Термоволновая дефектоскопия композитных материалов
Результаты исследования эффективности термоволнового контроля, как одного из методов активного теплового контроля, по нахождению дефектов в композитных материалах. Общая схема реализации термоволнового метода. Расчет времени тепловой диффузии по формулам.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 28.03.2019 |
Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Термоволновая дефектоскопия композитных материалов
Маликов Р.А.,
Вавилов В.П.
Введение
Благодаря своей универсальности, тепловой контроль (ТК) позволяет испытывать металлические [1] и неметаллические материалы [2], используя различные источники тепловой стимуляции и выявляя дефекты различного происхождения и размеров.
В настоящей статье приведены результаты исследования эффективности термоволнового контроля, как одного из методов активного теплового контроля, по нахождению дефектов в композитных материалах.
Ключевые слова: активный тепловой неразрушающий контроль, термоволновая дефектоскопия, термограмма, последовательность термограмм, методы обработки термограмм, композитные материалы.
Термоволновая дефектоскопия
Тепловой контроль - один из видов неразрушающего контроля, основанный на фиксации и преобразовании инфракрасного излучения в видимый спектр, в свою очередь термоволновая дефектоскопия это один из видов активного теплового контроля.
Термоволновой метод подразумевает периодический нагрев (рис.1), в результате которого в объекте контроля возникают тепловые волны. Данный метод, в отличие от импульсного, способен достаточно эффективно обнаруживать глубинные дефекты.
При использовании данного метода для нагрева используют одночастотную волну, что обеспечивает большее отношение сигнал-шум (SNR). Исследуемое изделие подвергается тепловому воздействию посредством источника теплового нагружения на передней поверхности образца относительно источника. За счет процесса диффузии тепловая энергия внутри образца распространяется во всех направлениях. В присутствии скрытых дефектов тепловые потоки перераспределяются, что приводит к появлению специфических температурных аномалий на передней и задней поверхности образца. Температурные аномалии регистрируются с помощью устройства для записи температуры с поверхности образца.
Рис. 1. Общая схема реализации термоволнового метода
Экспериментальные исследования
Стеклопластиковый композит
Задача данных экспериментальных исследований - обзор на практике термоволнового метода дефектоскопии для композитных материалов, оценка качества обнаружения дефектов с помощью данного метода и сравнение его с методом однократного нагрева.
Для экспериментальных исследований (рис.2) был изготовлен опытный образец из стеклопластиковых пластин с толщиной 8 мм (рис. 3). Распределение дефектов показано ниже, дефекты представляют собой воздушные полости и расслоения в материале объекта.
Рис. 2. Схема эксперимента с двумя лампами по 1 кВт
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 3. Схема образца
Расчет времени тепловой диффузии.
По формуле t т.д = L2·p/a, было рассчитано время тепловой диффузии, где а = 2.16·10-7 м 2/c, t т.д. - время тепловой диффузии, L - расстояние от дефекта до поверхности. Результаты расчётов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Расчет времени тепловой диффузии
N(дефект) |
L(мм) |
tт.д.(с) |
n(кадр) |
|
1 |
1 |
14.544 |
7.272 |
|
2 |
1.5 |
32.725 |
16.362 |
|
3 |
2 |
58.178 |
29.089 |
|
4 |
2.5 |
90.903 |
45.451 |
|
5 |
3 |
130.9 |
65.45 |
|
6 |
3.5 |
178.169 |
89.085 |
С помощью значений тепловой диффузии определяются параметры циклического нагрева. термоволновой контроль композитный
Однократный нагрев
Нагрев 10 с, шаг записи 200 мс, суммарная мощность ламп - 2 кВт (рис. 4).
Рис. 4. Кривые сигнала при однократном десятисекундном нагреве, где красная кривая - обозначает бездефектную зону
Томограмма дефектов при 10 с нагреве представлена на рис. 5.
Рис. 5. Полученная термограмма дефектов
Нагрев 100 с, шаг записи 1с, суммарная мощность ламп - 2 кВт (рис.6).
Рис. 6. Кривые сигнала при однократном нагреве в 100 с, где красная кривая - обозначает бездефектную зону
Томограмма дефектов при 100 с нагреве представлена на рис. 7.
Рис. 7. Термограмма дефектов при нагреве в 100 с
Суммарная длительность нагрева в данном эксперименте составляла 10 и 100 секунд. Эффективность термоволнового нагрева оценивали по отношению сигнал/шум (SNR).
Таблица 2 - SNR для каждого из 6-ти дефектов объекта контроля при нагреве 10 с и 100 с
N |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
SNR 10 |
15.336 |
18.387 |
18.375 |
8.025 |
5.257 |
5.024 |
|
SNR 100 |
29.855 |
33.386 |
44.577 |
31.639 |
21.024 |
13.794 |
Термоволновой (циклический) нагрев
Нагрев объекта проводили в течении 10 секунд, также в течении 10 секунд остывание, было произведено 10 циклов (рис.8).
Суммарное время нагрева 100 секунд.
