Дефекты неметаллических материалов. Применение капиллярных методов неразрушающего контроля изделий из неметаллических материалов
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
1.3 Методы неразрушающего контроля, применяемые для оценки качества изделий из неметаллических материалов Композиционные материалы применяются в изделиях повышенной опасности, следовательно, нуждаются в контроле. Обнаружить дефекты композиционных материалов можно следующими методами неразрушающего контроля: контроль проникающими веществами; акустический метод контроля; оптический метод контроля; радиационный метод контроля; радиоволновой метод контроля; тепловой метод контроля. Согласно ГОСТ Р 53696-2009 [6] оптический неразрушающий контроль это неразрушающий контроль, базирующийся на анализе взаимодействия оптического излучения с объектом контроля. Метод оптического неразрушающего контроля базируется на определении параметров оптического излучения, отраженного от объекта контроля. Оптический метод контроля считается довольно эффективным и удобным способом обнаружения поверхностных дефектов: трещины, задиры, локальные вмятины, оборванные нити, складки и полосы, появляющиеся при нарушении технологии укладки поверхностных монослоёв раскрытием более 0,1 мм. 16 С визуального осмотра начинается контроль объектов. Визуальный метод контроля эффективен для контроля качества дефектов материалов, например, неравномерность толщины листов стеклопластика. Визуальным контролем проверяют поступающий материал в виде труб, отводов, муфт, которые по форме, размерам и качеству обязаны соответствовать требованиям стандарта. Данный контроль осуществляется для решения вопросов о возможности их технической эксплуатации в сварной конструкции или же о необходимости более подробной инструментальной дефектоскопии. Визуальный контроль швов осуществляется путем сравнения их с контрольными образцами, а также путем измерения наружного сварочного грата швов во взаимнопротивоположных зонах периметра шва. При этом используются шаблоны, штангенциркуль, измерительная лупа, точность которых должна быть не менее 1 %. Контрольные образцы должны храниться на предприятии, выполняющем и контролирующим сварочные работы. Рисунок 1 – Проведение оптического контроля Согласно НРБ-99 [7], радиационный контроль — получение информации о радиационной обстановке в организации, в окружающей среде и об уровнях облучения людей (включает в себя дозиметрический и радиометрический контроль). Радиационный метод контроля позволяет обнаруживать дефекты внутренней структуры, такие как: раковины, трещины, газовые поры, недопрессовки и расслоения, складки в системе армирования, инородные тела в связующем и т.д. Радиографический метод контроля базируется на 17 способности рентгеновских лучей проникать через материал и воздействовать на светочувствительную рентгеновскую пленку, находящуюся с обратной стороны. В местах, где имеются дефекты контролируемого материала, поглощение лучей будет меньше, и они будут более активно воздействовать на чувствительный слой рентгеновской пленки. Согласно ГОСТ 23829-85 [8] под акустическим контролем понимают неразрушающий контроль, основанный на применении упругих колебаний, возбуждаемых или возникающих в объекте контроля. Акустический метод неразрушающего контроля находит свое применение в широком спектре областей. Он может использоваться для анализа объектов железнодорожного транспорта, в нефтегазовой промышленности, металлургии, на объектах горнорудной промышленности, а также при анализе котлов и химически опасных производств. Ультразвуковой метод контроля является работоспособным способом выявления дефектов внутренней структуры (непроклеи и расслоения между монослоями структуры), так и поверхностные (царапины, задиры). Минимальные размеры определяемых дефектов внутренней структуры композиционных материалов вида «непроклей» составляют площадь порядка 0,8 - 1,0 см 2 Чаще всего ультразвуковой контроль используют для контроля шасси, лопастей и различных деталей корпуса самолетов. Принцип работы ультразвукового контроля заключается в использовании ультразвуковых колебаний исходящие из генератора. Они проходят по всему объекту и выявляют различного рода дефекты, потом приемник принимает ультразвуковые волны и показывает информацию о дефекте. 