Приборы и методы импедансного контроля

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ

Институт автоматики и электронного приборостроения

Реферат на тему:

Приборы и методы импедансного контроля

Автор: Т.Н. Кузьмина

Руководитель: А.Ф. Сабитов

Казань

2016



Содержание

Введение

1. Основные определения

2. Принцип работы

3. Область применения

4. Преимущества и недостатки импедансного метода контроля

5. Импедансные дефектоскопы

Заключение

Список литературы



Введение

По ГОСТ 18353-73 методы неразрушающего контроля разделяются на следующие виды:

- Акустический контроль (ультразвуковой метод НК);

- Магнитный контроль (магнитопорошковая дефектоскопия);

- Контроль проникающими веществами;

- Радиоволновый контроль;

- Радиационный контроль (рентгеновский метод НК);

- Оптический контроль;

- Тепловой контроль;

- Электрический контроль;

- Электромагнитный (вихретоковый) контроль.

- Твердометрия (измерение твердости).

Методы неразрушающего контроля (НК) основываются на наблюдении, регистрации и анализе результатов взаимодействия физических полей (излучений) или веществ с объектом контроля, причем характер этого взаимодействия зависит от химического состава, строения, состояния структуры контролируемого объекта и т.п.

Универсального метода неразрушающего контроля, способного обнаружить самые разнообразные по характеру дефекты, нет. Каждый отдельно взятый метод НК решает ограниченный круг задач.

Система средств неразрушающего обычно состоит из прибора, преобразователя и контрольного образца.

Важной характеристикой любого метода неразрушающего контроля является его чувствительность.

Чувствительность - выявление наименьшего по размерам дефекта; зависит от особенностей метода неразрушающего контроля, условий проведения контроля, материала изделий. Удовлетворительная чувствительность для выявления одних дефектов может быть совершенно непригодной для выявления дефектов другого характера.

По характеру взаимодействия упругих колебаний с контролируемым материалом акустические методы подразделяют на следующие основные методы:

- прошедшего излучения (теневой, зеркально-теневой);

- отраженного излучения (эхо-импульсный);

- резонансный;

- импедансный;

- свободных колебаний;

- акустико-эмиссионный.

Основоположником развития импедансного метода контроля является д.т.н. Ю.В. Ланге. Долгое время импедансный метод применяли только в СССР. Лишь в 1973 г. появилось сообщение о разработке английской фирмой InspectionInstruments первого зарубежного импедансного дефектоскопа AFD.

При работе импедансных дефектоскопов применяются изгибные и продольные упругие волны и используют непрерывные (отечественные дефектоскопы ИАД-3, АД-40 И, английские AFD-2, MIA3000, MIA2500) или импульсные упругие колебания, совмещенные или раздельно-совмещенные преобразователи .



1. Основные определения

Контроль - мероприятия, включающие проведение измерений, испытаний, проверки одной или нескольких характеристик изделий или услуги и их сравнение с установленными требованиями.

Метод контроля - правила применения определенных принципов и средств контроля.

Средство контроля - техническое устройство, вещество и (или) материал для проведения контроля.

Импеданс -- это сопротивление потоку переменного тока через проводящий материал. Аёналог понятия сопротивления для постоянного тока в приложении к синусоидальному току.

Механическим импедансом Z называется комплексное отношение силы F, действующей на поверхности контролируемого участка, к средней колебательной скорости V на этой поверхности в направлении силы: Z=.

Пьезоэлектрические преобразователи -- это устройства, использующие пьезоэлектрический эффект в кристаллах, керамике или плёнках и преобразующие механическую энергию в электрическую и наоборот.

Неразрушающий контроль (НК) - контроль свойств и параметров объекта, при котором не должна быть нарушена пригодность объекта к использованию и эксплуатации.

Амплитуда (А) - максимальное значение напряжения сигнала, измеряющееся в вольтах. Этот параметр определяет возможность регистрации АЭ события. Амплитуды сигналов прямо связаны с магнитудами событии? в источнике и варьируются в широких пределах от микровольт до вольт. Амплитуды АЭ принято выражать в децибельном (логарифмиче6ском) масштабе, при этом 1 мкВ на выходе датчика принимается за 0 дБ, 10мкВ - 20 дБ, 100мкВ - 40 дБ и т.д.



2. Принцип работы

Импедансным методом контроля выявляют дефекты соединений в многослойных конструкциях из композиционных полимерных материалов и металлов, применяемых в различных сочетаниях.

Импедансный акустический метод основан на анализе изменения механического или входного акустического импеданса участка поверхности контролируемого объекта, с которым взаимодействует преобразователь. В низкочастотных импедансных дефектоскопах преобразователем служит колеблющийся стержень, опирающийся на поверхность. Между ними нет контактной жидкости (сухой контакт). Появление подповерхностного дефекта в виде расслоения делает расположенный над дефектом участок поверхности более гибким, податливым, т. е. снижает его механический импеданс. В результате изменяется режим колебаний стержня, в частности уменьшаются механические напряжения на приемнике, что служит признаком дефекта.

