Методы неразрушающего контроля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский технический университет

им. А. Н. Туполева

КНИТУ-КАИ

Реферат по теме:

Методы неразрушающего контроля

Выполнил: студент гр.1406

Кожин П. С.

Проверил: Валиев Ф. М.

Казань 2017



Вступление

Неразрушающий контроль - это контроль надежности и основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов и узлов, который проводится без выведения объекта из работы либо его демонтажа.

В современных условиях эксплуатации авиационной техники возрастает роль методов неразрушающего контроля (МНК), позволяющих надежно и объективно фиксировать состояния целостности элементов отдельных конструкций планера, двигателя, функциональных систем. Следует учитывать, что каждый из МНК имеет свою, характерную для данных условий и цели контроля, область применения. Одни методы дают возможность обнаруживать мелкие поверхностные дефекты типа трещин, но непригодны для обнаружения внутренних дефектов; другие - наоборот. Но различные МНК могут дополнять друг друга. Поэтому в некоторых случаях целесообразно применять несколько разных методов, что обеспечивает более достоверный результат.



Методы неразрушающего контроля прямой визуализации

Все МНК подразделяются на методы прямой визуализации и косвенные. Первые позволяют непосредственно наблюдать дефект. Косвенные методы сигнализируют о дефекте по косвенным признакам (магнитной проницаемости материала, амплитуде эхо-сигнала и т. п.).

В настоящее время в ГА получили распространение следующие МНК, относящиеся к категории прямой визуализации:

1) оптико-визуальный

2) капиллярный

3) магнитопорошковый

4) рентгенографический

Оптико-визуальный метод

При визуализации мелких повреждений, трещин, особенностей строения изломов и т. п. используют оптические приборы. Наиболее простые - складные лупы типа JП11 с увеличением 2,5,. 4 и 7 крат. Триплексные линзы типа ЛАЗ дают изображение более высокого качества с увеличением до 10 крат. Бинокулярные налобные лупы БЛ-1 и БЛ-2 дают увеличенное стереоскопическое изображение. Хорошо помогают рассмотреть мелкие детали и стереоскопические микроскопы типа МБС.

Для осмотра внутренних полостей используют специальные оптические приборы - эндоскопы. Принцип действия эндоскопов заключается в осмотре объекта с помощью оптической системы, позволяющей передавать изображение на значительное расстояние, (до нескольких метров).

Существуют линзовые (бороскопы), волоконно-оптические (фиброскопы) и комбинированные эндоскопы.

Бороскопы представляют собой жесткую конструкцию (рис. 5.1) или имеют шарнир с одной-двумя степенями свободы. Они состоят из источника света 1 для освещения объекта, сменной зеркальной насадки 11, меняющей направление и размеры поля обозрения, объектива 3, основной передающей оптической системы 10 и окуляра 6. Сменная оптическая система 5 служит для увеличения рабочей длины прибора или подключения телевизионной системы наблюдения, состоящей из видикона 8 и видеоустановки 7. Зеркало 12 и объектив 9 предназначены для проецирования изображения поверхности объекта 2. Увеличение изображения эндоскопов 0,5...50 крат.

Рис. Конструкция бороскопа:

1 -- источник света; 2 -- объект контроля; 3 -- объектив; 4-- корпус; 5 -- сменная оптическая система; 6 -- окуляр; 7 -- экран видеосистемы; 8 -- вид икон; 9 - объектив; 10 - передающая оптическая система; 11 -- призменная насадка; 12 -- зеркало

Конструктивно линзовые эндоскопы выполняют в виде корпуса цилиндрической формы, внутри которого размещены все элементы прибора. Общее число линзовых элементов может достигать 40...50, что приводит к основному недостатку линзовых эндоскопов - большим потерям света, поэтому в качестве источников освещения применяют лампы накаливания мощностью до 150 ВА.

