Способ неразрущающего контроля изделий из диэлектрических материалов

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и материалов и может быть использовано в промышленности, производящей и использующей изделия из диэлектрических материалов, в частности из пьезокерамики, как поляризованной, так и неполяризованной. Цель изобретения - повышение информативности контроля и расширение класса контролируемых материалов. В контролируемом изделии возбуждают акустические колебания, например, посредством электромеханического преобразователя, а для изделий из пьезоэлектрического материала - посредством переменного электрического поля последовательно на нескольких собственных нечетных модах выше первой. О качестве изделия судят по наличию отклонений параметров температурного распределения на поверхности контролируемого изделия, возникающего вследствие нагрева изделия в результате диссипации в нем энергии колебаний, от температурного распределения, установленного для изделий, имеющих однородную структуру материала. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1474531 А 1 (д1) 4 С 01 N 25/72

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4298984/31-25 (22) 24.08 ° 87 (46) 23;04.89. Бюл. и"- 15 (71) Ленинградский кораблестроитель-. ный институт (72) Н.Я. Исаков, Ф.Ф. Легуша, P.Е. Пасынков, С.И. Пугачев и Б.А. Финагин (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 783667, кл. G 01 К 25/72, 1975.

Полянкин А.Н. и др. Выявление дефектов пьезокерамических излучателей ультразвука при помощи тепловизора.

Дефектоскопия, 1982, В 5, с. 91-93. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю .качества изделий и материалов,и может быть использовано в промьппленности, производящей и использующей изделия иэ диэлектрических

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и материалов и может быть использовайо в промышленности, производящей и использующей изделия из диэлектрических материалов, в частности иэ сегнетокерамики, как поляризованной, так и неполяризованной.

Цель изобретения — повьппение информативности контроля и расширение класса контролируемых материалов.

Возбуждение в контролируемых об-. разцах акустических колебаний обесматериалов, в частности из пьезокерамики, как поляризованной, так и неполяризованной. Цель изобретения— повышение информативности контроля и расширение класса контролируемых материалов. В контролируемом изделии возбуждают акустические колебания, например, посредством электроцеханического преобразователя, а для изделий из пьезоэлектрического материала — посредством переменного электрического поля последовательно на нескольких собственных нечетных модах вьппе первой. О качестве иэделия судят по наличию отклонений параметров температурного распределения на поверхности контролируемого изделия, возникающего вследствие нагрева иэделия в результате диссипации в нем энергии колебаний, от температурного распределения, установленного для иэделий, имеющих однородную структуру материала. 5 ил. печивает их внутренний нагрев за счет

Сл диссипативных потерь. При этом мехаМ & нические колебания изделий из пьезоэлектриков (например, из пьезокерамики) возбуждают переменным электрическим полем, а в изделиях, не обла- ф дающих пьезоэлектрическими свойст3 вами, — посредством внешних источников колебаний, в качестве которых можно использовать, например, электромеханические преобразователи. Возможность контроля изделий из диэлектриков, не обладающих пьезоэлектричес1474531 кими свойствами, расширяет класс контролируемых материалов. Согласно процедуре контроля обычно контролируются образцы, свободно лежащие на какой-либо поверхности. При этом реализуются такие граничные условия, при которых в образцах могут возбуждаться только нечетные моды собственных колебаний. 10

Возбуждение в контролируемом изделии акустических колебаний на собственных нечетных модах выше первой обеспечивает более детальный и более информативный контроль. Вследствие меньшей величины длины волны на собственных модах BbpJIe первой по сравнению с длиной волны на первой моде пучности и узлы распределения механических напряжений в установившей- 20 ся системе стоячпх волн расположены в контролируемом образце чаще, чем при колебаниях на первой моде. Вследствие этого уменьшается "шаг проверки и растет вероятность обнаружения дефектов.

Осуществление контроля последовательно на несколько высших модах обеспечивает увеличение достовернос- ,ти, так как с повышением номера моды,30 уменьшается "шаг проверки" и, кроме того, изменяется пространственное расположение пучностей и узлов распределения механических напряжений вобъеме материала контролируемого из-, делия, за счет чего ликвидируются

"мертвые зоны" проверки. При обнаружении дефектов в образце, возбужденном на какой-либо моде, необходимость его контроля на более высоких модах, естественно, отпадает.

