Способ ультразвукового контроля материалов

 

Изобретение относится х средствам неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для контроля поверхности композиционных материалов. Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет регистрации акустической эмиссии. Последняя возбуждается в зоне контакта подшипника качения при сканировании им поверхности контролируемого материала Эта эмиссия принимается в ультразвуковом диапазоне и го ее спектру судят о качестве поверхности 2 ил

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 6 01 N 29/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4913214./28 (22) 20.02,91 (46) 07.07.93. Бюл. ¹ 25 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) В.Б,Несвижский, В.А.Тюлин, А.И.Фефер, А.Ф.Мевис, А,Н.Богаченков, О.B,Ñîêîлова и Т.Н.Торосян (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1249021, кл. G 01 И 29/04; 1965.

Natur. Phys. Scl., 1971, 233, N. 43, р.163164.

Грешников В.А. и др, Акустическая эмиссия. М.: Стандарты. 1976, с.270.

Потапов А,И. и др. Неразрушающий контроль, конструкций. М.: Машиностроение, 1977, с.190.

Авторское свидетельство СССР № 974256, кл. G 01 N 29/04, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1467501, кл. 6 01 N 29/26, 1987.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано на предприятиях, изготовляющих или использующих композиционные материалы (KM) или монослои из них для контроля их качества.

Особое значение для разработки КМ и изделий из них имеет анализ состояния и прочности границы раздела компонентов.

Состояние структуры и прочность соединения компонентов в KM определяют поведение материалов под нагрузкой, надежность и долговечность конструкций из них.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля прочности КМ... Ы 1826Q59 А1 (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится х средствам неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для контроля

" поверхности композиционных материалов, Цель изобретения — повышение достоверности контроля за счет регистрации акустической эмиссии. Последняя возбуждается в зоне контакта подшипника качения при сканировании им поверхности контролируемого материала. Эта эмиссия принимается в ультразвуковом диапазоне и по ее спектру судят о качестве поверхности. 2 ил. и

На фиг.1 изображена схема устройства, Qg реализующего способ контроля; на фиг.2 — р сопоставление прочностных характеристик

KM с уровнем акустического сигнала.

Схема устройства, реализующего способ контроля, содержит механизм 1 переме- (Л щения и создания усилия (фиг.1), связанный 43 с неподвижной станиной 2, и электронный блок 3 управления и индикации. >

Механизм 1 состоит из корпусам 4, ка- д тушки 5 электромагнитного преобразователя

6, расположенной на штоке 7. соединенном с корпусом 8 предусилителя 9. установленным на двух мембранах 10. пьезопреобразователя 11, закрепленного на эвукопроводящем стержне 12, конец которого соединен с

1826059 кронштейном 13, где находится подшипник качения 14, контактирующий с контролируемым изделием 15, а также двухкоординатного стола 16; Блок 3 устройства содержит основной усилитель 17, блок 18 обработки сигналов, суммирующий счетчик 19 и блок автоматики, управляющий работой устройства (не показан).

Предлагаемый способ контроля состоит из следующих операций: 10 контролируемый KM устанавливают на стол; звукопроводящий стержень с подшипником качения перемещают вниз до соприкосновения с поверхностью КМ с определен- "5 ным усилием нажатия в пределах упругих деформаций; . регистрируют акустическую эмиссию из зоны контакта подшипника качения с поверхностью KM и по ней судят о качестве 20 изделия, Если структура KM на границе соединения компонентов имеет несплошности (микротрещины, поры, неоднородность, различный . уровень прочности соединения компонен- 25 тов и др.), в ней возникают упругие волны как при нагружении, так и снятии механической нагрузки. Эти процессы происходят параллельно, так как одновременно с разгрузкой вследствие непрерывного движе- 30 ния подшипника качения нагружается соседний участок. Возникающие при этом сигналы акустической эмиссии имеют разную интенсивность, Когда механические напряжения в KM 35 находятся в пределах упругости, частицы матрицы после снятия нагрузки полностью восстанавливают свои размеры и форму, возникающие при сжатии отдельные связи (адгезионные связи) "рвутся", что сопровож- 40 дается достаточно сильным упругим перемещением в структуре. При разрыве связей упругое последействие сопровождают волновые импульсы сжатия или растяжения, которые распространяются внутри КМ,. 45 достигая поверхности контакта с подшипни- ком качения 14, являющимся частью звукопроводящей цепи, затем через кронштейн

