книги / Технология производства полимерных композитных материалов и конструкций на их основе

одной технологии с контролируемым изделием. В этом образце опре­ деляют С и в направлениях основы и утка. Затем из стеклоплас­ тика вырезают образцы, испытывают их на прочность разрушающим ме­ тодом и находят значения ^ и для этих направлений. Значе­ ния А и В находят, решая систему двух уравнений с двумя неиз­ вестными. Для контроля используют приборы типа УД-22УМ, УД-23УМ.

4.10. Газоразрядная дефектоскопия

Развитие методов и средств неразрушающего контроля деталей из ПКМ с использованием электрических полей высокой напряженнос­ ти позволяет применять их для решения задач дефектоскопии. Осно­ ванная на этих методах газоразрядная дефектоскопия существенно расширила как область контролируемых параметров ПКМ, так и воз­ можности контроля в каждом конкретном случае.

Из процесса контроля исключается газоразрядное фотографиро­ вание. Это дало возможность осуществить неразрушавдий контроль в масштабах реального времени, а также реализовать автоматичес­ кое управление точностью соблюдения технологического процесса производства деталей и узлов из ПКМ непосредственно при их изго­ товлении в условиях производства.

Рассмотрим статические электрические процессы, происходящие в бездефектном (обл. I ) и дефектном (обл. Л) участках диэлектри­ ка при наложении на него электрического поля высокой напряженно­ сти (ЭПШ) (рис. 59).

Рис. 59. Схема газоразрядной дефектоскопии: 1 - заземляю­ щий электрод; 2. - прозрачный электрод (разрядно-оптичес­ кий преобразователь); о - разрядный промежуток; 3 - об разец; 4 - генератор нагру­

жения

Под воздействием ЭПВМ в воздушном зазоре между электродом 2 и исследуемым диэлектриком 3 возникает газовый разряд. Для без­ дефектной области диэлектрика пороговое значение 6 находят по формуле

го метода стала возможной благодаря разрядно-оптическому преобразо­

вателю, позволяющему осуществить визуализацию несплошностей непо­ средственно в процессе конгроля, в результате чего удалось исклю­ чить газоразрядное фотографирование.

иотработки технологии их изготовления.

Внастоящее время разрабатываются новые средства газоразряд­ ного контроля, которые позволяют но только получать наиболее пол­ ную информацию о результатах неразрушапцего контроля из газового разряда, но и проводить их обработку, хранение и анализ с после­ дующим выводом информации на ЭВМ с целью прогнозирования физико­ механических свойств деталей и узлов из ПКМ и управления техноло­ гией их изготовления.

4.II. Импедансный метод

Импедансный метод дефектоскопии основан на определении силы сопротивления контролируемого участка колеблющемуся датчику.

Признаком дефекта служит изменение механического импеданса контролируемого изделия в зоне его касания с преобразователем, возбуждающим в изделии изгибные колебания звуковых частот.

Импедансный метод осуществляется двумя способами: с исполь­ зованием совмещенного и раздельно-совмещениого преобразователя.

Суть способа с совмещенным преобразователем состоит в опре­ делении импенданса слоев изделия, колеблющихся как одно целое при отсутствии дефектов. Дефект (непроклей, расслоение) ослабляет ме­ ханическую связь отдельных слоев (рис.60).

Рис.60. Схема импедансного метода с совмещен­ ным преобразователем: / - излучающий пьезоэлемент; 2 - стержень; 3 - измерительный пьезоэлемент; 4 - контактный наконечник; 5 - контролируемое изделие; 6 - стрелочный инди­

катор

Для контроля используют дефектоскопы ИАД-3 и АД-400И со стрелочными индикаторами, служащими для выбора режимов контроля, настройки и оценки прочности склеивания. При наличии дефекта включается расположенная в преобразователе сигнальная лампочка. В дефектоскопах предусмотрен выход на перо самописца, использу­ емый при работе в установках для механизированного контроля. Прибор снабжен калиброванным аттенюатором, позволяющим произво­ дить повторную настройку на заданную чувствительность без ис­ пользования образцов, проверять работоспособность преобразовате­ лей и осуществлять общую проверку работы узлов.