Рис. 8. Кривые сигнала при циклическом нагреве, где красная кривая -обозначает бездефектную зону
Рис. 9. Термограмма дефектов при циклическом нагреве
Таблица 3. SNR для каждого из 6-ти дефектов объекта контроля при циклическом нагреве
N |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
SNR |
46.773 |
36.556 |
49.511 |
56.673 |
22.463 |
22.518 |
В ходе эксперимента были детектированы все дефекты в данных объектах контроля. При однократном нагреве максимальное отношение сигнал / шум (SNR) составило 44,577 для дефекта №3, а при циклическом нагреве максимальное отношение сигнал / шум (SNR) составило 56,673 для дефекта №4. Из этого следует, что метод циклического нагрева показал себя в данном случае лучше, чем метод однократного нагрева. Также и визуально термограмма (рис. 9) при циклическом нагреве объекта получилась лучше, на ней дефекты выглядят отчётливо.
Стеклопластик (Польский образец)
В лабораторию №34 "Тепловых методов контроля" были завезены 4 образца стеклопластика из Польши. Необходимо было проверить их на наличие дефектов. Предполагаемые дефекты были помечены на стеклопластике нашими польскими коллегами маркером. В данном исследовании применялся исключительно термоволновой метод, так как он хорошо зарекомендовал себя исходя из предыдущих исследований.
Для проведения опыта, была собрана экспериментальная установка, схема которой показана на рис. 10. На рис. 11 показана реальная установка. 1
Рис.10. Схема установки
где БП - блок питания, БУ - блок управления, ПК - персональный компьютер, тепловизор и исследуемая модель. Применялись 4 галогеновые лампы по 500 Вт каждая, суммарная мощность составляла 2 кВт.
Рис.11. Реальная установка (Вид сбоку)
Рис. 12. Объект контроля: 4 стеклопластиковых пластины
Данный образец объекта контроля представляет собой стеклопластиковый композит толщиной 8 мм (рис. 13).
Для повышения коэффициента поглощения образец была оклеен самоклеющейся бумагой ORACAL серого цвета (в ИК диапазоне б ? 0,95).
Рис. 13. Объект контроля
Циклический нагрев объекта.
Нагрев производился в течении 5 секунд и в течении 5 секунд также происходило остывание. Было проделано 10 таких циклов (рис.14).
Рис. 14. Сигнал циклического нагрева
Инфракрасные термограммы были подвергнуты преобразованию Фурье.
Суммарная длительность нагрева в данном эксперименте составляла 50 секунд. Эффективность термоволнового нагрева оценивали по отношению сигнал/шум (SNR).
Рис. 15. Термограммы объекта контроля (слева - до преобразования Фурье, справа - после)
С помощью термоволнового метода были обнаружены все подписанные дефекты. Количество отснятых кадров составило 250 штук. Из них было выбрано несколько термограмм, на которых лучше всего были видны дефекты. Самая лучшая из них была приведена на рис.15. Обработка термограмм осуществлялась в программе ThermoFit, разработанная сотрудниками лаборатории "Тепловых методов контроля" ИНК ТПУ.
Максимальное отношение сигнал/шум SNR для первичной необработанной термограммы составило 9,785. После преобразования Фурье - 10,615, что говорит об эффективности данного преобразования и важности его использования при нахождении дефектов.
Заключение
В настоящее время в тепловом неразрушающем контроле техника дефектометрии достаточно развита и имеет много наработок, которые в свою очередь являются разнородными. На сегодняшний день идут разработки простого механизма по группированию этих наработок. В данной области существует достаточно много предпосылок для создания новых методов обнаружения и определения параметров дефектов.
По проделанной работе можно сделать следующие выводы. В результате проведения эксперимента были получены данные о том, что при использовании метода термоволновой дефектоскопии можно с достаточной точностью определять поперечные размеры дефектов. Однако необходимо оптимизировать частоту циклов с глубиной дефекта для получения более точных результатов.
Список информационных источников
1. Vavilov, V.P., Nesteruk, D.A., Chulkov, A.O., Shiryaev, V.V. An apparatus for the active thermal testing of corrosion in steel cylindrical containers and test results, Russian Journal of Nondestructive Testing, Vol. 49, Issue 11, November 2013, Pages 619-624, DOI: 10.1134/S1061830913110089.
2. Vavilov V.P., Chulkov A.O., Derusova D. IR thermographic characterization of low energy impact damage in carbon/carbon composite by applying optical and ultrasonic stimulation, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering Volume 9105, 2014, Article number 91050J, DOI: 10.1117/12.2049810.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование роли композитных материалов в многослойных конструкциях в аэрокосмической промышленности. Анализ дефектов, встречающихся в процессе эксплуатации. Совершенствование ультразвуковой дефектоскопии с помощью многослойных композитных материалов.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 08.04.2013Специфика и применение теплового метода неразрушающего контроля и технической диагностики. Температура как неотъемлемый индикатор работы технических установок и сложных систем. Характеристика структурных и тепловых процессов в конструкционных материалах.
