволяет вести многоканальную (многомерную) обработку информации одним устройством с большой скоростью, определяемой скоростью света в данной среде. Эффективность применения оптического неразрушающего контроля существенно зависит от правильности выбора геометрических и временных характеристик условий освещения и наблюдения контролируемого объекта. Главное при этом – обеспечить максимальный контраст дефекта подбором угла освещения и наблюдения, спектра и интенсивности источника (непрерывного или стробоскопического), а также состояния поляризации и степени когерентности света. Необходимо учитывать различия оптических свойств дефекта и окружающей его области фона.

Различие в отражении поляризованного света от металлов и диэлектриков используется для получения контрастного изображения дефектов (например, пятен масла на металле и т. п.). При этом объект освещается поляризованным светом под углом Брюстера, а его наблюдение осуществляется с помощью поляроида, устанавливаемого в положение, обеспечивающее максимальный контраст дефекта.

Возможности глаза человека не всегда позволяют получить достоверную информацию о состоянии детали, подвергающейся дефектации. Разрешающая способность зрения S, т. е. способность различать мелкие детали изображения, зависит от яркости, контраста, цветности и времени наблюдения контролируемого объекта. Она максимальная в белом или желто-зеленом свете при яркости от 10 до 100 кд/м2, высоком контрасте объекта (|k| › 0,5) и времени наблюдения 5-20 с.

Здесь представлен ознакомительный фрагмент книги.
Для бесплатного чтения открыта только часть текста (ограничение правообладателя). Если книга вам понравилась, полный текст можно получить на сайте нашего партнера.

Купить и скачать книгу в rtf, mobi, fb2, epub, txt (всего 14 форматов)



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16