При контроле изделие проверяют вручную или на установках для механического сканирования. При ручном контроле дефекты от­ мечаются включением сигнальной лампочки, при механизированном - регистрируются самописцем. Контуры выявленных дефектов отмечают на поверхности изделия по показаниям дефектоскопа.

Чувствительность метода зависят от параметров контролируе­ мого изделця. С уменьшением толщины обшивки и увеличением жест­ кости и массы внутреннего элемента чувствительность возрастает (могут быть выявлены дефекты 3 мм и менее).

Для механизации контроля используются установки, обеспечи­ вающие сканирование изделия по заданной программе и запись ре­ зультатов контроля. Диаграмма записи представляет собой план или развертку изделия в определенном масштабе и позволяет опре­ делить размеры, форму и расположение выявленных дефектов.

Механизация повышает надежность контроля (исключается вли­ яние оператора) и дает объективный документ о его результатах.

Рис«61. Схема импедансного метода с раздель­ но-совмещенным преобразователем: 1 - контро­ лируемое изделие; 2 - контактные наконечни­ ки; S' - пьезовибраторы: И - излучатель; П -

приемник

АД-60С, АД-10У. Методика контроля не отличается от применяемой при работе с совмещенным преобразователем. Однако он позволяет обнаруживать дефекты (непроклеи, расслоения) на существенно боль­ ших глубинах, чем с совмещенными преобразователями. Контроль ве­ дется со стороны металлических или неметаллических слоев (со сто­ роны мягких материалов, например резины, проверка невозможна).

Механизация контроля та же, что и для способа с совмещенными преобразователями.

4.12. Велосимметшческий метод

Объектами контроля являются изделия из слоистых пластиков, ПКМ, неметаллические покрытия, клееные узлы из неметаллических и металлических материалов.

Метод основан на использовании влияния дефектов на скорость распространения упругих волн между излучателем и приемником уп­ ругих колебаний. В контролируемом изделии возбуждают непрерывные или импульсные низкочастотные УЗК. Дефекты регистрируются по из­ менению сдвига фазы принятого сигнала или времени распростране­ ния волны на участке между излучающим и приемным вибраторами дв-г фектоскопа. Эти параметры не зависят от силы прижатия преобразо­ вателя к изделию, состояния акустического контакта, поэтому метод отличается повышенной стабильностью показаний.

Велосимметрический метод контроля имеет два варианта. В пер­ вом варианте в общем корпусе преобразователя расположены излучаю­ щий и приемный вибраторы с фиксированным расстоянием L между осями (рис.62).

От излучателя во все стороны распространяется непрерывно из лучаемая упругая волна. При отсутствии дефектов скорость С. опре

доляется толщиной hf изделия. При расположении преобразователя

располагаются соосно по разные стороны контролируемого изделия (рис.63). При отсутствии дефекта (расслоения, непроклея) непре­ рывные упругие колебания проходят через изделиэ в виде продоль­ ной волны L . В разделенных дефектом Л слоях энергия распрост­ раняется в форме волн Q0 , которые проходят больший путь и дви­ жутся с меньшими скоростями, чем продольная волна. Поэтому в зо­ не дефекта фаза волны в точке приема отстает от фазы на доброка­ чественном участке, что служит основным признаком дефекта. Иног­ да дефект, особенно расположенный вблизи поверхности изделия, уменьшает амплитуду принятого сигнала. Это является дополнитель­ ным признаком дефекта.

Для сканирования изделий используют приспособлениё в виде скобы, обеспечивающее соосное перемещение искателей.

Предельная глубина залегания выявленных дефектов в слоистых пластинах 20-25 мм.

