Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неразрушающий контроль. В 2 частях. Ч.2. Неразрушающий контроль в управлении качеством с применением мехатронных систем. Учебное пособие
.pdf
– электропроводящие на изоляционных
р
основаниях, например, медные слои на стеклопластиковых печатных платах, алюминиевые покрытия на стекле (зеркала) и пластиках;
– электропроводящие на электропроводящих основаниях, например, антикоррозийные слои алюминия на алюминиевых
сплавах, нанесённые плакированием (от фр.
plaquer – покрывать).
Покрытия защищают металлы от коррозии, выполняют теплозащитные, декоративные и другие функ
ции. Ср
лей качества покрытий важнейший – толщина, допустимые пределы измерения которой определены нормативно-технической
документацией (НТД).
еди показате-
Рис. 27. Вихретоковый
толщиноме
Диапазон измерений для большинства толщиномеров изоляционного
покрытия на проводящем основании составляет 0…1 мм при погрешности
измерения около 5%, а в специальных приборах – до 50 и даже до 400 мм;
для толщиномеров электропроводящего слоя – от 0,005 до 5 мм, а у неко-
р
торых п
иборов – до 60 мм; для толщиномеров проводящих покрытий на
проводящем основании – от 0,005 до 0,5 мм.
На рисунке 27 показан вихретоковый толщиномер покрытий, измеряющий толщину неметаллических покрытий (краска, эмаль, пластик
и т.д.) на немагнитном электромагнитном основании (алюминий, медь,
титан) в диапазоне 5…1,100 мкм с погрешностью 3%.
Вихретоковая структуроскопия объектов из неферромагнитных
материалов базируется на связи УЭП с их физико-механическими характеристиками. Измерители УЭП обычно используют с накладными ВТП.
Структуроскопы с проходными ВТП – это чаще всего приборы с сортировкой ОК по изменению проводимости.
Перед измерениями вихретоковый прибор настраивают по двум
стандартным образцам, имеющим УЭП, близкую к верхней и нижней гр
ницам диапазона
(или поддиапазона) измерения прибора, или по двум
а-
образцам, близким по проводимости к ожидаемой для ОК.
Структуроскоп (рис. 28) предназначен для непрерывной сортировки
чёрного металлопроката: труб, прутков, лент, а также для сортировки по
режимам термообработки однотипных деталей. Он позволяет определять
марку стали, твёрдость и предел прочности, имеет отстройку от вл
ющих факторов.
меша
ияния
Индикация – графическая (сигнал, комплексная плоскость, гистограммы амплитуд и фаз 1, 3 и 5-й гармоник), звуковая (годен-брак).
Одной из разновидностей вихретоковых приборов является метал-
лоискатель (рис. 29).
31
Рис. 28. Вихретоковый структуроскоп
а) б) в)
Рис. 29. Вихретоковый металлоискатель (а),
ВТП (б) и панель управления (в)
Технология полночастотного спектра позволяет одновременно обрабатывать в автоматическом режиме сигналы 28 частот в диапазоне от 1,5
до 100 кГц.
Универсальный модульный дефектоскоп (рис. 30) предназначен для
УЗ и вихретокового контроля различных объектов и материалов с высокой скоростью и качеством с возможностью сохранения результатов контроля для последующей обработки. Он имеет цветной дисплей (рис. 31)
обычн
ые УЗ-датчики и УЗ-фазированную решётку (рис. 32), вихретоко-
вые датчики и вихретоковую матрицу.
Универсальный дефектоскоп (рис. 33) реализует импедансный, вихретоковый и ударный методы контроля и предназначен для обнаружения
и построения изображений дефектов в КМ и сотовых конструкциях,
а также для выявления мест коррозии в неферромагнитных сплавах в различных авиац
32
ионных ко
нструкциях.
,
Рис. 30. Универсальный модульный дефектоскоп
Рис. 31. Экран прибора при контроле методом линейного
сканирования стыкового шва с толщиной стенки 18 мм.
