книги из ГПНТБ / Фельдман Л.С. Неразрушающий контроль качества клеесварных соединений

сигнализация. Это достигается путем подключения зуммера к боковому разъему автоматического сигнализатора, кото­ рый дает звуковой сигнал или четко ощутимую вибрацию, передаваемую непосредственно руке оператора. Зуммер может быть подключен так, чтобы он сигнализировал как при удовлетворительном, так и при неудовлетворительном качестве соединения.

Боковой разъем автоматического сигнализатора можно использовать для подключения самописца. Датчик может приводиться в движение по поверхности изделия с помощью механической системы. Если движение пера самописца согласовано с движением датчика, то участки неконди­ ционной склейки будут отмечены на диаграмме записи. Диаграмма записи может быть использована в качестве объективной информации о качестве контролируемых объектов. Для повышения производительности создана система, обеспечивающая многопозиционный контроль с помощью нескольких десятков датчиков. Специальное коммутирующее устройство осуществляет «опрос» датчи­ ков автоматически размещаемых на поверхности контро­ лируемых изделий.

«Бондтестер». Исследованию подвергали клеевые и клеесвар-

Для опробования возможностей и точности выявления непроклеев были изготовлены образцы с искусственно со­ зданными дефектами и проверены клеевые конструкции производственного изготовления. Образцы изготавливали из сплава Д16Т, (толщины листов 1 + 1; 1,5 -f- 1,5 и 2 + +2лш) . Для образования непроклея на участки склеиваемой поверхности наносили жир, тонкий слой парафина, про­ кладывали целофан, полиэтиленовую пленку.

В результате испытаний клеевых образцов и вскрытий производственных панелей установлено, что прибор четко выявляет места непроклеев. Минимальный размер участка

111

Механические свойства клеевых соединений, выполнен­ ных на клеях ВК.-3, ФЛ-4С и К-4С, определить с помощью прибора ИКС-IB не удалось, так как у этих клеев когезионная прочность выше адгезионной. Положительные

Прибор ИК.С-1В внедрен в практику контроля непроклеев в клеесварных соединениях листов с профилями из алюминиевых сплавов одинаковых или близких толщин.

Ряд зарубежных фирм работает над созданием методов, позволяющих оценивать прочность клеевых соединений. Фирма «Норт Америкэн Авиэшн» (США) для оценки проч­ ности клеевого соединения между обшивкой и сотовым заполнителем в металлических трехслойных панелях при­ меняет два прибора, работа которых основана на ультра­ звуковых методах. Один из них ультразвуковой эхо-де­ фектоскоп, работающий волнами Лэмба на частоте 2,25 Мгц, другой — автоматическая контрольная установка «Сонофакс» (Sonofax).

Все сотовые конструкции управляемого снаряда «Хоунд-Дог» контролируются ультразвуковым эхо-мето­ дом с использованием волн Лэмба. Относительная ам­ плитуда импульса на экране дефектоскопа является кри­ терием качества соединения. Прибор имеет звуковой сигнализатор, который включается при заданном уровне прочности соединения с целью предупреждения оператора, когда он перемещает головку в зоне с сомнительным каче­ ством склеивания. После предупреждающего сигнала даль­ нейшая оценка соединения производится путем наблюде­ ния амплитуды импульса на экране. Эта амплитуда отсчи-

П2

тывается по шкале с делениями, установленной перед экраном трубки. Шкала имеет 10 горизонтальных линий, отстоящих на равных расстояниях друг от друга. Эти ли­ нии расположены выше уровня срабатывания звукового сигнализатора. Верхняя линия соответствует уровню сиг­ нала для случая полного отсутствия соединения (ампли­ туда 100%), нижняя или нулевая—оптимальному качеству соединения. Промежуточные амплитуды сигналов соответ­ ствуют промежуточным значениям прочности клеевого соединения. Дефектоскоп настраивается по эталонам с известной прочностью соединения.

Изделия, в которых с помощью волн Лэмба найдены дефекты, поступают на другую контрольную установку — импульсную ультразвуковую сканирующую систему «Сонофакс», которая записывает дефекты на электрочувствитель­ ную бумагу. Запись дает представление о величине и рас­ положении дефекта, а также примерной прочности соеди­ нения в этом месте.

Установка «Сонофакс» используется также для контроля паяных сотовых панелей. Наличие ячеек на диаграмме изображения свидетельствуют о хорошем качестве пайки. Нарушение изображения ячеек сигнализирует о наличии дефекта. На диаграмме записи сотовой панели большие дефекты отмечаются в виде светлых участков, зоны с опти­ мальным качеством соединения имеют темный цвет, участки с пониженной прочностью — промежуточный тон. Чувстви­

что помогает оценить прочность испытуемого клеевого соединения.

