2.5.5. Импедансный метод

Аппаратура для контроля. Метод основан на различии механических импедансов бездефектного и дефект­ного участков изделия, определяе­мых в точке ввода колебаний. Меха­ническим импедансом 2. называется отношение возмущающей силы F к вызываемой ею колебательной ско­рости частиц среды в точке прило­жения силы: При возбуждении изгибных коле­баний в Конструкции последняя ко­леблется как единое целое, и механи­ческий импеданс будет иметь макси­мальное значение. При нарушении сплошности конструкции механиче­ский импеданс будет существенно меньше. Этот эффект и используется в дефектоскопии.

Импедансный метод подразделя­ют на амплитудный и фазовый. При амплитудном методе регистрируется уменьшение уровня сигнала на изме­рительном пьезоэлементе датчика. При фазовом методе дефект фикси­руется по изменению фазы силы ре­акции изделия на датчик. Метод при­меняется для контроля клеевых сое­динений обшивки и готовых конструкций. Чувствительность импедансного метода зависит от конкретных условий его применения (увеличение шероховатости и кривизны поверхно­сти изделия приводят к снижению чувствительности метода).

В практике большее распростра­нение получил контроль амплитуд­ным импедансным методом. Однако при контроле готовых панелей с мел­кими и средними ячейками заполни­теля (сторона ячейки 2,5 — 4 мм) и средним и толщинами обшивок (0,4 — 0,6 мм для алюминиевых сплавов) це­лесообразно использовать фазовый метод.

Для успешного применения импедансного метода необходимо, чтобы отношение импеданса всей конструк­ции к импедансу отделенного дефек­том слоя было достаточно большим. При склеивании двух слоев из одина­кового материала контроль соедине­ния оказывается возможным в том случае, если эти слои имеют разную толщину и проверка выполняется со стороны более тонкого слоя. Конт­роль соединений однородных слоев одинаковой толщины (например, двух металлических листов) импе­дансным методом обычно невозмо­жен. Для контроля этим методом не­обходим свободный доступ к контро­лируемой поверхности.

В табл. 2.11 приведены характер­ные случаи практики контроля аку­стическим импедансным методом де­фектоскопом ИАД-3. Для контроля могут быть использованы дефекто­скопы типа ИАД-3, ИАД-2 или АД-40И. Дефектоскоп ИАД-3 в отличие от дефектоскопа ИАД-2 имеет допол­нительный фазовый канал, что позво­ляет использовать его для контроля не только амплитудным, но и фазо­вым импедансным методом (табл. 2.12).

Основы методики контроля. Для выбора оптимальных режимов конт­роля и определения чувствительно­сти метода необходимы контрольные образцы с искусственными или есте­ственными дефектами различных размеров. Эти образцы должны иметь те же основные параметры (толщину и материал обшивки соеди­ненных с ней элементов, размер сото­вой ячейки и т. д.), что и контролиру­емое изделие. Длина и ширина образ­цов могут быть меньше, чем соответ­ствующие размеры изделий. При кон­троле датчик перемещают по поверх­ности изделия, наблюдая за находя­щейся в датчике сигнальной лампоч­кой. В процессе контроля необходимо следить, чтобы ось датчика не откло­нялась от перпендикулярного поло­жения более чем на 10°.

Импедансный метод может быть использован в тех случаях, когда мо­дуль упругости материала того слоя, со стороны которого проводится кон­троль, достаточно велик (металлы, стеклотекстолит и др.). Контроль со •стороны материалов с низким значе­нием модуля упругости (мягкая рези­на, пенопласт и т. п.) обычно невозмо­жен. С уменьшением модуля упруго­сти внутреннего элемента чувстви­тельность метода падает. Наиболь­шая чувствительность достигается при гладких поверхностях контроли­руемого изделия. Шероховатость по­верхности снижает чувствительность метода.

Таблица 2.11. Характерные случаи контро­ля дефектоскопом И АД-3

Лакокрасочные и другие тонкие покрытия этим методом обычно контролировать нельзя.

²При контроле одной стороны дефекты выявляют­ся на глубине 0,5 от толщины изделия.

При контроле малогабаритных конструкций, особенно металличе­ских, возможен значительный раз­брос показаний дефектоскопа в зонах с хорошим соединением, обусловлен­ный резонансными явлениями в изде­лии. Снижение этого разброса может быть достигнуто экспериментальным подбором оптимальной рабочей час­тоты.

Тестер качества клеевых соедине­ний "ФОККЕР" (ФРГ) представляет собой ультразвуковой резонансно-импедансный прибор с пьезоэлектри­ческим датчиком. При наложении датчика на испытуемое соединение значения резонансной частоты и ме­ханического сопротивления меняют­ся в зависимости от физических свойств изделия. Изменение резонан­сной частоты фиксируется на элект­ронно-лучевой трубке (шкала А), а изменение сопротивления замеряется при помощи амперметра (шкала В).

Т а б л и ц а 2.12. Аппаратура для акустического импедансного контроля

Тестер укомплектован пробника­ми и адаптерами. Пробники марки­руют в зависимости от толщины и ди­аметра используемого датчика, т.е. каждому пробнику соответствует лишь определенный датчик. В то же время любой пробник стыкуется с любым адаптером, независимо от его типа. В настоящее время изготавли­вают два типа адаптеров: для посто­янного напряжения и для постоянно­го тока. Первый тип предназначен для измерения пиковых смещений (амплитуд) или комбинации пиковых амплитуд и демпфирования. Де­мпфирование определяется сопро­тивлением адаптера. Низкое сопро­тивление увеличивает степень де­мпфирования и снижает показание шкалы В. Второй тип адаптера (по­стоянный ток) разработан специаль­но для испытаний, требующих силь­ного демпфирования пиковых вели­чин (например, для исследования со­товых конструкций).

Выбор пробника зависит от раз­личных факторов. Одним из ограни­чивающих факторов является толщи­на верхнего листа. Если толщина слишком велика для данного датчи­ка, то резонансный пик "затухает" полностью. В этом случае приходится брать большой пробник. После ка­либровки прибора местоположение пика или отклонение стрелки опреде­ляется главным образом толщиной нижнего листа или плотностью серд­цевины. Если отклонение недостаточно, можно выбрать меньший пробник или изменить "О" прибора. Для обес­печения лучшего контакта датчика с проверяемой поверхностью исполь­зуется обычное минеральное масло. При испытаниях пористых поверхно­стей или поверхностей, подлежащих окраске или склеиванию, применяют специальную жидкость.

Основные технические данные прибора

Питание от сети переменного тока:

напряжение, В ......... 115/220

частота, Гц .....,...-.., 50/60

Потребляемая мощность, Вт 20

Рабочая частота (10 диапазо­нов), кГц ................... 30-ЫООО

Скорость развертки (7 положеннй),МГц ............... 0,1-ИО

Рабочая температура, °С ... 0-5-50

Габаритные размеры, мм ... 225x370X340

Масса, кг .................. 13,2

Область применения: соединения металл—металл, композиционные материалы и др.