Видны сигналы от корня (несплавление) и валика шва,
а также небольшие внутренние дефекты
Рис. 32. Датчики с фазированной решёткой и призмы к ним
33
Рис. 33. Универсальный дефектоскоп
Контролируемые типы материалов:
– слоистые конструкции из неметаллических материалов;
– сотовые структуры с неметаллическими обшивками и сотами из
полиамидной бумаги или других материалов;
– сотовые структуры с металлическими обшивками (в том числе
перфорированными) и сотами;
– конструкции с различными заполнителями;
– слоистые клеёные конструкции (2, 3, 4-слойные);
– грубые сотовые и иные структуры с регулярно меняющимся
м п
импедансо
оверхности и(или) переменной толщиной;
– листовые конструкции из неферромагнитных материалов.
Импедансный метод (с совмещёнными и раздельно совмещёнными
датчиками) используют для контроля и обнаружения дефектов типа
непроклея, расслоения и аномалий плотности для широкого круга
композитных и сотовых материалов и структур и построения С-изображений обнаруженных дефектов (рис. 34).
34
Рис. 34. Реализация импедансного метода
Рис. 35. Реализация ударного метода
Рис. 36. Реализация вихретокового метода
Ударный метод используют для экспресс-контроля обширных
площадей сотовых материалов и построения интерполированных (от лат.
interpolatio – обновление, переделывание) изображений проверяемых
областей (рис. 35).
Вихретоковый метод используют для выявления коррозии на
обратной стороне листа из неферромагнитных материалов в конструкциях
различного назначения и построения изображений корродированных зон
(рис. 36).
Универсальный дефектоскоп имеет следующие характеристики:
– диапазон рабочих частот 1…40 кГц;
– число измерений – до 500 в секунду;
– предел допускаемой основной относительной погрешности
определения координат дефекта ±5%;
– предел допускаемой основной относительной погрешности
определения пло
– предельные площади ОК с УЗ-сканером по координатам X, Y от
36 до 360 мм.
щ
ади дефектов размером более 12×12 мм ± 30%;
35
Глава 3. РАДИОВОЛНОВЫЕ МЕТОДЫ
И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ
Электромагнитные колебания – это взаимосвязанные колебания
электрического (Е) и магнитного (Н) полей, составляющих единое элек-
тромагнитное поле.
Радиоволны (от лат. radio – излучаю) – электромагнитные колеба-
ния с длиной волны λ от 0,1 мм до нескольких десятков километров (частотой f от нескольких герц до 3⋅10
Радиоволновой НК основан на регистрации изменения параметров
электромагнитных колебаний СВЧ, взаимодействующих с ОК. Диапазон
длин волн, преимущественно используемый в радиоволновом контроле,
ограничен 1…100 мм. Более освоены 8-миллиметровый и 3-сантиметровый поддиапазоны.
Диапазон радиоволн разбивают на несколько поддиапазонов: миллиметровый (λ = 1…10 мм, f = 30…300 ГГц), сантиметровый (λ = 1…10 см,
f = 3…30 ГГц),
дециметро
вый (λ = 10…100 см, f = 0,3…3 ГГц) и т.д.
Радиоволны отражаются от металлов, а диэлектрические, композиционные, ферритовые и полупроводниковые материалы для них прозрачны. Например, глубина просвечивания различных строительных материалов на волне λ = 8 мм составляет 50…100 мм, а на волне λ = 3 см – уже
250…600 мм.
Радиоволновой контроль применяют для решения всех типовых за-
лщино
дач НК: то
метрии, дефектоскопии, структуроскопии и интроскопии
(от лат. intro – внутри и …скопия).
В основе этого метода лежат радиооптические процессы взаимодействия излучения с ОК (поглощение, дифракция, отражение, преломление),
голографический метод, резонансные эффекты (электронный парамагнитный, ядерный магнитный резонанс и т.д.).
Излучение СВЧ относится к области радиоволн, которые с момент
отк
рытия использовали для передачи информации. Применение волн СВЧ
для НК потребовало создания теории их взаимодействия с ОК.
Канал распространения СВЧ-колебаний (двухпроводные линии, волноводы, свободное пространство) характеризуют волновым сопротивлением
где μа, εа – соответственно абсолютная магнитная и диэлектрическая проницаемость (ДП) среды. Для идеального диэлектрика оно вещественно и
= 1 равно ρ0 = 377 Ом.