Техника контроля импедансным методом весьма проста и сводится к тому, что оператор водит концом датчика по поверхности контролируемого изделия, наблюдая за отклонением стрелки прибора, включенного на выходе усилителя. .

Схема контроля данным методом показана на рисунке-1. Датчик (стержень) 1 совершает продольные колебания и, контактируя с изделием 4, заставляет его колебаться как единое целое. Механическое сопротивление, оказываемое изделием стержню, определяется жесткостью системы: заполнитель (клей) 3 - обшивка 2.

При контактировании датчика с участком конструкции А, где жесткая связь, сила реакции Fp изделия на стержень значительна. При положении датчика в месте нарушения жесткой связи Б, сила реакции будет меньше -Fp! , что легко обнаруживается.

Рисунок-1. Схема контроля качества склейки.

Дефект вызывает также значительный фазовый сдвиг. Поэтому, измеряя фазовый сдвиг между принятым сигналом и напряжением возбуждающего излучатель генератора, выявляют дефекты по вызываемому ими изменению фаз. Z = |Z|. В зоне дефекта соединения модуль |Z| механического импеданса уменьшается и меняется аргумент ц.

Устройством, чувствительным к изменению механического импеданса контролируемого объекта, служит преобразователь дефектоскопа. В импедансных дефектоскопах применяют совмещенные и раздельно-совмещенные преобразователи.

Совмещенные преобразователи (рисунок -1.а) имеют один контакт с контролируемым объектом. Достоинство данного преобразователя, называемого также абсолютным, - простота, недостаток - наличие сигнала в режиме холостого хода. Этот сигнал появляется в результате инерционной нагрузки контактного наконечника и приемного пьезоэлемента. Данный недостаток устранен в совмещенном дифференциальном преобразователе. Конструктивно дифференциальный преобразователь похож на абсолютный. Он имеет излучающий пьезоэлемент, расположенный в середине колебательной системы, и два приемных пьезоэлемента: один между звукопроводом и наконечником, второй между звукопроводом и тыльной массой. неразрушающий дефектоскоп импульсный упругий

Рисунок -1

а) - совмещенный преобразователь, б) - раздельно-совмещенный преобразователь;

1 - контролируемый объект, 2 - контактный наконечник, 3 - приемный пьезоэлемент, 4 - волновод, 5 - пакет излучающих пьезоэлементов, 6 - тыльная масса, 7 - корпус преобразователя, 8 - излучающий вибратор, 9 - приемный вибратор.

Раздельно-совмещенные преобразователи (рисунок-1.б) имеют два вибратора (излучающий и приемный). Контролируемый объект выступает в роли элемента связи между вибраторами.

3. Область применения

Области применения этих вариантов метода различны. Основная область применения первого варианта аксустического импедансного метода:

- выявление дефектов клеевых соединений между сравнительно тонкой (до 3 мм для алюминиевых сплавов и 1,7 мм для сталей) обшивкой и элементом жесткости или заполнителем (пенопластом, сотами и др.);

- дефекты типа расслоений и непроклеев в неметаллических покрытиях и изделиях из слоистых пластиков, залегающих на глубине до 15-20 мм.

- выявление зон нарушения склейки между двумя металлическими листами (в слоистых конструкциях) при толщине наружного листа до 1 мм и более и толщине внутреннего листа (или профиля) порядка 2 мм и выше.

- выявление зон нарушения склейки между металлическим (дюралевым) листом толщиной до 0,8 мм и пенопластом или иными неметаллическими материалами.

Метод, реализуемый с использованием раздельно-совмещенного преобразователя позволяет выявлять дефекты по изменению оцененного с поверхности конструкции механического импеданса. Излучающий и приемный вибраторы, имеющие сферические контактные наконечники, расположены в общем корпусе преобразователя так, что передача энергии между ними практически может происходить только при их контакте с контролируемой конструкцией. Признаком дефекта при этом служит увеличение амплитуды принятого сигнала вследствие уменьшения механического импеданса в зоне дефекта.

Основные отрасли применения: авиация, машиностроение, кораблестроение.

Большую роль в повышении достоверности обнаружения дефекта играет правильный выбор информативных параметров и методов обработки полученного сигнала.

Амплитудная обработка. Самый простой вид обработки сигнала - амплитудная обработка, где регистрируется изменение амплитуды принятого сигнала.

Фазовая обработка. Изменение сигнала (импеданса или скорости распространения упругих волн) регистрируется по изменению фазы принятого сигнала.

Частотная обработка. В частотной обработке регистрируется изменение частоты системы, в которой преобразователь является частотозадающим звеном.

4. Преимущества и недостатки импедансного метода контроля

Импедансный контроль имеет следующие преимущества:

- возможность контроля качества склейки при одностороннем доступе к изделию;

- универсальность;

- отсутствие необходимости смачивания контролируемых изделий;

- возможность контроля конструкций с самыми разнообразными сочетаниями материалов (склейка металла с металлом, металла с неметаллами и т.п.);

- высокая чувствительность метода;

- удобство в эксплуатации;

- простота и доступность аппаратуры;

- объективность показаний прибора и простота их расшифровки;

- легкость контроля по криволинейным поверхностям.