18 Рисунок 2 – проведение акустического контроля Тепловой контроль, согласно ГОСТ 23483–79 [9], вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации и преобразовании инфракрасного излучения в видимый спектр. Тепловой метод используется во всех отраслях промышленности, где по неоднородности теплового поля можно давать заключение о техническом состоянии контролируемых объектов. Тепловой метод предполагает нагрев объекта специальными внешними источниками энергии для создания тепловых потоков, которые являются основным условием применения теплового контроля. Температурное поле поверхности объекта является источником информации об особенностях процесса теплопередачи, которые, зависят от наличия внутренних или наружных дефектов. Этот метод используется, если в процессе эксплуатации контролируемый объект не подвергается достаточному тепловому воздействию (например, детали из композиционных материалов), либо измерение температуры объекта в процессе эксплуатации технически невозможно (лопасти вертолета). Позволяет определять наличие коррозии под краской и между слоями; расслоения и непроклеи; ослабление сцепления между слоями; наличие воды или масла в сотах; пористость; ударные повреждения (например, смятие сот) и т.д. 19 Рисунок 3- Термограммы зон с ударным повреждением углепластикового композита Согласно, ГОСТ 18442-80 [10] капиллярный метод контроля позволяет контролировать объекты, выполненные из любого материала, в том числе из стекла, керамики, пластмассы, и прочих неметаллических материалов, с шириной раскрытия дефекта до 500 мкм и глубины более 0,02 мм. Капиллярный контроль бывает цветной и люминесцентный. Люминесцентный метод контроля, применяется для выявления наружных дефектов, преимущественно трещин, а также для контроля на непроницаемость. Данный метод основан на свойстве некоторых жидкостей флуоресцировать (светиться) под действием ультрафиолетовых лучей. В качестве флюоресцирующих жидкостей используют смеси минерального масла с керосином или бензином. Конечной операцией является осмотр поверхности детали с освещением невидимыми ультрафиолетовыми лучами. Цветной метод контроля (метод красок) основан на том, что обнаружение дефекта осуществляется с помощью растворов красящих веществ, проникающих вглубь дефекта. В отличие от люминесцентных методов цветные методы контроля не требуют источников ультрафиолетовых 30 лучей и позволяют определять поверхностные дефекты в материалах и изделиях при обычном дневном свете. Эта особенность цветных методов делает их наиболее приемлемыми для использования в полевых условиях [11]. Рисунок 4 - Дефекты, обнаруженные капиллярным методом контроля Более подробная информация о методах неразрушающего контроля, типах дефектов, области применения представлена в приложении A. Все вышерассмотренные методы неразрушающего контроля пригодны для контроля качества изделий из неметаллических материалов, однако у каждого из них есть своя более выгодная область применения. С помощью оптического методы можно определить дефекты с раскрытием более 0,1 мм. Радиографический метод позволяет обнаружить как поверхностные, так и внутренние дефекты с минимальным раскрытием 200 мкм. С помощью акустического метода можно определить дефекты внутренней структуры. Тепловой контроль позволяет обнаружить поверхностные, а так же скрытые внутренние дефекты. С помощью капиллярного контроля можно обнаруживать дефекты, выходящие на поверхность, с раскрытием менее 1 мкм. А так как к наиболее ответственным деталям и узлам, например, корпус ракетного двигателя, предъявляются повышенные требования к качеству, а также для визуализации дефектов невидимых глазу, появляется необходимость использования капиллярного контроля. 21 2. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 2.1. Технологий QuaD Технология QuaD (QUality ADvisor) представляет собой гибкий инструмент измерения характеристик, описывающих качество новой разработки и ее перспективность на рынке и позволяющие принимать решение целесообразности вложения денежных средств в научно-исследовательский проект. В основе технологии QuaD лежит нахождение средневзвешенной величины следующих групп показателей: 1) Показатели оценки коммерческого потенциала разработки: влияние нового продукта на результаты деятельности компании; перспективность рынка; перспективы конструирования и производства; финансовая эффективность; правовая защищенность. 2) Показатели оценки качества разработки: динамический диапазон; вес; ремонтопригодность; энергоэффективность; долговечность; эргономичность; унифицированность; уровень материалоемкости разработки. Для сравнения конкурентоспособности методов неразрушающего контроля при контроле изделий из неметаллов выбран капиллярный метод. 22 Выбранные показатели для оценки конкурентоспособности метода показаны в таблице 3. Таблица 3 – Оценочная карта для сравнения конкурентных технических решений Критерии оценки Вес критерия Баллы Максима льный балл Относите льное значение (3/4) Средневзв ешенное значение (5х2) 1 2 3 4 5 6 Показатели оценки качества разработки 1.Энергоэффективн ость 0,15 70 100 0,7 0,12 2.Надежность 0,15 90 100 0,9 0,135 3.Уровень шума 0,1 80 100 0,8 0,135 4.