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

склеиванием. Другой причиной ложных показаний может быть смятие сот и неравномерная толщина клеевого слоя.

Сотовые панели с мелкими и средними ячейками запол­ нителя (сторона ячейки 2,5—4 мм) и средними толщинами обшивок (0,4—0,6 мм для алюминиевых сплавов) целе­ сообразно контролировать фазовым вариантом метода.

Контроль клеевых соединений с помощью нмпедансного метода вручную имеет ряд недостатков, особенно в случае проверки крупногабаритных конструкций в серийном производстве. Ю. В. Ланге разработал систему автомати­ зированного контроля соединений.

При таком контроле перемещение датчика дефектоскопа по поверхности контролируемого изделия производится по определенному закону с помощью механического устрой­ ства. Движение датчика связано с перемещением пера само­ писца, фиксирующего результаты контроля на электротер­ мической бумаге ЭТБ-2. Полученная таким образом запись представляет собой план контролируемого изделия в том же (или уменьшенном) масштабе и содержит все необходимые сведения о количестве, размерах, форме и расположении выявленных дефектов.

При использовании электротермической бумаги пером самописца служит металлический электрод. Напряжение на перо самописца подается таким образом, что при нахож­ дении датчика в зонах с высоким механическим импедан­ сом перо оставляет на бумаге черную линию, а в зонах с пониженным значением импеданса (дефект) эта линия прерывается.

На основе описанного принципа создано несколько типов полуавтоматических установок (ПИ-1, ПИ-2, УКН-1, УКН-2 и др.), предназначенных для контроля различных серийных клееных конструкций. Эти установки выполнены примерно по одной и той же схеме и включает в себя элект­ ронную аппаратуру (дефектоскоп ИАД-2 с приставкой ПСК-1В или прибор ИАД-3), механическое сканирующее устройство для автоматического перемещения датчика по поверхности контролируемого изделия и самописец. Кон­ струкция и размеры сканирующего устройства определя­ ются параметрами контролируемых изделий, масштаб записи выбирается в зависимости от их размеров.

Электронная аппаратура, входящая в комплект полу­ автоматов, универсальна и не требует какой-либо пере­ делки при изменении объектов контроля.

120

При автоматизированном контроле аппаратуру настра­ ивают по эталонам, представляющим собой натурные изделия, с естественными или искусственными дефектами. Все функции контролера сводятся к установке контроли­ руемой панели на подвижную раму, включению механизма перемещения датчика, подаче (после окончания сканиро­ вания) рамы с панелью в переднее положение и съему или переворачиванию изделия для проверки с другой стороны.

материалов. Этим методом выявляют­ ся также расслоения в стеклопластиках и других слоистых пластмассах.

Врассматриваемом методе используется влияние де­ фектов на скорость распространения и амплитуду упругих волн в контролируемом изделии; применяется он в двух вариантах.

Впервом варианте используется искательная головка

сизлучающим и приемным вибраторами, расположенными

водном корпусе. Головка устанавливается на поверхность контролируемого изделия (рис. 62). При этом во все сто­ роны от излучающего вибратора распространяется изгибная (условно) волна. При постоянной частоте с увеличением, толщины изделия скорость ѵ распространения волны воз­

растает, стремясь к скорости vR поверхностной (Релеевской) волны. При отсутствии дефектов работает все сечениеизделия и скорость ѵх оказывается наибольшей. При.

121

расположении головки над расслоением скорость ѵ2 волны определяется толщиной Л2 отделенного дефектом слоя, причем і>2 < ѵѵ

Уменьшение скорости приводит к изменению фазы бе­ гущей волны в точке приема, что фиксируется фазометром {индикатором ср) дефектоскопа и служит признаком де­ фекта. Другим его признаком является изменение ампли­ туды принятого сигнала, фиксируемое амплитудным инди­ катором (индикатор А) прибора.

Во втором варианте излучающий и приемный вибраторы располагаются соосно, с разных сторон контролируемого изделия. При отсутствии дефекта (расслоения, на­ рушения соединения

ю12 между элементами кон­

волны, которая проходит больший путь и движется с мень­ шей скоростью, чем продольная волна. Поэтому фаза при­ нятой волны в зоне дефекта отстает от фазы волны на доброкачественном участке изделия. Это и является основ­ ным признаком дефекта. Иногда дефект, особенно если он находится близко к поверхности изделия, заметно умень­ шает амплитуду принятого сигнала, что является допол­ нительным признаком дефекта.

Для использования велосимметрического метода в произ­ водственных условиях разработан дефектоскоп УВФД-І, который серийно выпускает завод «Электроточприбор» {г. Кишинев).