13, стержень 12 поступают на пьезопреобразователь 11, где преобразуются в электри- 50 ческие сигналы. Эти сигналы усиливаются предварительным усилителем 9, затем основным усилителем 17, поступают в блок 18 обработки сигналов (e простейшем случае детектор) и подаются на суммирующий счет- 55 чик 19 (блок индикации), Пример. Контролю с помощью предлагаемого способа подвергались матрица

КМ, волокно бора диаметром 0,01 мм и монослои толщиной 0,22 мм четырех видов; с двухсторонним напылением матрицы 1 (фиг.2), на основе алюминированного борного волокна 2, с уплотненной матрицей 3 при помощи прокатки, с подогревом волокна в процессе напыления 4. Каждый вид монослоя испытывался на шести образцах, Образцы нагружались подшипником качения со стороны матрицы на макете устройства, реализующем способ, усилием 2,3 кГс. При этом напряжения, возникающие в

КМ, не превышали предел упругости; суммарные акустические сигналы регистрировались со стороны напыления образцов.

Пьезопреобразователь имел резонансную частоту 300 кГц, полоса пропускания предварительного усилителя — 0,1 — 0,5 МГц, коэффициент усиления — 100. Скорость движения подшипника качения по образцу

KM составляла 0,2 м/с, Это дает возможность лист КМ длиной 2 м, шириной 0,5 м при ширине подшипника качения 8 мм проверять в течение 10 мин. При точечном контроле с шагом 2 мм в обоих направлениях такое испытание потребовало бы не менее 70 ч.

Прочностные характеристики (на растяжение) исследуемых KM были сняты на испытательной машине INS-10Т при скорости подвижного захвата 0,5 мм/мин. При получении результатов деформирования использован тензометр с базой 20 мм.

Сравнительные результаты уровня акустических сигналов и прочностных характеристик представлены на фиг.2 для каждого вида исследуемых KM.

Анализ экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том. что уровень акустических сигналов может служить показателем дефектности компонентов КМ и состоянием границы раздела между ними, По уровню акустических сигналов можно судить о прочностных (напряжение оц) и упругих (модуль Е) характеристиках исследуемого КМ; чем больше эти величины, тем ниже число импульсов акустической эмиссии N g, обусловленное несплошностью (дефектностью) структуры.

Получена информация о состоянии каждого компонента KM и его самого в целом.

Например, а) в случае плазменного метода формирования металлической матрицы из алюминия марки АД-1 сигналы акустической эмиссии возникали при нагрузке от 1,3 — 3,2 кгс и отождествлялись с общим количеством пор в матрице от 5515ф соответственно; б) дефектность армирующих борных волокон проявлялась при существенно больших нагрузках до 12,3

КГс, что, очевидно, объясняется прочностью

1826059 волокон (Е = 40 10 МПа, ое =, 350 †5

° МПа). Наличие сигналов акустической эмиссии в волокнах обусловлено дефектностью структуры границы раздела КМ.

Проведенный анализ показал работоспособность предложенного способа контроля и его преимущества по сравнению с прототипом и аналогами с точки зрения повышения качества и производительности контроля КМ.

Формула изобретения

Способ ультразвукового контроля материалов, заключающийся атом, что поверхность контролируемого материала контактируют с ка тящимся звукопроводом ультразвукового преобразователя, сканируют эту поверхность по заданной траектории и регистриру, ют сигналы этого преобразователя, по которым определяют результаты контроля, 5 отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля прочности композиционных материалов или монослоев из них, в качестве катящегося звукопроаода используют подшипник каче10 ния, которым нагружаюг поверхность контролируемого материала усилием нажатия более 30 гс, а в качестве сигналов укаэанного преобразователя регистриру.от акустическую эмиссию из зоны контакта псдшипника

15 качения с поверхностью контролируемого материала.

1826059

Составитель А.Фефер

Техред М.Моргентал

Корректор Е.Папп

Редактор С.Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2318 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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