Курсовая работа: Метрологическое обеспечение средств контроля
Контроль вихревыми токами можно выполнять без непосредственного механического контакта преобразователей с объектом, что позволяет вести контроль при взаимном перемещении преобразователя и объекта с большой скоростью.
Развитие вихретокового вида контроля идет в направлениях изыскания путей контроля изделий сложной конфигурации и многослойных объектов, усовершенствования способов отстройки от мешающих параметров, разработки многодатчиковых и многочастотных систем для комплексного контроля свойств объекта.
1.4 Радиоволновый вид НК
Радиоволновый вид неразрушающего контроля основан на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с ОК. Обычно применяют волны сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона длиной 1... 100 мм и контролируют изделия из материалов, где радиоволны не очень сильно затухают: диэлектрики (пластмассы, керамика, стекловолокно), магнитодиэлектрики (ферриты), полупроводники, тонкостенные металлические объекты. По характеру взаимодействия с объектом контроля различают методы прошедшего, отраженного, рассеянного излучения и резонансный. Первичными информативными параметрами служат амплитуда, фаза, поляризация, частота, геометрия распространения вторичных волн, время их прохождения и др.
1.5 Тепловой вид НК
Тепловой вид неразрушающего контроля основан на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов. Он применим к объектам из любых материалов. По характеру взаимодействия поля с ОК различают методы: пассивный или собственного излучения (на объект не воздействуют внешним источником энергии) и активный объект нагревают или охлаждают от внешнего источника). Измеряемым информативным параметром служит температура или тепловой поток.
При контроле пассивным методом измеряют тепловые потоки или температурные поля работающих объектов с целью определения неисправностей, проявляющихся в виде мест повышенного нагрева. Таким образом выявляют уменьшение толщины футеровки доменных и мартеновских печей, места утечки теплоты в зданиях, участки электроцепей и радиосхем с повышенным нагревом, находят трещины в двигателях и т. д.
При контроле активным методом объект обычно нагревают и измеряют температуру или тепловой поток с одной из сторон объекта. Это позволяет обнаруживать несплошности (трещины, пористость, инородные включения) в объектах, изменения в структуре и физико-химических свойствах материалов по изменению теплопроводности, теплоемкости, коэффициенту теплоотдачи. Таким способом выявляют участки с плохой теплопроводностью в многослойных панелях. Неплотное прилегание слоев и дефекты обнаруживают как участки повышенного или пониженного нагрева поверхности панели. Измерения температур или тепловых потоков выполняют контактным или бесконтактным способом. В последнем случае передача теплоты происходит в основном за счет радиации, т. е. излучения электромагнитных волн в инфракрасной или видимой части спектра в зависимости от температуры тела. Наиболее эффективным средством бесконтактного наблюдения, регистрации температурных полей и тепловых потоков является сканирующий тепловизор.
1.6 Оптический вид НК
Оптический вид неразрушающего контроля основан на наблюдении или регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с ОК. По характеру взаимодействия различают методы прошедшего, отраженного, рассеянного и индуцированного излучения. Последним термином определяют оптические излучения объекта под действием внешнего воздействия, например люминесценцию. Первичными информативными параметрами служит амплитуда, фаза, степень поляризации, частота или частотный спектр, время прохождения света через объект, геометрия преломления и отражения лучей.
Оптические методы имеют очень широкое применение благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. Возможность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта. Самым простым методом является органолептическнй визуальный контроль, с помощью которого находят видимые дефекты, отклонения от заданных формы, цвета и т.д. Применение инструментов (визуально-оптический контроль) типа луп, микроскопов, эндоскопов для осмотра внутренних полостей, проекционных устройств для контроля формы изделий, спроектированных в увеличенном виде на экран, значительно расширяет возможности этого метода. Использование интерференции позволяет с точностью до 0,1 длины волны контролировать сферичность, плоскостность, шероховатость, толщину изделий. Дифракцию применяют для контроля диаметров тонких волокон, толщины лепт, форм острых кромок.
Оптические методы широко применяют для контроля прозрачных объектов. В них обнаруживают макро- и микродефекты, структурные неоднородности, внутренние напряжения (по вращению плоскости поляризации). Использование гибких световодов, лазеров, оптической голографии, телевизионной техники резко расширило область применения оптических методов, повысило точность измерения.
