1651

Градуировка прибора может быть осуществлена одним из двух способов: либо по источнику с известной яркостью, либо по известной освещенности экрана.

В первом случае непосредственно определяется чувствительность (или цена деления) прибора:

SL i0 / L0 ,

где i0 – фотопоток, полученный при измерении источника с из7 вестной яркостью L0.

Однако образцовых источников для измерения яркости мало и они не всегда удобны. Градуировка по освещенности осуществляется следующим образом. На экране с отверстием создают определенную освещенность, применяя измерительную лампу с известной силой света. Чувствительность прибора по освещенности

l0– расстояние от лампы до экрана.

Эта чувствительность пересчитывается на чувствительность по яркости – определяется значение яркости источника, который бы создал освещенность E0, если бы находился в плоскости, сопряженной с экраном. Из формулы E KLBQ / a 2 получим

E0 L0 Q , l2

где Q – выходной зрачок объектива;

l – расстояние от объектива до экрана;

– коэффициент пропускания объектива. Отсюда соответствующая яркость

L0 E0l2 Q

и

SL i0 / L0 i0 Q / E0l2 ,

или

SL i0 l02Q / I0l2 .

Для простой тонкой линзы можно считать, что ее пропускание определяется только потерями на отражение. Если она выполнена из

91

стекла, то можно принять 0,92 0,01. В более сложных случаях желательно измерять пропускание объектива.

а

б

Рис. 1.41. Определение коэффициента пропускания объектива: а – измерение освещенности Ео; б – измерение освещенности Е

Измерение постоянной по поверхности источника яркости осу7 ществляется проще. Достаточно измерить силу света такого источника в заданном направлении и разделить ее на площадь проекции источ7 ника на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Очевидно, что этот подход применим и к тем случаям, когда необходимо измерить среднюю или габаритную яркость источника. Таким образом, в задачах этой группы вопрос сводится к правильному измерению силы света.

Источник с равномерной по поверхности яркостью может быть и7 спользован для измерения пропускания объектива. В качестве такого источника может быть использовано молочное стекло, освещенное с противоположной измерению стороны и ограниченное непрозрачной диафрагмой. Измеряется освещенность, создаваемая таким стеклом на расстоянии l0:

где L – яркость стекла;

A0 – площадь ограничивающей диафрагмы.

Затем устанавливают исследуемый объектив так, чтобы он создавал изображение поверхности стекла, и измеряют освещенность в плоскости изображения:

92

Решая совместно выражения (1.1) и (1.2), определяем:

EA0l2 / E0 Al02 .

Для большей точности желательно, чтобы значения А и А0 и l и l0 не намного отличались друг от друга.

Если трудно определить положение и размеры выходного зрачка, вместо этого можно измерить сечение светового пучка вблизи объек7 тива и расстояние от сечения до плоскости изображения (но телесный угол будет измерен правильно, если только сечение пучка взято близко к объективу).

93

2. МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

2.1.Классификация видов

иметодов неразрушающего контроля

Неразрушающий контроль, в зависимости от физических явлений, положенных в его основу, подразделяется на виды:

–магнитный;

–электрический;

–вихретоковый;

–радиоволновой;

–тепловой;

–оптический;

–радиационный;

–акустический;

–проникающими веществами.

Методы каждого вида неразрушающего контроля классифици7 руются по следующим признакам:

а) характеру взаимодействия физических полей или веществ с контролируемым объектом;

б) первичным информативным параметрам; в) способам получения первичной информации.

Классификация методов неразрушающего контроля приведена в табл. 2.1. Т а б л и ц а 2 . 1

94

95

2.2. Метод контроля напряженно-деформированного состояния материала конструкций. Порядок выбора

Известно, что контроль остаточных технологических напряжений при изготовлении изделий машиностроения отличается от контроля напряжений в работающих конструкциях, особенно при оценке их ресурса.

В зависимости от решаемых задач при контроле механических напряжений используют их условную классификацию: остаточные технологические нагрузочные напряжения, эксплуатационные остаточ7 ные напряжения, рабочие напряжения, фактические напряжения (ГОСТ Р 52330–2005 «Контроль неразрушающий. Контроль напря7 женно7деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Общие требования»). Методы контроля напряжений раз7 личают по виду физического поля, используемого средствами контро7 ля, и измеряемыми параметрами этого поля.