Бороскопы обладают высокой разрешающей способностью, но ограниченными возможностями ориентации объектива на объект (место) наблюдения.

Волоконные эндоскопы (фиброскопы) снабжены набором тонких стеклянных светопроводящих нитей диаметром 10…20 мкм, собранных в жгут. Каждый элементарный светодиод покрыт снаружи тонким слоем (1-2 мкм) стекла с более низким показателем преломления. На границе "световод - оболочка" происходит полное внутреннее отражение света, что обеспечивает его прохождение по световоду с минимальным ослаблением. Спектр пропускания световода определяется свойствами материала, из которого он изготовлен. Обычные световоды из стекла прозрачны для длин волн 0,4...2 мкм.

Рис. Конструкция фиброскопа

Кроме передачи изображения необходимо подводить свет к объекту контроля. Для этого применяют световоды, изготовленные из беспорядочно уложенных волокон (в отличие от них для передачи изображения используют волоконно-оптические жгуты с упорядоченной структурой). С уменьшением диаметра нитей световода и с увеличением их числа качество изображения улучшается, уменьшается его "мозаичностъ". Разрешающая способность серийных световодов равна 15...20 мкм.

Основное преимущество фиброскопов - их способность передавать изображение без искажения при изгибе по любому криволинейному профилю. При этом источник света располагается вне прибора, что позволяет исключить нагрев изделия.

Отечественной промышленностью выпускается целая гамма фиброскопов. Наряду с ними в ГА используются также гибкие эндоскопы "Олимпус" японского производства и других инофирм.

В настоящее время интенсивно внедряются так называемые телеэндоскопические системы, обеспечивающие трансляцию изображения на видеоноситель или экран монитора. Система резко повышает технологичность оптического контроля, который может осуществляться коллегиально, с большей достоверностью.

Каппилярные методы

Основное назначение этих методов - выявление невидимых или слабо видимых дефектов, выходящих на поверхность (трещины, плены и другие нарушения сплошности). Они применяются преимущественно при контроле деталей из немагнитных материалов, хотя не исключено их применение для стальных и неметаллических материалов. Различают цветной, люминесцентный и люминесцентно-цветной методы НК.

Контроль заключается в следующем:

На предварительно очищенную поверхность ОК наносят слой индикаторной жидкости (пенетрант). Под воздействием капиллярных сил пенетрант проникает в поверхностные дефекты и удерживается в них за счет сил поверхностного натяжения. Через 3...6 минут пенетрант удаляют с поверхности детали (при этом пенетрант остается в полостях дефектов) и наносят проявляющий состав. За счет сорбционных сил (явления капиллярности) часть оставшегося в полостях дефектов пенетранта извлекается проявителем, образуя на поверхности последнего индикаторный след, который можно наблюдать невооруженным глазом или с помощью лупы. Устойчивая индикация несплошностей будет в том случае, если их глубина в 10...20 раз превышает ширину.

На практике капиллярными методами пользуются в тех случаях, когда невозможно применить никакие другие равноценные по чувствительности методы, а, также при необходимости получения уточняющей, дополнительной информации о дефектах, обнаруженных другими методами.

Чувствительность капиллярного метода контроля в условиях эксплуатации зависит от выбора комплекта применяемых дефектоскопических материалов и точности выполнения оптимальных условий контроля. Отметим наиболее важные из них.

1.Температура контролируемой поверхности пенетрантов и окружающего воздуха должна быть 20...25 С. Понижение температуры до 0 градусов снижает чувствительность К-методов.

2. Контролируемая поверхность ОК не должна иметь каких-либо покрытий (если не ставится вопрос о контроле сплошности самого покрытия).

3. Класс шероховатости поверхности должен быть не ниже 5-го.

Ухудшение чистоты обработки контролируемой поверхности снижает чувствительность метода, а в ряде случаев приводит к невозможности его применения.

