WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 14 |

Способы оценки работоспособности изделий из композиционных материалов методом компьютерной томографии

-- [ Страница 6 ] --

Рис.4.Кривые охлаждения в зонах бездефектного (2) и дефектных (1,3) участков Еще одним тепловым методом НК является термография – получение изображения распределения внутренних температурных полей в инфракрасных (с длиной волны 2,5-2000 мкм) лучах. Принцип применения термографии в качестве метода НК изделий из КМ основан на изменении картины температурного поля образца в зоне дефектов внутренней структуры. Наличие дефекта меняет скорость распространения тепловой волны таким образом, что дефекты проявляются в виде зон с отличной относительно неповрежденных областей материала температурой. Дефекты внутренней структуры, имеющие глубокое залегание в слоистом пакете, наблюдаются с большей задержкой по времени и уменьшенным контрастом температур в зонах. Время от начала воздействия до обнаружения температурной аномалии пропорционально квадрату глубины залегания дефекта. Абсолютная величина температурного контраста изменяется во времени обратно пропорционально кубу глубины расположения дефекта от поверхности. Длительность наблюдения проявления дефекта изделия от начала температурного переходного процесса пропорциональна квадрату глубины залегания дефекта и обратно пропорциональна коэффициенту температуропроводности используемого материала. Для традиционных КМ среднее значение коэффициентов температуропроводности представлено в табл. 3.

Табл. 3. Величина коэффициента температуропроводности для КМ Признаки расслоений с характерным размером, сопоставимым с глубиной залегания, обнаруживаются сравнительно легко при обеспечении необходимого импульсного энергетического воздействия на поверхность ОК или при остывании предварительно нагретого объекта в свободной атмосфере. На рис.5 и 6 показаны термограммы процесса остывания в свободной атмосфере предварительно нагретых углестеклопластиковых и стеклопластиковых образцов с заранее созданными дефектами внутренней структуры. Подобное тепловое воздействие моделирует тепловой переходный процесс в техпроцессе изготовления изделий. Толщина образцов из КМ составляет от 5 до 10мм, глубина залегания дефектов составляет от 1 до 5 мм.

Рис.5. Термограммы образца из углестеклопластика. Область выявленного расслоения показана стрелкой.

Рис.6.Термограммы процесса остывания изделия из стеклопластика. Области выявленных расслоений показаны стрелками.

Как видно из приведенных термограмм, дефекты надежно обнаруживаются без привлечения сложных методов обработки тепловых изображений. Из термограмм следует, что превышение температуры поверхности (в области максимального контраста) достигает Т= 4°С, что более чем на порядок превышает предел температурного разрешения используемой тепловизионной системы контроля.

2.1.4. Радиоволновой метод неразрушающего контроля Радиоволновой метод НК использует в своей основе явление отражения и затухания радиоволн, связанное с наличием дефектов внутренней структуры материала. Выявление повреждений основано на измерении параметров отражения и затухания волны – диэлектрической проницаемости, коэффициента затухания, декремента затухания и др.

Радиоволновой метод контроля позволяет определять толщины деталей и узлов из КМ, выявлять микронеоднородности структуры, давать значение содержания влаги в материале, степени шероховатости, степени полимеризации связующего.

При прохождении радиоволны через КМ изменяются её параметры, в частности амплитуда, направление поляризации, фаза. Изменение данных параметров связано с изменением одного, двух, а иногда и трех физических свойств изделия и может быть зафиксировано раздельно. В связи с этим значительно расширяются пределы применения радиоволнового метода НК.

Радиоволновой методе использует сверхвысокочастотный (СВЧ) диапазон электромагнитных волн – от 30 МГц до 3000 ГГц. При проведении НК изделий из КМ наибольшее распространение получили сантиметровые (с длиной волны 1-10 см и частотами 3 ГГц - 30ГГц) и миллиметровые (с длиной волны 1-10 мм и частотами 30ГГц - 300ГГц) микрорадиоволны. В качестве источников микрорадиоволн используют различные типы генераторов- клистроны, магнетроны, лампы обратной и бегущей волны.

Радиоволновые методы НК используют при контроле клееных конструкций из радиопрозрачных материалов, например стеклопластиков и органопластиков. При наличии в структуре материала непрозрачной для радиоволн компоненты – металлов, сплавов, угле- и боропластиков, а также КМ на металлических матрицах – контроль проводится только со стороны радиопрозрачного материала. При использовании радиоволновых методов НК определяются следующие дефекты внутренней структуры: трещины, расслоения, поры, инородные включения в матричную компоненту КМ.

С помощью радиоволнового метода контроля возможно выявление типовых расслоений и непроклеев с минимальной площадью 0,5см2, трещин с характерной длиной раскрытия 0,5 – 1,5мм.

Радиационные методы НК– рентгенография и томография (КРТ) - применяются для обнаружения внутренних дефектов в материалах и изделиях, в том числе структурно-многослойных, и основаны на эффекте различного поглощения излучения дефектными и бездефектными средами.

Радиационные методы контроля различаются по виду представления окончательной информации о состоянии внутренней структуры изделия. При радиографическом способе дефектность структуры представляется в виде фиксированного видимого изображения на рентгеновской пленке. При радиоскопическом способе изображение дефектов и повреждений представляется на флуоресцирующем экране с помощью электронно-оптических преобразователей и оптических усилителей.





Рентгенографический метод может быть применен для определения картины распределения волокон в структуре армирующего компонента КМ, обнаружения узлов, спутанных краев и заломов, инородных включений.