Блок-схема этого прибора представлена на рис. 63. Излучающий вибратор 3 искательной головки возбужда­ ется генератором 5, частота которого может плавно меня­ ться в пределах от 20 до 70 кгц. Колебания подаются в конт­ ролируемую деталь, состоящую из металлической основы / •и неметаллического покрытия 2. Принятые приемным вибратором 4 сигналы синусоидальной формы усиливаются усилителем 9, преобразуются в прямоугольное напряже-

J22

пне формирующим устройством 10 и подаются на фазоизмерительную схему 11. Напряжение с генератора 5 через фазовращатель 6 и формирующее устройство 7 также по­ дается на фазоизмерительную схему / / . Фазовращатель 6 регулируется таким образом, что в случае отсутствия дефекта стрелка индикатора 12 фазометра находится на исходном делении, принятом за нуль. При наличии дефекта

нием генератора и принятым сигналом увеличивается. Утолщение изделия приводит к уменьшению фазового сдвига между этими напряжениями.

При отставании фазы принятого сигнала от исходной величины (соответствующей фазе в зоне без дефекта) более чем на заданную величину релейное устройство 8 включает сигнальную лампочку, расположенную в искательной го­ ловке прибора. Усилитель 9 охвачен системой задержан­ ной автоматической регулировки усиления (АРУ). Для подачи напряжения АРУ в цепь сетки управляемого кас­ када используется детектор 13 АРУ. Напряжение задержки АРУ выбрано так, чтобы снижение усиления происходило только при достижении выходным сигналом уровня, необхо­ димого для нормальной работы фазоизмерительного устрой­ ства. Измеритель амплитуды 14 со стрелочным индикатором 15 служит для оценки уровня сигнала на выходе усилителя.

В комплект дефектоскопа УВФД-1 входят искательные головки, рассчитанные на номинальные частоты 25, 40, 60 кгц, которые предназначены для работы при первом варианте метода. Приемный и излучающий вибраторы имеют идентичную конструкцию. Вибратор состоит из пары пьезопластин ЦТС-19 и двух пассивных накладок, одна из которых является контактным наконечником. Вибраторы имеют резко выраженную резонансную частоту, на которой эффективность излучения и приема упругих колебаний значительно выше, чем вдали от резонанса.

Наряду с головками, имеющими постоянную базу (рас­ стояние между осями вибраторов), в комплект входит головка с'.регулируемой базой, предназначенная для оценки толщины. Эта головка содержит вибраторы с номинальной частотой 40 кгц. База головки может меняться ступенями от 40 до 70 мм, отсчет базы производится по шкале.

При втором варианте метода используются вибраторы, вынутые из искательных головок и помещенные в специаль-

123

ное приспособление, обеспечивающее их соосное переме­ щение по контролируемому изделию.

Дефектоскоп УВФД-1 может быть использован в автома­ тизированных установках с записью результатов на элек­ тротермическую бумагу, подобных описанным полуавтома­ там для контроля клеевых соединений акустическим импедансным методом.

Велоснмметрический метод позволяет выявлять дефекты в изделиях, имеющих металлические и неметаллические слои, а также в одно- и многослойных неметаллических конструкциях. Важным преимуществом этого метода явля­ ется повышенная стабильность и повторяемость резуль­ татов контроля, так как в качестве основного критерия дефекта используется изменение не амплитуды, а фазы колебаний.

При контроле велосимметрическим методом существует мертвая зона, дефекты в которой не выявляются. Мертвая зона прилегает к поверхности, противоположной поверх­ ности ввода колебаний. При контроле изделий, полностью изготовленных из неметаллов и имеющих толщину до 30 мм, величина мертвой зоны составляет 30—40% толщины изде­ лия. Поэтому для проверки всей толщины таких изделий требуется последовательный контроль с двух сторон — Енешней и внутренней.

При контроле двухслойных конструкций, состоящих из металлического и неметаллического слоев, можно выяв­ лять как расслоения в неметаллическом слое покрытия, так и зоны нарушения соединений между покрытием и ме­ таллом. В случае контроля со стороны металла обычно выявляют зоны нарушения соединения неметалла с метал­ лом и расслоения в покрытии, расположенные в прилегаю­ щих к металлу слоях. Остальные слои неметаллического покрытия остаются в мертвой зоне.

При контроле со стороны покрытия обычно выявляются расслоения во всех его сечениях, включая зону соединения с металлом. Исключение составляют конструкции, толщина покрытия которых намного (в 4—5 и более раз) превышает толщину металлического корпуса, когда металлический слой мало влияет на скорость распространения упругой волны.

В этих случаях метод не выявляет дефектов в прилегаю­ щих к металлу слоях покрытия и в зоне соединения покры­ тия с металлом.

124

Предельная глубина залегания расслоений, выявляемых велосимметрическим методом в изделиях из неметаллов, составляет около 15 мм. Чувствительность метода зависит от глубины залегания дефекта, уменьшаясь с увеличением ее. Минимальная площадь выявляемого дефекта составляет примерно 1,5—2 см2.