Большинство методов контроля напряженно7деформированного состояния (НДС) оборудования и конструкций основаны на тарировке образцов при растяжении. В то же время известно, что такая тарировка не соответствует НДС реального оборудования. Создание единых эта7 лонных образцов для сравнения различных методов неразрушающего контроля (НК) напряжений с учетом масштабного фактора, характера рабочих нагрузок и локальности зон максимальных напряжений не представляется возможным.

Поэтому необходимо определить общие требования к порядку выбора методов неразрушающего контроля напряжений в зависимости от задач исследования для изделий машиностроения, трубопроводов, сосудов и конструкций различного назначения и их элементов, в том числе сварных соединений любого конструктивного исполнения, изго7 товленных из стали и сплавов, чугуна и других конструкционных мате7 риалов без ограничения размеров и толщин.

При выборе методов неразрушающего контроля напряжений эле7 ментов узлов, деталей или агрегатов объектов промышленной опасно7 сти (далее – ЭОПО) (трубопроводов; сосудов, работающих под да7 влением; ответственных силовых конструкций и т.д.) должны соблю7 даться определенные требования.

Методы неразрушающего контроля (далее – НК) напряжений и используемые ими параметры должны быть максимально чувствитель7 ны к интегральной оценке напряженно7деформированного состояния (далее – НДС) материала ЭОПО с учетом его структурной неод7 нородности. Основанием для выбора методов НК напряжений должны

96

быть результаты анализа проведенных предприятием7изготовителем ЭОПО экспериментальных исследований, либо результаты анализа практического применения выбранных методов для аналогичных объектов. Предприятие7изготовитель ЭОПО, эксплуатирующее пред7 приятие, а также предприятие, осуществляющее НК ЭОПО, должны иметь нормативные и технические документы на выбранный метод НК напряжений и располагать специалистами, обладающими надлежащей квалификацией.

При выборе метода НК напряжений в материале данного ЭОПО в проектной и эксплуатационной документации учитывают в первую очередь задачи исследования (контроль остаточных напряжений после изготовления, оценка НДС в процессе эксплуатации и другие задачи).

При выборе метода НК напряжений учитывают следующие основ7 ные признаки:

–способ получения первичной информации и алгоритм связи из7 меряемого параметра физического поля с заявленным параметром на7 пряжений;

–способ тарировки метода (тарировка на образцах, функциональ7 но7теоретическая, эмпирическая) и диапазон контролируемых на7 пряжений;

–локальность контроля;

–скорость контроля;

–требования к ОК, обеспечивающие гарантированную методом достоверность измеряемого параметра напряженно7деформированного состояния материала;

–достоверность используемой связи измеряемого параметра физи7 ческого поля с заявленным параметром напряжений;

–единицы и диапазон измерений;

–особенности и последовательность операций при проведении и обработке результатов измерений.

2.3.Акустический метод

2.3.1. Акустический метод оценки физико-механических характеристик материала элементов технических систем

Необходимость акустического контроля в зависимости от условий технологии изготовления устанавливают в стандартах или технических условиях на объект контроля. Основанием для применения предприя7 тием акустических методов контроля объектов является наличие данных, подтверждающих требуемую достоверность и надежность выбранных методов. Эти данные могут быть получены в результате

97

предварительных экспериментальных исследований, проведенных предприятием или в результате практического применения выбранных акустических методов на другом предприятии для контроля качества аналогичных объектов.

При этом на предприятии должны быть техническая документация на контроль и дефектоскописты, обладающие надлежащей квали7 фикацией по выбранным акустическим методам контроля.

Акустические методы контроля основаны на чувствительности параметров упругих волн, распространяющихся в материале элемента технической системы (изделия (машины) и их составных частей), к структурно7механическому состоянию материала. В качестве акусти7 ческих параметров используются скорости звука, коэффициенты затухания и связанные с ними параметры упругих волн различных типов.

Процедуру оценки физико7механических характеристик материала элемента технической системы проводят в следующем порядке:

–выбор акустических параметров, чувствительных к изменению физико7механических характеристик материала контролируемых элементов технической системы;

–установление регрессионных связей акустических параметров ма7 териала с его физико7механическими характеристиками в ходе обу7 чающих экспериментов;

–оценка физико7механических характеристик материала контро7 лируемого элемента технической системы.

Система акустического контроля представляет собой совокупность объекта контроля, средств контроля, нормативно7технологической документации и человека7оператора.

Средства контроля формируют на базе аппаратного и программ7 ного (при необходимости) обеспечения и методического обеспечения.