Оценка качества изделия по наличию отклонений параметров температурного распределения на поверхности образца от температурного распредегения, установленного для образцов,. имеющих однородную структуру материала, обеспечивает обнаружение дефектов

В Виде нарушения сплошности мятерияля 0 изделия (раковины, трещины, инородные включения, расслоения и т.д.) и неt однородности структуры материала бездефектного изделия, вызванной самопроизвольными отклонениями местных значений электромеханических параметров (диэлектрическая проницаемость, тангенс диэлектрических потерь, механическая добротность, плотность, коэффициент электромеханической связи и т.д.) в объеме вещества изделия.

1(ак показали исследования, изделия с однородной структурой материала и не имеющие других дефектов,колеблются в соответствии с возбуждаемой модой, и распределение температуры их на поверхности подобно задаваемой моде. В случаях контроля изделий из диэлектрических материалов, имеющих правильную геометрическую форму (пластины, диски, кольца, стержни, цилиндры и т.п.), распределение температуры на поверхности однородного образца может быть рассчитано теоретически. Показано также, что при отсутствии в изделиях дефектов типа нарушения сплошности вещества, распределение температуры на поверхности некоторых образцов не соответствует температурному распределению задаваемой моды. Такие образцы не обеспечивают заданных рабочих характеристик, например, имеют пониженный ресурс работы, т.е. выдерживают меньше циклов колебаний, чем образцы, имеющие однородную структуру. Таким образом, предлагаемый способ оценки качества изделий по наличию отклонений параметров температурного распрецеления образца от температурного распределения, установленного для образцов, имеющих однородную структуру материала, повышает информативность, достоверность и чувствительность контроля.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления способа неразрушающего контроля изделий из диэлектрических материалов; на фиг. 2 — распределение температур по поверхности изделия, совершающего колебания на первой (п = 1) моде собственных колебаний; на фиг. 3 — то же, на третьей (n = 3) моде собственных колебаний (сплошная кривая— образец имеет однородную структуру материала, пунктирная кривая — образец, материал которого имеет неоднородность структуры); на фиг. 4 — то же, на пятой (и = 5) моде собственных колебаний; на фиг. 5 — то же, на третьей моде собственных колебаний при наличии в изделии дефекта типа разрыва сплошности среды.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит контролируемое изделие 1, закрепленное дер31

5 14745 жателем (не показан), средство наблюдения и регистрации температурного распределения на поверхности 2 изделия 1, например тепловизор или уст5 ройство с термочувствительной, жидкокристаллической пленкой (не показано), внешний источник — возбудитель в контролируемом изделии 1 акустических колебаний, возбуждаемых в 1р направлении 3 (вдоль оси х), например электромеханический преобразователь (не показан). При контроле образцов из пьезоактивных материалов акустические колебания образца могут 15 возбуждаться переменным электрическим полем от генератора электрических колебаний.

Пример. В исследуемом образце 1 (фиг. 1) возбуждают колебания 2О на нечетных собственных модах с номерами и выше первой, а затем регистрируют температурное распределение Т(х,у) на поверхности 2 образца, параллельной направлению 3 колеба- 25 ний. Вид распределения Т(х,у,) зависит от геометрии испытуемого образца. Так, в данном примере изделия в виде пластин, изготовленных из однородного материала, имеют темпера- ЗО турные распределения Т(х,у) на первых трех нечетных модах, показанные на фиг. 2-4. Локальные значения температур в распределении Т(х,у) пропорциональны механическому напряжению в материале возбуждаемого образца. Следовательно, максимумам температуры соответствует максимумы механического напряжения в образце. При увеличении номера моды колебаний 40 (фиг. 2-4) уменьшается расстояние между соседними зонами материала, подвергающимися усиленному механическому воздействию, за счет чего обеспечивается более детальное об- 45 следование объема материала испытуемого изделия. Если сравнить распределения Т(х,у) на третьей (фиг. 3) и пятой (фиг. 4) модах, то легко заметить, что максимумы Т(х,у) при п=5 попадают в районы минимумов распределения Т(х,у) при n = 3. Таким образом, последовательный контроль изделий на третьей, а затем на пятой модах ликвидирует "мертвые зоны" и повышает достоверность контроля.