При оценке прочности клеевых соединений рассмотрен­ ными методами, как правило, требуется смачивание (мас­ лом, глицерином или другими жидкостями) поверхности контролируемого изделия для введения в него упругих колебаний. Такое смачивание часто нежелательно, а иногда н вовсе недопустимо, например в случае контроля изде­ лий из гигроскопичных материалов.

Датчики приборов, применяемых для оценки прочности без разрушения, имеют плоскую поверхность и должны соприкасаться с изделием в зоне, площадь которой должна быть соизмерима с площадью поверхности датчика. Это

затрудняет контроль изделий с криволинейными поверх­ ностями, особенно с поверхностями двойной кривизны. Кроме того, внедрение методов, позволяющих оценивать прочность соединений, требует весьма трудоемкой подго­ товительной работы по созданию эталонов с различной прочностью склеивания и построению тарнровочных кри­ вых. Однако получение информации о прочности соединения без разрушения окупает все затраты.

ментами многослойных конструкций [32, 33, 34]. Метод основан на различии определяемых в точке ввода колеба­ ний механических импедансов бездефектного и дефектного (с воздушной или газовой прослойкой между слоями) уча­ стков изделия.

Механическим импедансом, или полным механическим сопротивлением г, называется отношение возмущающей силы F к вызываемой ею колебательной скорости ѵ частиц среды в точке приложения силы:

_ _F_

V

Сила F обычно гармоническая, т. е. изменяющаяся по синусоидальному закону. Величины z, F, ѵ являются комплексными и содержат действительную (активную) и мнимую (реактивную) части.

При контроле импедансным методом в изделии воз­ буждаются изгибные колебания звукового диапазона час­ тот. Механический импеданс зависит от размеров, плотности, упругих свойств материала и степени поглощения упругих колебаний в изделии. Увеличение толщины изделия, повы­ шение его жесткости и плотности, как правило, вызывают рост механического импеданса.

При возбуждении изгибных колебаний в многослойной конструкции механический импеданс в точке приложения возмущающей силы определяется всеми элементами изде­ лия, соединенными в одну механическую систему. Если отдельные слои конструкции связаны между собой, эта система колеблется как единое целое, и механический

импеданс г1=— имеет максимальное значение. При от-

114

сутствии сцепления между элементами' изделия колеба­ тельный режим участка конструкции, отделенного дефектом, будет существенно отличаться вследствие ослабления связи с остальной частью конструкции. Поскольку жест­ кость отдельного элемента меньше жесткости всей конструк­

та ции в целом, механический импеданс в зоне дефекта z2 = —

ѵг

оказывается меньше, чем на участке с хорошим соединением (z2 < г,). Таким образом, дефект соединения может быть

блется независимо от внутреннего листа. Поскольку жест­ кость обшивки 2 значительно меньше жесткости всей кон­ струкции, сила реакции Fp резко уменьшается. Изменение этойсилы и фиксируется аппаратурой.

Для контроля соединений акустическим импедансным методом в промышленности используются дефектоскопы ИАД-1, ИАД-2иИАД-3. Приборы ИАД-1 и ИАД-2 имеют одинаковую блок-схему и применяются в амплитудном

варианте метода, а прибор ИАД-3 — в амплитудном и фазо­ вом вариантах.

Блок-схема приборов ИАД-1 и ИАД-2 приведена на рис. 60. Звуковой генератор 6 питает пьезоэлемент 4, воз­ буждающий в стержне 3 датчика упругие колебания. На нижнем конце стержня находится силоизмерительный пьезоэлемент 2, соединенный с усилителем 5. Датчик со­ прикасается с контролируемым изделием через контакт­ ный наконечник /. Если датчик не прижат к поверхности детали, то нижний его конец не испытывает никаких нагру­

зок (сила реакции равна нулю). В этом

довательно, напряжения на силоизмерительном пьезоэлементе 2. Изменение напряжения сигнала фиксируется включенным на выходе усилителя стрелочным индикато­

Амплитудный вариант применим для всех задач, решае­ мых импедансным методом. Однако в некоторых случаях лучшие результаты дает фазовый вариант.