Импедансный метод контроля также имеет и недостатки: при контроле рассматриваемыми методами существуют неконтролируемые зоны:

- дефект расположен на глубине, превышающей предельную глубину залегания для данного метода и материала;

- в местах, где невозможен доступ преобразователя к поверхности изделия вследствие сложной формы;

- при малой толщине отделенного дефектом слоя, в результате чего под действием силы прижатия преобразователя дефект "захлопывается" и не обнаруживается.



5. Импедансные дефектоскопы

Импедансный дефектоскоп АД-40И

Дефектоскоп импедансный АД-40И предназначен для неразрушающего контроля клееных и паяных соединений между элементами многослойных конструкций. Позволяет обнаруживать зоны нарушения сплошности соединения между обшивками и внутренними элементами контролируемых конструкций.

Особенности дефектоскопа АД-40И:

Материалы внутренних элементов: алюминиевые и титановые сплавы, сотовые заполнители из металлических и неметаллических материалов, стеклопластики, пенопласты.

Датчики снабжены износоустойчивыми корундовыми наконечниками. Позволяет осуществить контроль изделий в полуавтоматическом режиме. Масса - 9,5 кг.

2) Импедансный дефектоскоп ИД-91М

Дефектоскоп ИД-91М используется для обнаружения расслоений и непроклеев в изделиях из слоистых пластиков и композиционных материалов при производстве и эксплуатации авиакосмической техники. Принцип действия прибора импульсный импедансный.

Особенности акустического импедансного дефектоскопа ИД-91М:

высокая мощность;

минимальный размер обнаруживаемого дефекта - 5 мм;

простота использования;

надежность;

масса - 1 кг.

Импедансный дефектоскоп ИД-403

Особенности:

Высококонтрастный OLED Дисплей.

Пыле-влагозащищенный алюминиевый корпус.

Автоматическое определение преобразователя.

Предназначен для контроля композиционных материалов. Позволяет обнаруживать дефекты типа расслоения, непроклея, нарушения сплошности контролируемого объекта. Может эксплуатироваться в лабораторных, цеховых и полевых условиях.

Основные отрасли применения: авиация, машиностроение, кораблестроение.

Преобразователи:

4) Раздельно-совмещенный преобразователь ПИ-101

Предназначен для использования в импедансных дефектоскопах для контроля композиционных материалов. Применяется для выявления дефектов типа "непроклей" и "расслоение" на глубине залегания:

в металлических конструкциях -- 0,5...2,0 мм,

в конструкциях из ПКМ -- 0,15...8,0 мм.

Совместим с дефектоскопами ИД-401, АД-70

Совмещенный преобразователь ПИ-201

Предназначен для использования в импедансных дефектоскопах для контроля композиционных материалов. Применяется для выявления дефектов типа "непроклей" и "расслоение" на относительно малых глубинах залегания:

в металлических конструкциях -- 0,5...1,5 мм;

в конструкциях из ПКМ -- 0,15...3,0 мм;

контроля криволинейных поверхностей с малыми радиусами кривизны: выпуклых > 6 мм; вогнутых <20 мм.



Заключение

В настоящее время трудно найти отрасль хозяйства России, где бы не применялся акустический вид НК. Состоящий из множества методов, в основу которых положено свойство акустических колебаний проникать в глубь материалов и отражаться от раздела двух сред, он нашел широкое применение при контроле изделий из различных материалов пластмасс, бетона, металлов и т.д. Широкий спектр деталей железнодорожного подвижного состава (оси локомотивов и вагонов, бандажи и цельнокатаные колеса, коленчатые валы дизелей и компрессоров, детали тяговых передач локомотивов. .) контролируется акустическими методами. На их долю приходится 35-40% общего объема операций неразрушающего контроля, выполняемых при изготовлении и ремонте подвижного состава. Применение системы акустических методов НК наряду с другими позволило обеспечить безопасность движения на железнодорожном транспорте.



Список литературы

1. Демина Л. Н. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: Учебное пособие. - М.: НИЯУ МИФИ, 2010. - 292 с.

2. Основы неразрушающего контроля методом акустической эмиссии: учеб. пособие / С. А. Бехер, А. Л. Бобров. -- Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2013. -- 145 с.

3. Машиностроение. Энциклопедия/Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др.--М.: Машиностроение. М 38 Измерения, контроль, испытания и диагностика. Т. П1-7 / ВЗ- Клюев, Ф.Р. Соснин, В.Н. Филинов и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. -- 464 с, ил.

4. https://zetlab.com/priboryi-akustiko-emissionnogo-kontrolya/

5. http://www.ncontrol.ru/catalog/Akustiko-emiscionnyj-kontrol

Размещено на Allbest.ru