Методика контроля для изделий с односторонним доступом та­ кая же, как и при импедансном методе. Односторонним вариантам метода свойственна мертвая зона, прилегающая к поверхности ввода упругих колебаний. Она составляет 20-40 % толщины изделия.

При контроле с двусторонним доступом применяемые приспособ­ ления для сканирования должны обеспечивать соосность излучающего и приемного преобразователей с точностью не ниже 2-3 мм и перпен­ дикулярность осей преобразователей к поверхности с отклонением не более 5°.

Двусторонний доступ не имеет мертвой зоны и позволяет выяв­ лять дефекты во всех сечениях изделия.

4.13. Принципы развития методов неразтдгшастего

к о н т р о л я композитных материалов

Основными направлениями развития методов и средств неразрушащего контроля являются разработка средств для получения инфор­ мации о физических характеристиках по всему объему объекта контроля, создание т.н. интеллектуальных измерительных систем, ис­ пользование средств вычислительной техники для обработки больших массивов информации, разработка сложных алгоритмов измерения, экс­ пертных систем, новых конструкций измерительных преобразователей.

Помимо хорошо известных и уже нашедших применение в области контроля качества ПКМ средств компьютерной рентгеновской томогра­ фии создаются более простые по техническому решению, но обладаю­ щие достаточно высокой разрешающей способностью методы получения распределения свойств ПКМ по всему объему контроля. К ним можно отнести так называемое С-сканирование контролируемых изделий ультразвуковыми волнами с регистрацией отраженного сигнала в каждой точке сканирования и последующим анализом зарегистриро­ ванной информации и метод термографии. Рассмотрим пример разра­ боток в данном направлении.

Сканирование объекта контроля по плоскости ультразвуковыми преобразователями осуществляется в иммерсионной ванне с шагом сканирования от 0,25 до 5,6 мм. Отраженный сигнал в каждой точке сканирования регистрируется и затем обрабатывается с помощью ЭВМ. В результате можно получить визуальную картину или массив цифровых данных о распределении акустического сопротивления кон­ тролируемого материала по всему объему. Это дает возможность косвенно определить распределение армирующего материала, порис­ тость, расслоения, включения, непроклеи и др. Преимущества дан­ ного метода - высокая разрешающая способность определения упомя­ нута дефектов структуры и распределения армирующего материала, возможность исследования их по объецу объекта и автоматизация процесса контроля.

Другим примером является метод термографии (рис.64). Он вы­ годно отличается тем, что может быть технически реализован на основе стандартных устройств.

Рис.64. Блок-схема для термографической установки

Источник импульсного теплового излучения (например, лампавспышка инфракрасного излучения) по возможности крупным фронтом возрастания теплового потока освещает контролируемую поверхность. Регистрация температурного профиля во времени (распределение Т °С) поверхности контроля дает возможность определить располо­ жение тепловых характеристик по поверхности и глубине контроли­ руемого слоя. Соответствующее программное обеспечение позволяет получить либо визуальную картину распределения свойств материа­ лов, либо массив информации по определенным тепловым характерис­ тикам (теплопроводность, теплоемкость и др.).

Создание т.н. интеллектуальных измерительных систем являет­ ся одним из новейших направлений развития средств НК, поэтому следует оговорить само название "интеллектуальные". Основным при­ знаком, отличающим интеллектуальные системы от традиционных, яв­ ляются встроенные непосредственно в объект контроля первичные из­ мерительные преобразователи или их отдельные узлы. Эти устройства не должны влиять на эксплуатационные свойства объекта контроля, но в случае отклонения его от заданного режима работы должны дать "сообщение" об этом. Использование встроенных узлов позволяет сис­ темам измерения решать те задачи НК, которые невозможно решить с помощью известных методов.