Фазовый вариант отличается от амплитудного тем, что дефект фиксируется по изменению фазы, а не амплитуды и силы реакции изделия на датчик. Сдвиг фазы этой силы происходит при изменении характера (с упругого на инер­ ционный) нагрузки, расположенной ниже измерительного

116

пьезоэлемента. При подборе частоты колебаний (в приборе ИАД-3 она может меняться от 1 до 8 кгц) достигают такого положения, что нагрузка в бездефектной зоне имеет упру­

на измерительном пьезоэлементе будут резко меняться. Таким образом, дефект будет выявляться по изменению фазы напряжения на измерительном пьезоэлементе отно­ сительно принятой за начало отсчета фазы напряжения генератора дефектоскопа.

При контроле фазовым вариантом, в отличие от ампли­ тудного, в зонах доброкачественного соединения показания фазового индикатора дефектоскопа практически не меня­ ются. Дефект же вызывает резкое изменение фазы сигнала. В результате дефекты фиксируются более четко и легче определяются их контуры.

При выборе режима контроля рекомендуется опробо­ вать оба варианта и использовать тот, который дает лучшие результаты.

Импедансный метод может быть использован в тех1

нием модуля (резина, пенопласт и т. п.) обычно невозможен.

При проверке трехслойных конструкций, например изделий с двумя обшивками и заполнителем между ними, прибор регистрирует в основном только дефект соединения внутреннего элемента с той обшивкой, со стороны которой выполняется контроль. Для полной проверки изделия необходим контроль его сначала со стороны одной, затем со стороны другой обшивки.

Импедансным методом выявляются только дефекты, имеющие раскрытие, достаточное для того, чтобы отделен­ ный дефектом слой контролируемой конструкции имел возможность колебаться самостоятельно, отдельно от остальной конструкции. Эта особенность метода суще­ ственна, например при выявлении расслоений в стекло­ пластике, залегающих на малых (до 0,5—0,6 мм) глубинах.

Такие расслоения обнаруживаются только при слабом прижатии датчика к изделию. В случае большого давления в месте контакта расслоение «захлопывается» и изделие

117

колеблется как единое целое. Поэтому при большом дав­ лении датчика близкие к поверхности дефекты могут быть пропущены.

Чувствительность импедансного метода зависит от конкретных условий его применения и определяется пара­ метрами самого контролируемого изделия: жесткостью об­ шивки или отделенного дефектом слоя изделия; модулем упругости внутреннего элемента; соотношением жест­ кости обшивки или отделенного дефектом слоя; шерохова­ тостью и кривизной поверхности изделия.

Увеличение жесткости обшивки, или отделенного де­ фектом слоя, уменьшение отношения жесткости конструк­ ции и жесткости обшивки, увеличение шероховатости и кривизны поверхности изделия приводят к снижению чувствительности метода.

Предельная толщина обшивки, при которой еще целе­ сообразен контроль, при прочих равных условиях тем меньше, чем больше модуль упругости материала. Для конструкций с гладкими металлическими обшивками и сплошным (преимущественно металлическим) внутрен­ ним элементом, жесткость которого значительно превы­ шает жесткость обшивки, минимальный диаметр выявля­ емого дефекта можно приближенно оценить по формуле

D m I n = 0,l j Z - r ^ ,

приведены расчетные кривые, позволяющие определить минимальный размер дефекта в конструкциях со стальными, титановыми и алюминиевыми обшивками в случае сплош­ ного жесткого (преимущественно металлического) внут­ реннего элемента.

С уменьшением модуля упругости внутреннего эле­ мента чувствительность метода падает, например, в кон­ струкциях с заполнителем из пенопласта, предельная тол­ щина обшивки примерно в 2 раза меньше, чем в изделиях с жестким металлическим лонжероном.

Для успешного применения импедансного метода необ­ ходимо, чтобы отношение жесткости всей конструкции

118

к жесткости отделенного дефектом слоя было достаточно большим. При склеивании двух слоев из одинакового ма­ териала контроль соединения оказывается возможным в том случае, если эти слои имеют разную толщину и про­ верка выполняется со стороны более тонкого слоя. Конт­ роль соединения между однородными слоями одинаковой толщины (например, двумя металлическими листами) импедансным методом обычно невозможен.

При контроле малогабаритных конструкций, особенно металлических, возможен значительный разброс показаний

телем является периодическое изменение уровня сигнала при перемещении датчика по поверхности контролируе­ мого изделия. Большой разброс уровня сигнала на участках с хорошим склеиванием затрудняет контроль сотовых

уровень сигнала при расположении датчика над центром сотовой ячейки соизмерим с сигналом в зоне дефекта, что приводит к периодическому включению сигнальной лампочки при перемещении датчика на участках с хорошим

119