Иногда для повышения чувствительности К-метода используют пенетранты с добавкой люминофора (люминесцентно-цветной метод) или чисто люминофорные пенетранты (люминесцентный метод).

В этих случаях индикаторные следы на ОК наблюдают при освещении
ультрафиолетовым светом в условиях затемнения.

К преимуществам К-методов можно отнести высокую чувствительность, наглядность результатов и возможность контроля сравнительно больших поверхностей. К недостаткам - небольшой интервал температур окружающей среды (не ниже 0 С), необходимость затемнения помещения для проведения контроля и наличие источников ультрафиолетового освещения (для люминесцентного и люминесцентно-цветного методов), хорошую освещенность (для цветного метода), токсичность компонентов.

Магнитопорошковый метод

Метод основан на фиксации неравномерностей магнитного поля в ферромагнитном материале, появляющихся вблизи нарушения его сплошности. Для обнаружения этих неравномерностей намагниченный ОК обрабатывается магнитным порошком или суспензией. Попадая в неравномерное магнитное поле, частицы порошка притягиваются, образуя валик над дефектом, ширина которого в несколько раз превышает ширину дефекта, т.е. дефект становится видимым. Основной операцией, от которой зависит чувствительность метода, является операция намагничивания ОК.

Сущность намагничивания заключается в ориентации малых областей материала, называемых доменами, под воздействием внешнего магнитного поля. Величина, характеризующая способность материала намагничиваться, называется магнитной проницаемостью.

Магнитный поток в намагниченной детали с ориентированными доменами не меняет своего направления, если нет дефектов. Если же на пути магнитного потока встречаются участки с пониженной магнитной проницаемостью (трещины, включения и т.п.), то часть магнитных линий как бы выходит за контур детали (рис. 5.4). Возникают местные магнитные полюсы S и N, а также магнитное поле над дефектом. Это поле фиксируется ферромагнитными частицами, которыми посыпают (поливают) ОК. В магнитной суспензии частицы находятся во взвешенном состоянии в воде, керосине, минеральном масле («мокрый» метод) или воздухе («сухой» метод). Так как магнитное поле над дефектом неоднородно, то на магнитные частицы, попавшие в это поле, действует сила, стремящаяся затянуть частицы к месту концентрации магнитных линий, т.е. к дефекту, образуется характерный черный контрастный валик.



Рис. Схема контроля методом магнитопорошковой дефектоскопии:

1 - дефект; 2 - отложение магнитного порошка

МП-метод позволяет выявлять трещины с шириной раскрытия от 0,001 мм и глубиной от 0,01 мм.

Намагничивание осуществляют способом приложенного магнитного поля или способом остаточной намагниченности. В приложенном магнитном поле контролируют детали, изготовленные из малоуглеродистых сталей или имеющие сложную геометрическую форму.

При контроле с использованием остаточной намагниченности ОК предварительно намагничивают, а затем после снятия намагничивающего устройства на поверхность наносят магнитную суспензию или напыляют магнитный порошок. При этом виде контроля возможно намагничивание как постоянным, так и переменным током.

Различают следующие виды намагничивания: циркулярное, продольное (полюсное), комбинированное.

Продольное (полюсное) намагничивание осуществляется с помощью электромагнитов, постоянных магнитов или соленоидных катушек. Разновидность полюсного намагничивания - поперечное намагничивание, когда деталь намагничивается в направлении меньшего размера.

Циркулярное намагничивание осуществляется пропусканием тока
по контролируемой детали или через проводник (стержень), помещенный в отверстие детали, имеющей форму тела вращения. При пропускании тока по деталям сложной формы выступы и другие неровности могут остаться не намагниченными до требуемой степени. В этих местах необходимо измерять напряженность намагничивающего поля и специально следить, чтобы она достигала требуемого для контроля значения. При циркулярном намагничивании направление магнитного потока перпендикулярно направлению тока, поэтому оптимально обнаруживаются дефекты, направление которых совпадает с направлением тока.

