Конспект лекций по дисциплине введ-направ. Конспект лекций по дисциплине Введение в направление
 Скачать 11.02 Mb.
|
|
Вихретоковая толщинометрия применяется для измерения толщины металлизации на неметаллических материалах (например, заготовки для печатных плат в радиоэлектронике) или наоборот – толщины защитных неметаллических покрытий на металле (например, электроизоляция). Понижение толщины исследуемого покрытия вызывает уплотнение поля вихревых токов под датчиком и усиление его влияния на амплитуду тока в катушке. Поскольку существует корреляция между толщиной покрытия и плотностью создаваемого поля токов Фуко, это и дает возможность численной оценки толщины покрытия этим методом, но в пределах не более 2 мм. VII. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ Электрический контроль включает в себя три метода: электропотенциальный, электроискровой и электроемкостный. Электропотенциальный метод предназначен для измерения глубины наружных трещин в металле, выявленных ранее иными методами. Он основан на измерении электрического сопротивления R (микроомы) локального исследуемого участка электропроводящего объекта и сравнении результата с сопротивлением аналогичного эталонного (заведомо бездефектного) элемента такой же длины. Однако в таких условиях речь идет об измерении очень малых значений сопротивления, поэтому используется ток высокой частоты, характеризующийся активным проявлением так называемого скин-эффекта, а в качестве измеряющего устройства применяется измеритель очень малых значений электросопротивления – микроомметр, включенный по схеме моста Уинстона. Скин-эффект (от английского «skin» – «шкура») состоит в том, что электрическое поле тока высокой частоты (ВЧ) охватывает не всю высоту сечения проводника, а лишь сегментообразную приповерхностную зону между электродами (см. рисунок 19).  Рисунок 19. К пояснению понятия «скин-эффект». При этом максимальная глубина проникновения тока в материал δ зависит от частоты тока:  (4)где δ - глубина проникновения тока в материал, м; ω – круговая частота тока, с-1; μа – абсолютная магнитная проницаемость материала, Гн/м; σ = 1/ρ – удельная электрическая проводимость материала, Ом-1×м-1; f – линейная частота тока, Гц. Принцип действия электропотенциального метода измерения глубины трещины показан на рисунке 20.  а) б) Рисунок 20. Принцип действия электропотенциального метода измерения глубины трещины. Как видно из рисунка, при неизменной дистанции L между электродами (обеспечивается конструкцией датчика) электросопротивление R0 бездефектного участка (вариант «а») меньше сопротивления R участка с трещиной (вариант «б»), так как во втором случае основная часть тока, идущего вблизи поверхности, вынуждена обтекать трещину. Установлено, что существует достаточно выраженная пропорция между глубиной трещины h и разностью этих сопротивлений, что и позволяет применять этот метод. На этом принципе, например, построен трещиномер ИГТ-10. Электроискровой и электроемкостный методы широко используются в машиностроении, судостроении, авиационной и космической промышленности и предназначены для измерения толщины изолирующих покрытий проводников в электрических системах. Кроме того, электроискровой метод позволяет обнаруживать места сквозного пробоя изоляции. При этом основным элементом аппаратуры является измеритель очень больших значений электросопротивления – мегаомметр, один полюс которого подключается к исследуемому проводнику, а второй – к электроду, которым сканируют поверхность изоляции. В местах, где имеет место уменьшение ее толщины, наблюдается пропорциональное этому уменьшение сопротивления, а там, где есть сквозной пробой, возникает вольтова дуга (искра), поскольку прибор использует ток большой силы. В этом случае показания прибора пульсируют (см. рисунок 21).  а) б) в) Рисунок 21. Реакция электроискрового прибора на состояние изоляции: а – на бездефектном участке; б – в зоне утонения изоляции; в – на пробое. При электроемкостном методе основным элементом аппаратуры является измеритель емкости – микрофарадометр, один полюс которого подключается к исследуемому проводнику, а второй – к специальной металлической пластине, которой сканируют поверхность изоляции. Проводник и пластина, разделенные изоляцией, в совокупности создают конденсатор большой емкости. В местах, где есть уменьшение толщины изоляции, наблюдается пропорциональное этому уменьшение емкости (см. рисунок 22).  