Необходимым условием для радиографического контроля является возможность двустороннего подхода к ОК. С одной стороны объекта устанавливается источник излучения – рентгеновская трубка или другой источник радиационного излучения, а с другой – регистратор - пленка, заключенная в светонепроницаемый конверт.

Участки рентгеновской пленки с большими почернениями соответствуют области с меньшей толщиной и плотностью, чем основной контролируемый материал. Макродефекты внутренней структуры – раковины, трещины, газовые поры - на рентгеновских снимках выявляется в виде темных участков, повторяющих их размер и формы.

Рентгенография позволяет выявлять различные дефекты внутренней структуры: недопрессовки и расслоения, складки в системе армирования, инородные тела в связующем и т.д.

Недостатками рентгенографии являются невысокая производительность, относительно высокая стоимость, обусловленная использованием серебросодержащей пленки. Рентгенография как метод НК позволяет получить более точные результаты по сравнению с тепловыми и ультразвуковыми методами НК, однако в точности обнаружения дефектов внутренней структуры КМ значительно уступает КРТ.

2.2. Преимущества и недостатки существующих методов НК Большое количество используемых методов НК, основанных на различных физических законах, позволяет расширить границы из применимости для обнаружения скрытых дефектов внутренней структуры материалов, в том числе слоистых пластиков на различных матрицах, трехслойных конструкций с заполнителем, радиопрозрачных изделий и т.д.На возможность применения того или иного метода НК влияют такие параметры, как габариты установки для контроля изделий, в том числе из КМ, производительность оборудования, наличие специфических требований – одно- или двусторонний подход к ОК, применение специальных реагентов и компонентов в процессе контроля, состояние поверхности ОК и т.д.

Большинству традиционно применяющихся методов НК присущи определенные недостатки, не позволяющие зачастую получить качественную и наиболее полную информацию об имеющихся дефектах. Ввиду наличия в структуре КМ как макро-, так и микродефектов внутренней структуры, к методам НК предъявляются всё более жесткие требования по разрешающей способности для определения и позиционирования дефектов в объеме материала. Рассмотренные в п.3.1. использующиеся и зачастую дополняющие друг друга методы контроля изделий из КМ имеют положительные и отрицательные стороны, что показано в табл. 4.

Табл. 4. Преимущества и недостатки существующих методов НК Простота оборудования, широкое Очень малая глубина применение, низкие временные и выявляемых дефектов и Оптические затраты на проведение контроля точность их размеров Акустические возможность контроля сотовых зависимость от чистоты - импедансный трехслойных конструкций, много- и шероховатости послойных и с заполнителем верхности, малая глубина залегания дефекта Возможность обнаружения более Ограниченный спектр глубоко находящихся дефектов по применяемых частот, -велосиметрич.

сравнению с импедансным мето- зависимость точности от Возможность контроля состояния Специфические помехи, протяженных поверхностей в ходе по природе связанные с технологического процесса и при неоднородностями к-та Тепловые Возможность определить степень Для нерадиопрозрачных полимеризации связующего, со- материалов невозможно Радиоволно- держание влаги, широкий диапа- провести анализ состоязон длин волн излучения, каче- ния внутренней струквые ственное применение для анализа туры образца Возможность контроля состояния Необходимость подхода Радиацион- статочно высокая четкость 2D- относительно малая установки для контроля высокая стоимость компонентов (серебро).

Как видно из представленной таблицы, рассмотренные методы НК дают возможность выявления основных видов дефектов внутренней структуры материала и их природы без позиционирования в объеме материала, что реализуется путем получения 2D-картин и сканов. Минимальные линейные размеры внутренних дефектов, выявляемых на этапе НК с помощью традиционных методов, сведены в табл.5.

Повреждения поверхВизуальный (Оптический) Более 0,5 мм длины ностных слоёв Трещины матричной Таким образом, традиционно применяемые методы НК позволяют выявлять расслоения с площадью от 50-80мм2 и трещины с линейными размерами от 0,5 – 1мм, что допустимо при проведении инспекционного контроля изделия, однако может быть недостаточно при анализе внутренней структуры элементарных образцов из КМ перед испытаниями и изделий на этапе отработки технологического процесса изготовления.

Для получения картины внутренних повреждений с большим разрешением, а также для точной локализации и позиционирования дефекта, т.е. получения 3D-изображения объема материала, требуется использование высокоточных методов НК. Одним из данных методов является метод КРТ, о котором более подробно рассказано в п.3.3 настоящей работы.

2.3. КРТ как современный метод НК изделий из КМ КРТ является одним из современных методов НК, применяемых в различных отраслях промышленности для контроля состояния внутренней структуры изделий из металлов, КМ и иных конструкционных материалов.

Принцип работы рентгеновского томографа состоит в реконструкции, т.е.

восстановлении трехмерного распределения плотности материалов в объеме ОК по совокупности теневых проекций изделия, получаемых при помощи рентгеновского просвечивания в различных направлениях. ОК помещается на вращающийся стол между микрофокусным источником рентгеновского излучения и цифровым плоскопанельным приемником, фиксирующем проекцию ОК, сформированную прошедшим излучением. Для визуализации объемной 3Dкартины внутренней структуры изделия получают большое количество последовательных проекций ОК при осуществлении кругового вращения, после чего специальный программный алгоритм создает трехмерную модель образца.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 14 |
 









 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.