Комбинированное намагничивание осуществляется при одновременном намагничивании детали двумя или несколькими разноориентированными магнитными полями. При этом можно применять любое сочетание видов тока. При комбинированном намагничивании необходимо, чтобы суммарный вектор намагниченности поворачивался относительно оси детали хотя бы под прямым углом. Это достигается применением продольного и циркулярного намагничиваний.

Рентгенографический метод

неразрушающий контроль визуализация рентгеновский

Этот метод основан на использовании проникающей способности рентгеновских лучей. Как известно, рентгеновские лучи возникают в результате торможения электронов, летящих от горячего катода, на вольфрамовое зеркало анода рентгеновской трубки. Чем короче длина волны рентгеновского излучения, тем больше его проникающая способность. Коротковолновое излучение называют "жестким", а волновое - "мягким". Коротковолновое излучение имеет большую проникающую способность, оно несет в себе большую энергию, чем длинноволновое.

Важным в рентгенографии является интенсивность излучения. Под интенсивностью понимается количество энергии рентгеновских лучей, падающей в единицу времени на единицу площади. Чем больше интенсивность, тем более сильное (более быстрое) действие оказывает излучение на материалы, используемые в качестве индикаторов этого излучения (например, на рентгеновскую фотопленку, экран).

Тормозное рентгеновское излучение (излучение, тормозящееся полем атома) имеет сплошной спектр, подобно видимому белому свету. В связи с этой аналогией тормозное излучение иногда называют "белым". Одновременно с тормозным имеет место характеристическое излучение, спектр которого является линейчатым (практического значения в рентгеновской дефектоскопии это излучение не имеет).

Очевидно, что при прохождении через материал ОК интенсивность рентгеновских лучей уменьшается.

Если просвечиванию подвергается объект неодинаковой толщины и плотности, то на участках, где просвечиваемый объект имеет большую толщину или большую плотность материала (например, включение более плотного материала), интенсивность прошедших лучей будет меньше, чем на участках с меньшей плотностью или меньшей толщиной (например, раковин, пор, рыхлот, непроваров, трещин и пр.).

Существует несколько способов преобразования рентгеновского излучения. В их числе фотографический, при котором изображение объекта преобразуется эмульсией рентгеновской пленки (после ее фотообработки) в светотеневое видимое изображение. Степень почернения пленки пропорциональна продолжительности и интенсивности действующего на нее рентгеновского излучения.

Чувствительность R-метода зависит от характера дефектов ОК, условий его просвечивания, характеристик регистраторов излучения (например, пленки). Все эти факторы влияют на четкость и контрастность рентгенограммы.

Для оценки и проверки качества рентгенограмм служат эталоны, которые представляют собой набор проволочек различного диаметра (проволочные эталоны), пластинок с канавками различной глубины (эталоны с канавками) и эталоны с отверстиями или лунками. Качество снимков и выявляемость дефектов будет тем выше, чем более контрастно они выглядят на рентгенограммах.

Рис. Схема рентгеновского просвечивания

На рисунке показана схема прохождения рентгеновских лучей через дефектный А или бездефектный В участки ОК толщиной d и образования почернения снимка этих участков на пленке.

Оптимальные режимы контроля (напряжение на аноде, экспозиция) определяют экспериментально или с помощью специальных графиков экспозиций.

Следует учитывать, что ответственные детали проходят обязательный рентгеновский контроль в заводских условиях. В условиях эксплуатации контроль самолета проводят главным образом при продлении ресурса с целью выявления состояния скрытых элементов конструкций: коррозии, трещин с большим раскрытием, отклонений в расположении частей механизмов и др.



Косвенные методы неразрушающего контроля

Ультразвуковой метод

Ультразвуковой (УЗ) метод НК основан на возбуждении механических колебаний упругой среды ОК и регистрации интенсивности и времени прохождения отраженных эхо-сигналов. Диапазон используемых в практике контроля ультразвуковых колебаний 1,25...10 МГц.