а) б) Рисунок 22. Реакция электроемкостного прибора на состояние изоляции: а – на бездефектном участке; б – в зоне утонения изоляции. VIII. РАДИОВОЛНОВЫЙ КОНТРОЛЬ Радиоволновый контроль применяется главным образом в строительстве для поиска и исследования металлических включений в неметаллических материалах (например, арматура в железобетоне или трассировка скрытой электропроводки в стене здания, если ее схема утеряна). Этот вид контроля может быть реализован двумя методами: 1. Сквозной (радиотеневой). 2. Радиолокационный. Радиоволновый контроль основан на том, что все металлы являются препятствием для радиоволн, отражая либо поглощая их (поглощение радиоволн происходит путем их преобразования в электрический ток в металле, если этот металл надежно заземлен). Сквозной (радиотеневой) метод относится к классу методов прохождения. Он состоит в том, что сквозь исследуемый объект пропускают поток радиоволн (см. рисунок 23-а). Если на пути потока в объекте имеется металлическое включение, оно оттеняет часть волнового потока, и амплитуда А сигнала на приеме падает относительно значения А0, полученного на свободном участке, что и является признаком присутствия металлического включения (см. рисунок 23-б).  а)  б) Рисунок 23. Принцип сквозного радиоволнового метода: а – на участке объекта без металлических включений; б – на участке с металлическим включением. Достоинства сквозного метода: 1. Может быть реализован в непрерывном режиме излучения радиоволн, что существенно упрощает радиоаппаратуру. 2. Некритичен к заземлению исследуемых металлических включений. Недостатки сквозного метода: 1. Требует двустороннего доступа к объекту с максимально соосным расположением антенн излучателя и приемника. 2. Не дает возможности определять глубину залегания металлических включений. Радиолокационный метод относится к классу методов отражения. Он состоит в том, что в исследуемый объект запускают импульсы радиоволн (см. рисунок 24). Если на пути потока в объекте имеется незаземленное металлическое включение, оно отражает часть волнового потока, и совмещенная по излучению и приему антенна прибора принимает радиоэхо от металлического включения.  Рисунок 24. Принцип радиолокационного метода. Достоинства радиолокационного метода: 1. Не требует двустороннего доступа к объекту. 2. Позволяет автоматически определять глубину залегания металлических включений: h = 0,5C × t – n, (VIII.1) где C – скорость распространения радиоволн (скорость света); t – время между посылкой импульса и приемом его отражения (измеряется в наносекундах); n – фиксированная величина зазора между поверхностью объекта и антенной. Недостатком радиолокационного метода является то, что заземленные металлические включения дают слабое отражение радиоволн. IX. РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ Все методы радиационного контроля основаны на пропускании ионизирующего излучения через твердый материал объекта и поэтому относятся только к классу методов прохождения. Радиационные методы чаще всего применяют при контроле качества сварных соединений. К таким методам относятся: 1. Рентгенографический. 2. Гаммаграфический. 3. Рентгеноскопический. Схема рентгенографического метода показана на рисунке 25. Источником излучения является специальный генерирующий аппарат, располагаемый по одну сторону от объекта, а на другой стороне крепится рентгеновская фотопленка, упакованная в гибкую светонепроницаемую кассету. Аппарат управляется дистанционно (ДУ) с помощью реле времени, которым задается время просвечивания (экспозиции). Требования к методу изложены в ГОСТ 7512-82 «Контроль неразрушающий. Радиографический метод» [14]. Гаммаграфический метод (рисунок 26) отличается от рентгенографического тем, что здесь применяются негенерирующие (т.е. непрерывно самоизлучающие) мощные естественные источники гамма-излучения – элементы из радиоактивных металлов (уран, стронций, иридий, кобальт), помещенные в специальные переносные свинцовые колбы с дистанционно управляемым затвором. Этот метод характеризуется большей мощностью излучения, чем рентгенографический, и поэтому позволяет осуществлять контроль более толстых стальных объектов – до 40 мм (рентгенографический – до 25 мм). Он не требует электропитания, но лаборатории, применяющие его, должны быть обязательно обеспечены специальным хранилищем для источников излучения и специальным автомобилем для их перевозки.  Рисунок 25. Схема рентгенографического метода.  