В качестве аппаратного обеспечения средств контроля могут быть использованы установки, собранные из серийной аппаратуры и ори7 гинальных блоков, поверяемые в установленном порядке в соответ7 ствии со схемами, приведенными ниже и в зависимости от типа используемых упругих волн, и обеспечивающие:

–получение акустических параметров, непосредственно исполь7 зуемых для оценки физико7механических характеристик материала объекта контроля;

–получение акустической информации, используемой в качестве исходной для ее последующей обработки средствами программного обеспечения.

98

Обязательными компонентами аппаратного обеспечения средств контроля являются электроакустические преобразователи и стан7 дартные образцы. Как правило, используют пьезопреобразователи.

Способ ввода ультразвука в контролируемый материал (контакт7 ный, щелевой, бесконтактный, иммерсионный) определяют исходя из особенностей геометрии объекта контроля и требований, предъявляе7 мых к технологии контроля. При контактном способе ввода ультразву7 ка в качестве контактной смазки рекомендуется использовать хорошо смачивающую контактные поверхности жидкость, не вызывающую коррозию исследуемого материала.

Для подготовки аппаратного обеспечения средств измерений к измерениям применяют стандартные образцы. Допускается использо7 вать в качестве стандартных образцов вырезки из исследуемых эле7 ментов исследуемого материала. Измерения на стандартных образцах проводят при условиях, совпадающих с условиями измерений на объекте контроля. Допускается при наличии соответствующих корре7 ляционных зависимостей проводить измерения в нормальных климатических условиях:

–температуре окружающей среды, °C .............. 20 +/7 2;

–относительной влажности воздуха, % ........... 30 – 80;

–атмосферном давлении, кПа (мм рт. ст.) ...... 84 – 106 (630 – 795);

–напряжении сети, В .............................................. 220 +/7 22;

–частоте сетевого напряжения, Гц .....................50 +/7 0,5 с содержа7

нием гармоник до 5 %. При использовании программного обеспечения средств контроля в

программных средствах должны быть:

–предусмотрены подпрограммы, поддерживающие режим само7 диагностики системы;

–предусмотрена возможность оперативного пополнения банка дан7 ных системы путем внесения в него информации, полученной в ходе обучающих экспериментов и в результате очередного обследования объекта контроля;

–алгоритмическая часть программного обеспечения должна обе7 спечивать вычисление акустических параметров с допустимой по7 грешностью;

–программные средства должны учитывать условия проведения акустических измерений на объекте контроля, в частности, темпе7 ратурный режим;

–первичная акустическая информация для каждой зоны контроля должна постоянно храниться на внешних носителях, защищенных от несанкционированного доступа.

99

Методическое обеспечение средств контроля должно содержать документы, устанавливающие:

–назначение и область применения средств контроля;

–состав и основные характеристики средств аппаратного и про7 граммного обеспечения, включающие в себя нормы погрешности измерения акустического параметра контроля;

–методы и средства достижения совместимости средств контроля,

втом числе информационной, электрической, энергетической, про7 граммной, конструкторской, эксплуатационной;

–правила агрегатирования средств аппаратного и программного обеспечения и организации их взаимодействия.

Описание функциональных возможностей средств контроля в эксплуатационных, конструкторских и программных документах объекта контроля и средств контроля должно содержать характери7 стики аппаратного и программного обеспечения.

Подготовка к контролю состоит из следующих основных этапов:

–анализа технической документации на объект и составления карты обследования;

–проведения комплекса обучающих экспериментов;

–подготовки объекта к акустическим измерениям.

На основании технической документации на объект проводят анализ:

–материалов, из которых изготовлены элементы объекта (физико7 механические характеристики, режимы термической обработки);

–видов соединений;

–мест конструктивных переходов;

–видов напряженного состояния элементов конструкций;

–условий эксплуатации.

При анализе отказов элементов конструкций фиксируют:

–причины отказов;

–места отказов;

–возможность изменения структуры и физико7механических характеристик материала в зоне отказа.

Исходя из измеряемой физико7механической характеристики, вы7 бирают наиболее информативный акустический параметр.

На основании анализа составляют карту акустического контроля объекта.

Комплекс обучающих экспериментов проводят, исходя из условий эксплуатации объекта и характера определяемых физико7механиче7 ских характеристик, при этом выбирают диапазон изменения внешних воздействий (температуры, нагрузки, деформации и др.).

100