1.7 Радиационный вид НК
Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с ОК. В зависимости от природы ионизирующего излучения вид контроля подразделяют на подвиды: рентгеновский, гамма-, бета- (поток электронов), нейтронный. В последнее время находят применение потоки позитронов, по степени поглощения которых определяют участки объекта, обедненные или обогащенные электронами.
Наиболее широко используют для контроля рентгеновское и гамма-излучения. Их можно использовать для контроля объектов из самых различных материалов, подбирая благоприятный частотный диапазон. Напомним, что эти виды излучения являются электромагнитными волнами.
Все рассмотренные ранее виды контроля основаны на применении электромагнитного излучения. Частота колебаний повышалась от метода к методу. При контроле магнитными и электрическими методами использовались постоянные или медленно изменяющиеся поля. В вихретоковом контроле частоты достигали мегагерцевого диапазона. Далее частота увеличивалась при использовании СВЧ, инфракрасного, оптического излучения. Рентгеновское и гамма-излучения являют-' ся наиболее коротковолновыми из всех рассмотренных ранее: гамма-излучение имеет длину волны 10-10 ... 10-13 м (частоту 3. 1018 ... 3. 1021 Гц).
По характеру взаимодействия с ОК основной способ радиационного (рентгеновского) и гамма-контроля – метод прохождения. Он основан на разном поглощении излучения материалом объекта и дефектом. Таким образом, информативный параметр здесь – плотность потока излучения: в местах утонений и дефектов плотность прошедшего потока возрастает. Чем больше толщина ОК,
тем более высокочастотное (более жесткое) излучение применяют, для контроля: рентгеновское, гамма- (от распада ядер атомов), жесткое тормозное (от ускорителя электронов: бетатрона, микротрона, линейного ускорителя). Предельное значение толщины объектов из стали, контролируемых с помощью излучения последнего типа, – около 600 мм. Приемником излучения служат: рентгенопленка (радиографический метод), сканирующий сцинтилляционный счетчик частиц и фотонов (радиометрический метод), флуоресцирующий экран с последующим преобразованием изображения в телевизионное (радиоскопический метод) и т. д. Наиболее перспективное направление развития радиационного контроля – вычислительная томография.
1.8 Акустический вид НК
Акустический вид неразрушающего контроля основан на регистрации параметров упругих волн, возникающих или возбуждаемых, в объекте. Чаще всего используют упругие волны ультразвукового диапазона (с частотой колебаний выше 20 кГц), этот метод называют ультразвуковым. В отличие от всех ранее рассмотренных методов здесь применяют и регистрируют не электромагнитные, а упругие волны, параметры которых тесно связаны с такими свойствами материалов, как упругость, плотность, анизотропия (неравномерность свойств по различным направлениям) и др.
Акустические свойства твердых материалов и воздуха настолько сильно отличаются, что акустические волны отражаются от тончайших зазоров (трещин, непроваров) шириной 10-6 ...10-4 мм. Этот вид контроля применим ко всем материалам, достаточно хорошо проводящим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бетону и т. д.
По характеру взаимодействия с ОК различают пассивный и активный методы. Пассивный акустический метод предусматривает регистрацию упругих волн, возникающих в самом объекте. Шумы работающего механизма (особенно, если обеспечить регистрацию таких информативных параметров, как место их возникновения и амплитудно-частотная характеристика) позволяют судить об исправности механизма и даже о характере неисправности. Этот пассивный метод акустического контроля называют шумовибрационным. Многие машины снабжают датчиками, регистрирующими уровень вибрации определенных узлов и прогнозирующими их работоспособность. Это вибрационный метод контроля или диагностики.
Перестройка структуры материала, вызываемая движением групп дислокаций, возникновением и развитием трещин, аллотропическими превращениями в кристаллической решетке, сопровождается появлением упругих волн ультразвукового (реже звукового) диапазона. На использовании этих волн основан метод акустической эмиссии. Используя такие информативные параметры, как количество сигналов в единицу времени, их частота, амплитудное распределение, локация места возникновения упругих волн, судят о состоянии материала, происходящих в нем изменениях, прогнозируют работоспособность конструкции.