реферат [893,0 K], добавлен 11.11.2010Ультразвуковые методы контроля позволяют получить информацию о дефектах, расположенных на значительной глубине в различных материалах, изделиях и сварных соединениях. Физические основы ультразвуковой дефектоскопии. Классификация методов контроля.
реферат [4,7 M], добавлен 10.01.2009Общая характеристика магнитных методов неразрушающего контроля, подробная характеристика магнитопорошкового метода. Выявление поверхностных и подповерхностных дефектов типа нарушения сплошности материала изделия (непроварка стыковых сварных соединений).
реферат [26,6 K], добавлен 31.07.2009Понятие тепловой эффективности зданий, методы ее нормирования. Моделирование теплового режима жилых помещений с использованием оптимального режима прерывистого отопления. Расчет экономической эффективности при устройстве индивидуального теплового пункта.
дипломная работа [920,2 K], добавлен 10.07.2017Нахождение дефектов в изделии с помощью ультразвукового дефектоскопа. Визуально-оптический контроль сварных соединений на наличие дефектов. Методы капиллярной дефектоскопии: люминесцентный, цветной и люминесцентно-цветной. Магнитный метод контроля.
реферат [1,4 M], добавлен 21.01.2011Изучение сути и необходимости применения ультразвуковой дефектоскопии - группы методов, в которых используют проникающую способность упругих волн ультразвукового диапазона частот (иногда звукового). Аппаратура для контроля. УЗД с непрерывным излучением.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 20.05.2011Понятие и методики неразрушающего контроля качества, его значение в производстве изделий и используемый инструментарий. Разновидности дефектов металлов, их классификация и возможные последствия. Неразрушающий контроль качества методами дефектоскопии.
контрольная работа [155,9 K], добавлен 29.05.2010Неразрушающий контроль материалов с использованием источника тепловой стимуляции. Композиты: виды, состав, структура, область применения и преимущества. Применение метода импульсно-фазовой термографии для определения дефектов в образце из углепластика.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 15.03.2014Методы контроля сварных соединений, их назначение и объем. Выбор давления гидроиспытания и последовательность его проведения для сосуда. Неразрушающие и разрушающие методы контроля, визуальный и измерительный контроль, стилоскопирование, дефектоскопия.
практическая работа [13,3 K], добавлен 12.01.2010Общая характеристика существующих неразрушающих методов контроля качества деталей. Классификация качества отливок по степени пораженности дефектами. Приборы и методы контроля. Практическая оценка качества поверхности литых заготовок при внешнем осмотре.
практическая работа [708,3 K], добавлен 22.01.2014Состав бетонной смеси. Выбор и обоснование режима тепловой обработки. Определение требуемого количества тепловых агрегатов, их размеров и схемы. Составление и расчет уравнения теплового баланса установки. Составление схемы подачи теплоносителя по зонам.
курсовая работа [852,2 K], добавлен 02.05.2016Определение понятия неразрушающего контроля качества в металлургии. Изучение дефектов металлов, их видов и возможных последствий. Ознакомление с основными методами неразрушающего контроля качества материалов и продукции с разрушением и без разрушения.
реферат [185,0 K], добавлен 28.09.2014Понятие и характеристика методов неразрушающего контроля при проведении мониторинга технического состояния изделий, их разновидности и отличительные черты. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений, определение их эффективности.
курсовая работа [588,2 K], добавлен 14.04.2009Основные методы и средства для измерения размеров в деталях типа "вал" и "корпус". Расчет исполнительных размеров калибров для контроля шлицевого соединения с прямобочным соединением. Схема измерительного устройства для контроля радиального биения.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 27.08.2012Методы и средства неразрушающего теплофизического контроля полимерных покрытий на металлических основаниях. Свойства материалов, применяемых для изготовления полимерно-металлических изделий. Имитационное исследование метода неразрушающего контроля.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 25.06.2017Получение твердых композиций на основе эпоксидных смол. Способы синтеза ароматических полиамидов. Основные типы мономеров, применяемых для синтеза ароматических полиамидов. Примеры использования кевлара как армирующего волокна в композитных материалах.
презентация [1,4 M], добавлен 20.05.2019Исследование бизнес-процессов на предприятии: закупки материалов, изготовления швейных изделий и их реализации, проведение контроля их качества на разных этапах производства. Основные проблемы, связанные с осуществлением входного и выходного контроля.
курсовая работа [512,5 K], добавлен 04.09.2014Особенности влияния охлаждающего микроклимата на организм человека. Расчет теплового сопротивления и толщины пакета материалов одежды в комплекте с пальто. Зависимость теплового сопротивления одежды от свойств материалов и конструкции швейных изделий.
курсовая работа [159,2 K], добавлен 02.03.2014Трубная продукция нового поколения для нефтедобывающей отрасли из всевозможных полимерных, композитных материалов, стекловолокна, стеклопластика как альтернатива металлу. Технология применения металлопластиковых труб в нефтедобывающем промысле.
дипломная работа [620,9 K], добавлен 12.03.2008