Если при контроле образца на фоне стандартного распределения Т(х,у) характерного для данной моды колебаний, появляется локальный скачок температуры (cM. например, пик на фиг. 5), то в материале изделия имеет место дефект типа разрыва сплошности среды, и образец должен быть отбракован. Производить контроль такого образца на более высоких модах колебаний нецелесообразно.

При.контроле образцов, не имеющих дефектов, о неоднородности внутренней структуры их материалов ".-.ожно с-.— дить по отклонению параметров температурного распределения на поверхности образца от температурного распределейия, установленного для образцов, имеющих однородную структуру. Так,на фиг. 3 сплошной кривой показано стано дартное температурное распределение, а пунктирной кривой — распределение температур на поверхности образца с неоднородной структурой материала.

Если параметры температурного распределения контролируемого образца отличаются от стандартного распределения

Т(х,у) на моде с номером и 1, то образец должен быть отбракован, В случае, когда параметры температурного распределения образца, возбужденного на моде и 1, соответствуют стандартному распределению Т(х,y), контроль необходимо повторить на моде с номером и + 2. Если и в этом случае параметры температурного распределения образца соответствуют стандартному распределению Т(х,у), то образец следует признать качественным.

При массовом промышленном производстве и контроле изделий из диэлектриков основной целью контроля ь является отбраковка дефектных изделий, как правило, без идентификации и локализации дефектов, так как ремонт дефектных изделий из диэлектрических материалов технически и экономически нецелесообразен. Так, при контроле пьезокерамических элементов составных электроакустических пьезопреобразователей дефектные пьезоэлементы технически и экономически целесообразно отбраковывать без последующего их ремонта, в результате чего отпадает надобность в идентификации и локализации дефектов. Попадание дефектного пьезоэлемента в составной электроакустический пьезопреобразователь выводят из строя весь

1474531 пьезопреобразователь, содержащий несколько пьезоэлементов. Пьезопреобразователь в этом случае также не ремонтируется, а отбраковывается.

Предлагаемый способ неразрушающего контроля иэделий из диэлектрических материалов по сравнению с известными обладает более высокой информативностью, достоверностью и чувствительностью контроля вследствие его осуществления на высоких модах собственных колебаний образца, что обеспечивает более детальный контроль, а также контроль как по дефектам, связанным с нарушением сплошности материала изделия (раковины, трещины и т.д.), так и по неоднородности структуры материала изделия. Кроме того, способ обладает большей универсальностью контроля, вырыжающейся в возможности контроля изделий как из поляризованных, так и неполяризованных диэлектриков, обеспечивает возможность контроля изделий до проведения операций металлизации и поляризации, что снижает трудоемкость изготовления изделий и позволяет экономить драгоценный металл — серебро.

Указанные технические преимущества предлагаемого способа создают изобретению положительный технический эф-! фект, а с учетом крупносерийного изготовления промышленностью иэделий из диэлектрических материалов — и большой экономический эфффект.

10 формулаизобретения

Способ неразрушающего контроля изделий из диэлектрических материалов, заключающийся в возбуждении в изделии акустических колебаний и регистрации распределения температуры на его поверхности, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения информативности контроля и рас20 ширения класса контролируемых материалов, в изделии последовательно возбуждают акустические колебания на нескольких собственных нечетных модах выше первой, а о качестве .изделия судят по наличию отклонений параметров температурного распределения поверхности образца от температурного распределения, установленного для образцов, имеющих однородную структуру материала.

1474531

Составитель В. Филатова

Техред Л.Сердюкова Корректор Н. Король

Редактор Н. Тупица

Заказ 1886/41 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская.наб., д. 4/5

Производственно-издательск п1 комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101