Активные ультразвуковые методы применяются более широко. Для контроля используют стоячие волны (вынужденные или свободные колебания объекта контроля или его части), бегущие волны по схемам прохождения и отражения. Методы колебаний используют для измерения толщин при одностороннем доступе и контроля свойств материалов (модуля упругости, коэффициента затухания). Информативным параметром служат частоты свободных или вынужденных колебаний и их амплитуды. Используют также метод (импедансный), основанный на измерении режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с объектом. По амплитудам и резонансным частотам такого преобразователя (часто имеющего вид стержня) судят о твердости материала изделия, податливости (упругому импедансу) его поверхности. Податливость, в частности, (улучшается под влиянием дефектов, близких к поверхности изделия.
Наиболее широкое распространение получил метод отражения, или эхометод (рис. 4). Преобразователь 1 возбуждает в объекте контроля 2 ультразвуковой импульс. Он отражается от нижней поверхности объекта или дефекта 3 и принимается тем же (или другим) преобразователем. Генератор электрических импульсов 6 синхронизирован с генератором развертки 7 электронно-лучевой трубки 5. Отраженные сигналы усиливаются в 4 и вызывают появление на линии развертки пиков. На рисунке 4, а показаны посылаемый в изделие сигнал 8, эхосигнал от дефекта 9 и донный сигнал 10. Информативными параметрами в этом случае являются амплитуда и время прихода импульсов.
Рисунок 4 – Схема импульсного ультразвукового дефектоскопа:
а – контроль поковки прямым преобразователем, б – контроль сварного шва наклонным преобразователем
Эхометод очень широко применяют для дефектоскопии металлических заготовок и сварных соединений (рис. 4, б), контроля структуры металлов, измерения толщины труб и сосудов. Значительно реже используют метод прохождения. Им дефектоскопируют изделия простой формы (листы), оценивают прочность бетона, дерева и других материалов, в которых прочность коррелирует со скоростью ультразвука.
Средством возбуждения и приема ультразвуковых волн, как правило, служат пьезоцреобразователи. Учитывая сильное отражение ультразвука от тончайших воздушных зазоров, для передачи волн от пьезопреобразователя к изделию используют жидкостный контакт. Для возбуждения волн звукового диапазона кроме пьезо-преобразователей применяют ударное воздействие, а для приема – микрофоны.
Из многочисленных направлений развития акустических методов контроля назовем разработку бесконтактных преобразователей: лазерных возбудителей и приемников, электромагнитно-акустических преобразователей, основанных на возбуждении колебаний поверхности объекта внешним электромагнитным полем. Это открывает возможность повышения производительности при автоматическом контроле.
Ряд работ направлен на отстройку от шумов, главным образом связанных с отражением упругих волн от структурных неоднородностей, например границ кристаллов в поликристаллическом материале. Осваивается применение специфических типов упругих волн в твердом теле: поверхностных волн, волн в пластинах и стержнях. Это существенно расширяет область изделий, доступных контролю. Разработка средств высокоточного измерения скорости ультразвуковых волн открывает возможности измерения внутренних напряжений в твердых телах по изменению скорости или затухания.
Разрабатывают новые способы обработки информации, где очень перспективна вычислительная ультразвуковая голография. Например, используя пьезопреобразователи так, как показано на рисунке 4, сканируют большой участок (порядка 200×200 мм) поверхности объекта контроля. Получаемую при этом информацию направляют в память ЭВМ. Дальнейшую обработку всей информации, полученной на большом участке сканирования, выполняют на ЭВМ, используя те же алгоритмы, которые реализуются в оптической голографии при наложении световых пучков. Благодаря этому удается значительно точнее представить форму и размеры выявляемых дефектов и более обоснованно судить об их потенциальной опасности.
1.9 НК проникающими веществами
Неразрушающий контроль проникающими веществами основан на проникновении пробных веществ в полость дефектов ОК. Его делят на методы капиллярные и течеискания. Капиллярные методы основаны на капиллярном проникновении в полость дефекта индикаторной жидкости (керосина, скипидара), хорошо смачивающей материал объекты. Их применяют для обнаружения слабо видимых невооруженным глазом поверхностных дефектов.