На велосимметрический метод влияют помехи интерферен­ ционного характера [32], которые обусловлены наличием в точке приема, кроме пришедшей от излучателя кратчай­ шим путем бегущей волны, одной или нескольких мешаю­ щих волн, отраженных от границ изделия или пришед­ ших в эту точку не кратчайшим путем. При малых расстоя­ ниях искательной головки от края, небольших размерах контролируемого изделия или недостаточном затухании упругих волн в нем амплитуды мешающих волн оказы­ ваются соизмеримыми с амплитудой бегущей волны.

В результате сложения волн амплитуда и фаза суммар­ ного колебания в точке приема отличаются от амплитуды и фазы бегущей волны в этой точке. В этих условиях при перемещении искательной головки по изделию фазы отра­ женных волн в зоне приема непрерывно меняются, что при­ водит к более или менее значительным колебаниям фазы результирующей волны, регистрируемой фазометром де­ фектоскопа. Изменение амплитуды колебаний обычно не имеет значения. Эти изменения фазы, не связанные с нали­ чием в изделии дефектов, затрудняют контроль.

Основными интерференционными помехами являются помехи, наблюдаемые при расположении искательной го­ ловки вблизи края изделия (краевой эффект). При контроле изделий достаточно больших размеров краевой эффект проявляется на расстояниях до 5—6 см от границы конт­ ролируемого изделия.

Г л а в а 5

ЭЛЕКТРОИНДУКТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

Некоторые физические характеристики точечных сварных соединений

Электроиндуктивный метод (метод вихревых токов) является достаточно чувствительным к изменению физи­ ческих характеристик материала [22, 54].

125

В зарубежной литературе [86] имеется упоминание о применении токовнхревых приборов для контроля ка­ чества точечной сварки в авиационной и ракетной технике,

Чтобы разработать электроиндуктивный метод контроля качества точечной сварки, необходимо иметь данные об изменении физических свойств материала в зоне сварного соединения, в частности, об изменении электропровод­ ности.

Автор совместно с проблемной лабораторией Рижского политехнического института [59] исследовал характер изменения физических свойств сварных соединений из алюминиевых сплавов как в литом ядре, так и в прилегаю­ щей к нему зоне. Был проведен анализ изменения электро­ проводности в зоне сварного соединения, а также сопостав­ лены значения электропроводности и микротвердости.

Наиболее достоверные характеристики могут быть по­ лучены при послойном измерении электропроводности и микротвердости в зоне сварки и зоне термического влияния.

Для исследований были подготовлены образцы, пара­ метры которых приведены в табл. 24.

При подготовке образцов обязательным условием было получение не менее 3—5 идентично сваренных точек. Сварка проводилась на образцах различной толщины.

Качество сварки контролировалось рентгенографически. Из каждой группы идентично сваренных образцов на одном выполняли поперечный разрез по сварным точкам и под­ готавливали микрошлифы, на двух других осуществляли продольный разрез по плоскости соединения свариваемых

При исследованиях были использованы специальная вспомогательная резонансно-компенсационная установка

иприбор типа ИЭ-1 (измеритель электропроводности).

Спомощью прибора ИЭ-1 были проверены данные, приведенные в литературе, и сопоставлены с полученны­

ми на специальной вспомогательной установке. В связи с большим диаметром датчика прибора ИЭ-1 экспери­ менты проводились только на образцах с продольным разрезом.

126

Для проведения исследований на более ограниченных участках поверхности и измерения изменения электро­ проводности была использована установка с резонансной измерительной схемой и компенсационным индикаторным выходом. Использование установки, работающей на час­ тоте 300 кгц и имеющей датчик диаметром 4 мм, не чув­ ствительный к краевому эффекту, дало возможность про­ водить исследования как на образцах с продольным, так и с поперечным разрезом и послойно измерять электро­ проводности в зоне сварки.

Установка состоит из двух блоков: 1) измерительный (может быть использован высокостабильный куметр)— включает высокочастотный генератор, работающий в ре­ жиме генератора напряжения, и резонансную измери­ тельную схему, где датчик и измерительный конденсатор включены последовательно; 2) индикаторный — включает ламповый вольтметр и компенсационную часть, в которую

127

входит вспомогательный источник питания, переменные сопротивления и микровольтамперметр типа М198/2, при­ меняемый в качестве индикатора. В качестве датчика исполь­ зовалась катушка (да = 30 витков, L = 222 мкгн) в ферритовом полуброиевом сердечнике, имеющем наружный диаметр D — 4 мм.

Использование в схеме компенсационного индика­ торного блока дает возможность получить растянутый диапазон измерения в интересующем интервале изменения электропроводности а.

Микротвердость определяли на идентичных образцах

в основном несоответствием исходных эталонов, а также тем, что у датчика прибора ИЭ-1 отсутствует защита от влияния краевого эффекта; на этот эффект оказывает воз­ действие не только участок материала в зоне сварного пятна, но и расположенные рядом участки материала, структура которых в результате процесса сварки представ-

130