при ε
r
36
12
Гц), используемые для радиосвязи.
μ
а
, (9)
=ρ
ε
а
а
Отношение
′
χ
= tgδ называют тангенсом угла диэлектрических
ωε
а
потерь и относят к важнейшим параметрам диэлектриков. Здесь χ – УЭП;
ω – угловая частота.
При расчётах идеальными диэлектриками считают материалы, для
которых tgδ < 0,01. На частотах, меньших 9 ⋅10
к классу диэлектриков, а на частотах, больших 9⋅10
6
Гц, морскую воду относят
10
Гц, – к классу провод-
ников. В промежуточной области 0,01 < tgδ < 100 материал называют несовершенным диэлектриком, характеризующимся комплексной ДП
r аа
χ
i
ω
ε′−ε=−ε=ε i
(10)
и комплексным волновым сопротивлением ρс.
Модуль комплексного сопротивления равен
с
ε
arctg5,0
а аргумент
−=z
.
ε
a
=ρ
a
, (11)
22
)(με′+ε
a
Скорость распространения электромагнитной волны v в несовершен-
ном диэлектрике зависит от частоты:
= cv
χ
′
. Величина v характеризует скорость перемещения точек,
так как
=ε
ω
сохраняющих одну и ту же фазу волны. Зависимость
2
⎛
11
++
⎜
⎝
, (12)
2
⎞
′
ε
⎟
ε
⎠
а
v = f
(ω) называют
дисперсией. В проводнике
2ω
≈v
Через скорость
f =
тоту
ω
.
π2
v находят длину волны λ = vT
Коэффициент неоднородности диэлектрического материала
. (13)
χμ
a
, период Тv =
v
1
f
Н харак-
и час-
теризует степень относительных изменений свойств материала, анализируемых при радиоволновом методе НК, выраженных через изменения
диэлектрических характеристик. Его определяют по формуле
37
1
−
п
1
∑
−
п
т
1
∑
=
H
пПП
1
+
тт
100%, (14)
−
пП
)1(
где П – измеряемый параметр; п – количество измерений параметра П
в различных участках ОК, выполненных в рабочем диапазоне или на рабочей длине волны; т – порядковый номер измерений в пределах от 1 до п.
В качестве примера в табл. 2 приведены параметры некоторых проводящих материалов, а в табл. 3 – диэлектриков.
2. Параметры проводящих материалов на частоте 1010 Гц
Материал
Медь
Алюминий
Вольфрам
Нихром
Графит
УЭП χ,
МСм/м
58,000
37,200
18,100
1,000
0,125
Длина волны
3. ДП и tgδ некоторых веществ (t = 20 °С)
Материал
Полиэтилен
Полистирол
Поливинилхлорид
Гетинакс
Слюда
Кварцевое стекло
Изоляторный фарфор
Вода
Пары воды (t = 110 °С)
TiO
2
Спирт этиловый (t = 15 °С)
λ, мкм
4,20
5,14
7,41
31,50
89,50
2,2...2,4
2,5...2,6
3,5...4,5
86...170
ДП ε
6...7
6...8
3,8
5...8
81
1,0126
26,8
Волновое
сопротивление
ρ0, Ом
проникновения
0,037
0,046
0,066
0,281
0,795
Тангенс угла диэлектрических
потерь tgδ на частоте f = 10 МГц
(2...4)·10
(2...3)·10
0,01...0,05
0,04...0,08
(1...6)·10
(2...3)·10–4
0,02...0,03
Глубина
δ, мкм
0,66
0,82
1,18
5,03
14,25
–4
–4
–4
38
Различают следующие виды (ГОСТ 25313–82) радиоволнового НК:
– активный, когда ОК подвергают воздействию источника радио-
волнового излучения;
– пассивный, при этом источником радиоволнового излучения
является сам ОК;
– амплитудный, основанный на регистрации амплитуды радиоволн,
взаимодействующих с ОК;
– фазовый, основанный на регистрации фаз радиоволн, взаимодей-
ствующих с ОК;
– амплитудно-фазовый, когда регистрируют амплитуду и фазу
ради
о
волн, взаимодействующих с ОК;
– временной, основанный на регистрации времени прохождения
радиоволн через ОК;
– геометрический, основанный на регистрации пространственного
положения максимума интенсивности пучка радиоволнового излучения,
прошедшего через ОК или отражённого от его задней поверхности;
– частотно-фазовый, регистрирующий фазу радиоволн, взаимодействующих с ОК, при изменении частоты генератора;
– поляризационный, о
снованный на рег
истрации поляризации
радиоволн, взаимодействующих с ОК;
– поляризационно-фазовый, при котором измеряют поляризацию
радиоволн;