В зависимости от направления колебаний по отношению к распространению волны в материале ОК различают продольные, сдвиговые (поперечные) и поверхностные УЗ-волны. Если направление колебаний совпадает с направлением распространения волны, то волна называется продольной. Если направление колебаний поперечно распространению продольной волны, то она называется сдвиговой. На свободной поверхности ОК можно возбудить поверхностные волны или волны Релея, которые локализуются в поверхностном слое толщиной, соизмеримой с длиной волны.

В изотропных твердых телах скорость распространения упругих волн зависит от их вида и упругих постоянных материала. В среднем она равна 6000 м/с.

Для возбуждения упругих колебаний в материалах используют пьезоэлектрические преобразователи. Они представляют собой пластину, изготовленную из монокристалла кварца или пьезокерамических материалов -- титаната бария, цирконата-титаната свинца и др. Под действием переменного электрического напряжения пьезопластина совершает вынужденные механические колебания, пропорциональные частоте возбуждающего тока. Если пьезопластину приложить к поверхности ОК, то в нем будут возбуждаться и распространяться упругие волны с амплитудой менее 10^{- 8} мм.

Упругая волна в направлении распространения несет определенную энергию. Количество энергии, переносимое волной за 1 с сквозь поверхность площадью 1 м², перпендикулярную направлению распространения волны, называется интенсивностью. Интенсивность плоской гармонической волны

JB = 0,5сca²,

где с- плотность материала; с - скорость распространения волны; а - амплитуда колебательной скорости.

Теневой способ

Теневой способ основан на посылке в ОК упругих колебаний и регистрации изменения их интенсивности после однократного прохождения через материал. Упругие колебания вводят в ОК излучающим преобразователем с одной его стороны, а принимают приемным преобразователем, расположенным с другой стороны (рис. 5.8).

Рис. Стробирование при УЗ-контроле:

1 - зондирующий импульс; 2 - область стробирования; 3 - донный импульс

Зеркально - теневой способ

Зеркально-теневой способ является разновидностью теневого. При контроле приемную и излучающую головки устанавливают с одной стороны ОК. Регистрация изменения интенсивности упругих колебаний осуществляется после их отражения от противоположной поверхности детали.

Рис. Схема теневого УЗК:

1 - дефект; 2 - излучатель; 3 - объект контроля; 4 - приемник

Рис. Схема зеркально-теневого УЗК:

1 - излучатель; 2 - приемник; 3 - дефект; 4 - объект контроля

Схемы контроля с двумя преобразователями, из которых один излучающий, а другой приемный, называются раздельными.

В практике используют также совмещенную схему прозвучивания , в которой один пьезопластина в УЗ-преобразователе выполняет поочередно функции излучателя и приемника. Используют также и раздельно-совмещенную схему прозвучивания, где преобразователь имеет две совмещенные головки, соединенные параллельно.

Сами УЗ-преобразователи подразделяют на прямые и наклонные. Прямые генерируют только продольные волны, наклонные -- сдвиговые и поверхностные. Глубину и ориентацию дефектов определяют с помощью наклонных преобразователей

Вихретоковый метод

Вихретоковый метод контроля. Этот метод универсальный, позволяет выполнять ряд технологических операций контроля: определять наличие выходящих на поверхность несплошностей, производить сортировку некоторых типов материалов по маркам, выявлять степень разупрочнения материала, определять толщину ЛКП.

Физическая сущность метода вихревых токов состоит в изменении конфигурации вихревых токов (токов Фуко) в ОК в зависимости от его формы и электрофизических характеристик материала. Вихревые токи (ВТ) возникают в материале под воздействием первичного электромагнитного поля, создаваемого так нназываемый катушкой ВТП (вихретоковый преобразователь), по которой протекает переменный ток.