Рисунок 26. Схема гаммаграфического метода. В отличие от рентгенографического и гаммаграфического рентгеноскопический метод (рисунок 27) – стационарный, так как в этом случае мощный рентгеновский аппарат, преобразователь изображения и контролируемый объект должны быть помещены в специальной камере (бункере). Толстые стены камеры выполнены из бетона со свинцовым наполнителем (дробь), помещение снабжено датчиками присутствия, а входная дверь – датчиком закрытия: система не будет работать, если дверь камеры открыта или в камере находятся люди. Из трех рассматриваемых здесь методов рентгеноскопический – самый мощный, он позволяет просвечивать стальные изделия толщиной до 80 мм. Получаемое изображение преобразуется в телевизионное и по кабелю передается на монитор, расположенный в удаленном от рентген-камеры помещении оператора.  Рисунок 27. Схема рентгеноскопического метода. Все радиационные методы связаны с высокой опасностью. Поэтому специальными нормативными документами [15÷18] предусмотрены следующие особые меры безопасности при их осуществлении. 1. При проведении рентгенографического и гаммаграфического контроля в зоне работ не должно быть посторонних лиц. Эта зона ограничивается радиусом 25 м от места съемки для рентгенографического и 50 м для гаммаграфического метода. При этом источник излучения следует ориентировать в таком направлении, в котором наименее вероятно присутствие людей. 2. Участок проведения рентгенографического и гаммаграфического контроля должен быть обнесен съемным ограждением. В перекрытых проходах и проездах должен быть вывешен знак радиационной опасности (см. рисунок 28). 3. Оператор должен быть одет: при проведении рентгенографического контроля – в белый халат или комбинезон и в белый головной убор; при проведении гаммаграфического контроля – также и в специальный защитный фартук со свинцовым наполнителем. 4. При проведении контроля любыми радиационными методами оператор должен иметь при себе счетчик Гейгера для контроля окружающего радиационного фона, а также индивидуальный нагрудный радиационный дозиметр для фиксирования накопленной дозы облучения. В процессе экспозиции оператор должен следить за окружающим фоном и в случае превышения допустимого уровня удалиться от источника на безопасное расстояние. Лица, у которых индивидуальным дозиметром зафиксировано превышение допустимой дозы облучения, отстраняются от участия в проведении радиационного контроля на срок, устанавливаемый органами Роспотребнадзора. 5. На наружной стороне дверей помещений для хранения источников излучения, дверей рентген-камер для рентгеноскопического контроля и на бортах спецавтомобилей для перевозки средств гаммаграфического контроля должен быть нанесен знак радиационной опасности. На двери рентген-камеры рекомендуется смонтировать подсветку знака с загоранием синхронно с включением аппарата. Спецавтомобиль должен быть также снабжен желтым проблесковым маячком и специальным поддоном в днище салона для доставки неисправных источников к месту их захоронения (заклинивание открытого затвора источника гамма-излучения является радиационной аварией, и такой источник ремонту не подлежит). 6. Все лаборатории, осуществляющие радиационный контроль, должны иметь соответствующую лицензию и санитарно-гигиенический паспорт (заключение), выдаваемые органами Роспотребнадзора. Отдельными паспортами должны быть обеспечены рентген-камеры и спецавтомобили.  Рисунок 28. Знак радиационной опасности. Достоинствами радиационных методов являются наглядность результатов контроля и возможность выявления мелких округлых дефектов (пор), которые ультразвуковой дефектоскопией выявляются ненадежно. Кроме высокой опасности, радиационные методы обладают следующими недостатками. 1. Аппаратура не склонна к портативности (вес наиболее легких аппаратов серии «АРИНА» и «МИРА» в полном комплекте достигает 20 кг). 2. Аппараты для рентгеновского контроля характеризуются большим расходом электроэнергии; рентгенографический и гаммаграфический методы – расходом пленки и средств ее химической обработки. 3. Главным недостатком является невозможность обнаружения наиболее опасных плоскостных дефектов, так как они практически не влияют на торможение лучистой энергии: совокупная плотность остается одинаковой в области дефекта и вне ее (см. рисунок 29). В конце 1990-х годов по результатам обширных международных исследований было установлено, что достоверность радиационного контроля металла в среднем составляет лишь 19%. В связи с этим интерес к радиационным методам сегодня постепенно снижается: большинство лабораторий предпочитает применять ультразвуковой контроль, втрое более достоверный и полностью безопасный.  Рисунок 29. Пропуск радиационным методом существующего дефекта. X. АКУСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ Из всех видов неразрушающего контроля акустический – самый «богатый» по количеству методов. Классификация этих методов приведена в таблице 8. Таблица 8. Методы акустического контроля.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||