– эллипсометрический, основанный на регистрации изменений
параметров эллиптически поляризованного радиоволнового излучения
в результате его взаимодействия с ОК;
– резонансный, при этом регистрируют резонанс и его параметры
в системе преобразователь – ОК;
– запаздывающей обратной связи, основанный на регистрации времени или фазы запаздыван
ия сигнала об
ратной связи преобразователя;
– спектральный, основанный на регистрации спектра радиоволнового излучения;
– голографический, основанный на голографии;
– преобразования типа волн, основанный на регистрации типа волны и изменений его структуры в результате взаимодействия с ОК;
– прошедшего излучения, основанный на регистрации параметров
прошедшего через ОК ради
– от
ражённого излучения, основанный на регистрации параметров
оволнового излучения;
отражённого от ОК радиоволнового излучения;
– рассеянного излучения, основанный на регистрации параметров
радиоволнового излучения, рассеянного ОК;
– свободного пространства, основанный на регистрации параметров
радиоволнового излучения после взаимодействия с ОК, расположенным
вне преобразователя или его элементов;
39
– метод биений, который основан на регистрации НЧ-спектра биений, образованного взаимодействием непрерывного частотно-модулированного радиоволнового излучения с ОК;
– поверхностных волн, основанный на анализе поверхностных
волн, возбуждённых в связанных диэлектрических волноводах, одним из
которых является ОК, а другим – расположенная параллельно ему активная диэлектрическая антенна поверхностных волн;
– детекторный, основанный на рег
страции параметров радиовол-
и
нового излучения детектором;
– болометрический, основанный на регистрации параметров радиоволнового излучения болометром;
– термисторный, основанный на регистрации параметров радиоволнового излучения термистором;
– фотоуправляемой полупроводниковой пластины, основанный на
применении в качестве реактивного зонда фотоуправляемой полупроводниковой пластины или плёнки, толщина которой значительно меньше
рабочей длины волны;
– жидких кристаллов, о
с
нованный на регистрации параметров ра-
диоволнового излучения жидкими кристаллами;
– термобумаг, основанный на регистрации параметров радиоволнового излучения с помощью термобумаг;
– термолюминофоров, основанный на регистрации параметров радиоволнового излучения термолюминофором;
– калориметрический, основанный на регистрации параметров радиоволнового излучения калориметром.
Если контролируемая величина непосредственно связана с напряжённостью поля (мощ
излучения, используют
ностью) от
амплитудный метод контроля. Техническая реа-
ражённого, прошедшего или рассеянного
лизация метода проста, однако невысокая помехоустойчивость ограничивает его применение. Более надёжные результаты получают, используя
фазовый и амплитудно-фазовый методы, основанные на выделении
полезной информации, заключённой в изменениях амплитуды и фазы
волны. Для выделения этой информации в аппаратуру контроля вводят
опорное плечо «источник – приёмник излучения» и схему сравнения, которая сравнивает сигнал от ОК с опорным.
Если толщина ОК превышает длину волны используемого излучения, рекомендуют для её измерения применять
менной
метод. В первом случае контролируемый параметр связан с от-
геометрический или вре-
клонением положений отражённого луча в плоскости регистрации относительно выбранной системы координат, во втором – с изменением задержки сигнала во времени.
Для контроля тонкоплёночных и анизотропных материалов используют
поляризационный метод, основанный на анализе изменений плос-
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]