ВТ генерируют в материале вторичное электромагнитное поле, которое воздействуя на катушку ВТП, привносит дополнительное сопротивление, пропорциональное плотности этих токов. Параметры ВТ-преобразователя будут зависеть от характера распределения ВТ в исследуемом объеме материала, который в свою очередь зависит от сплошности ОК [13]. Взаимодействие ЭМП с объектом контроля будет определяться величиной так называемого электроимпеданса или комплексным сопротивлением катушки ВТ-преобразователя:



где R - активное сопротивление, Ом;

щ - циклическая частота,

L - индуктивность катушки, Гн.

При установке ВТП на поверхность ОК в катушку индуктивности преобразователя за счет вторичного магнитного поля, создаваемого ВТ вокруг дефекта, вносятся дополнительные индуктивное (ДщL) и активное (ДR) сопротивления. Изменение электроимпеданса ВТП и является сигналом (признаком) наличия дефекта.

Глубина проникновения ЭМП

где f - частота, Гц;

у - удельная электропроводимость, МСм/м;

м0 - относительная магнитная проницаемость;

м - абсолютная магнитная проницаемость материала, Гн/м. Эта глубина, как правило, невелика и не превышает 0,3…0,5 мм.

Рис. Схема работы вихретоковых преобразователей:

1 -- генератор; 2 -- измерительный блок; 3 -- абсолютный преобразователь; 4 -- дифференциальный преобразователь; 5 -- дефект



Заключение

Наибольшее распространение в ГА получили следующие виды МНК: оптико-визуальный, капиллярные, магнитопорошковый, акустические, вихретоковый, рентгенографический. Используя различные физические принципы (основы), МНК решают широкий круг задач по идентификации, а иногда и определению размеров дефектов. Для успешной реализации МНК необходимо обеспечить доступность к ОК, приемлемое состояние контролируемых поверхностей и наружные температурные условия.



Литература

1. Смирнов Н.Н., Чинючин Ю.М. и др. Техническая эксплуатация летательных аппаратов: учебник. - М.: Транспорт, 1990. - 423с.

2. Биргер И.А. Техническая диагностика. - М.: Машиностроение 1978. -239 с.

3. Ямпольский В.И., Белоконь Н.И., Пилипосян Б.Н. Контроль и диагностирование гражданской авиационной техники. - М.: Транспорт, 1990. -184 с.

4. Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. - М.: Наука, 1989. - 211 с.

5. Пивоваров В.А. Повреждаемость и диагностирование авиационных конструкций: учебник. - М.: Транспорт, 1994. - 207 с.

6. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1969. - 575 с.

7. Гишваров А.С. Анализ эксплуатационных разрушений летательных аппаратов и двигателей. - Уфа: Уфимский ГАТУ, 2003. - 289 с.

8. Лозовский В.Н., Бондал Г.В. и др. Диагностика авиационных деталей. - М.: Машиностроение, 1988. - 278 с.

9. Техническая диагностика гидравлических приводов / под ред. Башты Т.М. - М.: Машиностроение, 1989. - 262 с.

10. Дорошко С.М. Контроль и диагностирование технического состояния газотурбинных двигателей по вибрационным параметрам. - М.: Транспорт, 1984. - 128 с.

11. Машошин О.Ф. Инструментальные методы диагностики авиационной техники: учеб. пособие. - М.: МГТУГА, 2010. - 88 с.

12. Пивоваров В.А., Машошин О.Ф., Хрустиков С.Г., Коротков В.А. Диагностика и неразрушающий контроль ЛА и АД: пособие по выполнению лабораторных работ и практических занятий. - М.: МГТУГА, 2010. - 60 с.

13. Пивоваров В.А., Белоусов Г.Г. Оптико-визуальная диагностика авиационных ГТД: учеб. пособие. - М.: МГТУ ГА, 2007. 62с.

Размещено на Allbest.ru

...