Применение "интеллектуальных” систем для контроля состояния ПКМ или изделий из них пока ограничено. Простейшим примером, ил­ люстрирующим данное направление, являются работы специалистов аме­ риканской фирмы "Микрометр Инструмент ИНК" по созданию метода и средств управления процессом полимеризации термореактивных смолсвязующих ПКМ. Аппаратурное обеспечение данного назначения, осно­

ванное на электроемкостном методе, включает в себя электроемкостные преобразователи, покрытые защитным диэлектрическим слоем, встроенные непосредственно в объект контроля и стандартное изме­ рительное оборудование* Программное обеспечение включает опреде­ ление составляющих комплексной диэлектрической проницаемости, позволяет рассчитать ионическую проводимость смолы из частотных характеристик диэлектрической проницаемости. Доступ в камеру прессования для контроля диэлектрических характеристик возможен

спомощью встроенных измерительных 'Преобразователей.

Кнетрадиционным методам НК можно отнести методы, основанные на измерении акустических характеристик, например скорости рас­ пространения и коэффициента затухания ультразвуковых волн утечки. Бели исследуемая пластина помещена в иммерсионную ванну и в ней возбувдаются волны Лемба, то часть энергии волн передается иммер­ сионной среде. Воспринимающие ультразвуковые преобразователи рас­ полагаются таким образом, что принимаются только волны утечки и не принимаются отраженные сигналы. Этот метод оказался информатив­ ным при изучении накопления микротрещин в матрице, что ведет к снижению жесткости КМ.

5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

5.1. Общая характеристика испытаний

Интенсификация рабочих процессов в камерах сгорания современ­ ных двигателей и летательных аппаратов (ЛА), приводящая к увеличе­ нию рабочих давлений, обусловливает важность контроля их общей конструктивной прочности и герметичности. Следует оценивать конст­ рукционную прочность не только металлов, но и композиционных ма­ териалов (КМ), также применяемых при производстве ЛА. Известно, что КМ обладают более высокой газопроницаемостью, чем металлы, и поэтому необходима оценка герметичности изделий из таких материа­

лов.

Методы контроля локальной и суммарной негерметичности объек­ тов по физической природе явлений, лежащих в их основе, подразде­ ляют на гидравлические, пневматические, химические, масс-спектро- метрические, галоидные, радиационные и др. Каждый из указанных

методов имеет разновидности. Разнообразие методов объясняется их чувствительностью к обнаруживанию течей, производительностью, возможностью выявления суммарных я локальных утечек, стоимостью, безопасностью и другими характеристиками.

Наиболее важная характеристика метода - чувствительность - определяется величиной надежно регистрируемого минимального пото­ ка пробного или контрольного вещества (газа или жидкости).

Пробным называется вещество, избирательно регистрируемое при конкретном методе контроля (например, гелий при масс-спектромет- рическом методе контроля). Контрольным веществом именуется смесь пробного вещества с каким-либо технологически и экономически це­ лесообразным наполнителем (например, воздушно-гелиевая или гелие­ во-азотная смесь при масс-спектральном методе контроля). В ряде случаев и контрольным, и пробным может быть одно и то же ве­ щество.

Чувствительность метода должна соответствовать степени герме­ тичности контролируемой системы. В технических условиях на изго­ товление систем метод контроля я его чувствительность указываются вместе с требуемой степенью герметичности. Если такое указание от­ сутствует, то необходимо выбирать метод контроля, чувствительность которого в 2-3 раза превышает заданную степень герметичности.

В системе СИ чувствительность измеряют в Вт. Ранее применя­ лась единица измерения I л мкм рт.ст. Соотношение между ними сле­ дующее: I л мкм рт.ст./с = 1,33*10"4 Вт.

5.2. Испытания на прочность

Испытания на прочность проводятся подачей в изделие жидкости с избыточным давлением. Изделие заполняется жидкостью до тех пор, пока она не будет переливаться через край штуцера, расположенного в самой верхней точке изделия. При испытании изделий больших объе­ мов рекомендуется применять-два гидронасоса, один из которых быст­ ро заполняет изделие, а другой создает необходимое избыточное дав­