Простота эксплуатации 0,05 80 100 0,6 0,06 Показатели оценки коммерческого потенциала разработки 5. Перспективность рынка 0,35 90 100 0,9 0,27 6. Цена 0,05 60 100 0,6 0,02 7. Срок выхода на рынок 0,15 70 100 0,6 0,06 Итого 1 Оценка качества и перспективности по технологии QuaD определяется по формуле: П ср = ∑ В 𝑖 ∗ Б 𝑖 , (1) где П ср – средневзвешенное значение показателя качества и перспективности научной разработки; B i – вес показателя (в долях единицы); Б i – средневзвешенное значение i-го показателя. П ср = 0.15 ∗ 70 + 0.15 ∗ 90 + 0.1 ∗ 80 + 0.05 ∗ 80 + 0.35 ∗ 90 + 0.05 ∗ 60 + 0.15 ∗ 60 = 10,5 + 13.5 + 8 + 4 + 31,5 + 3 + 10,5 = 81 Показатель П ср = 81 говорит о том, что разработка считается перспективной и следует развивать ее. 23 2.2. Планирование научно-исследовательских работ 2.2.1. Структура работ в рамках научного исследования Планирование комплекса предполагаемых работ осуществляется в следующем порядке: определение структуры работ в рамках научного исследования; определение участников каждой работы; установление продолжительности работ; построение графика проведения научных исследований. Для выполнения научных исследований формируется рабочая группа, в состав которой могут входить научные сотрудники и преподаватели, инженеры, техники и лаборанты, численность групп может варьироваться. По каждому виду запланированных работ устанавливается соответствующая должность исполнителей. В данном разделе необходимо составить перечень этапов и работ в рамках проведения научного исследования, провести распределение исполнителей по видам работ. Примерный порядок составления этапов и работ, распределение исполнителей по данным видам работ приведен в табл. 4. Таблица 4 – Перечень этапов, работ и распределение исполнителей. Основные этапы № раб Содержание работ Должность исполнителя Разработка технического задания 1 Составление и утверждение технического задания Руководитель Выбор направления исследований 2 Подбор и изучение материалов по теме Дипломник 3 Выбор направления исследований Руководитель 4 Календарное планирование работ по теме Руководитель 24 Продолжение таблицы 4 Теоретические и экс- периментальные ис- следования 5 Подготовка образцов для экспериментов Дипломник 6 Построение макетов (моделей) и проведение экспериментов Дипломник 7 Сравнение экспериментальных результатов по итогам трех методов неразрушающего контроля Дипломник Обобщение и оценка результатов 8 Расшифровка данных и сравнение с имеющимися показателями Дипломник Оформления отчета по НИР 9 Составление пояснительной записки Руководитель, дипломник 2.2.2. Определение трудоемкости выполнения работ Трудовые затраты в большинстве случаях образуют основную часть стоимости разработки, поэтому важным моментом является определение трудоемкости работ каждого из участников научного исследования. Трудоемкость выполнения научного исследования оценивается экспертным путем в человеко-днях и носит вероятностный характер, т.к. зависит от множества трудно учитываемых факторов. Для определения ожидаемого (среднего) значения трудоемкости t ожi используется следующая формула: 𝑡 ож𝑖 = 3𝑡 𝑚𝑖𝑛 𝑖 +2𝑡 𝑚𝑎𝑥𝑖 , (2) 5 где t ожi – ожидаемая трудоемкость выполнения i-ой работы чел.-дн.; t mini – минимально возможная трудоемкость выполнения заданной i-ой работы (оптимистическая оценка: в предположении наиболее благоприятного стечения обстоятельств), чел.-дн.; t maxi – максимально возможная трудоемкость выполнения заданной i-ой работы (пессимистическая оценка: в предположении наиболее неблагоприятного стечения обстоятельств), чел.-дн. 50 Исходя из ожидаемой трудоемкости работ, определяется продолжительность каждой работы в рабочих днях Т р , учитывающая параллельность выполнения работ несколькими исполнителями. Такое вычисление необходимо для обоснованного расчета заработной платы, так как удельный вес зарплаты в общей сметной стоимости научных исследований составляет около 65 %. 𝑡 ож𝑖 𝑇 𝑝𝑖 Ч 𝑖 , (3) где T рi – продолжительность одной работы, раб. дн.; t ожi – ожидаемая трудоемкость выполнения одной работы, чел.-дн.; Ч i – численность исполнителей, выполняющих одновременно одну и ту же работу на данном этапе, чел. 2.2.3. Разработка графика проведения научного исследования При выполнении дипломных работ студенты в основном становятся участниками сравнительно небольших по объему научных тем. Поэтому наиболее удобным и наглядным является построение ленточного графика проведения научных работ в форме диаграммы Ганта. Диаграмма Ганта – горизонтальный ленточный график, на котором работы по теме представляются протяженными во времени отрезками, характеризующимися датами начала и окончания выполнения данных работ. Для удобства построения графика, длительность каждого из этапов работ из рабочих дней следует перевести в календарные дни. Для этого необходимо воспользоваться следующей формулой: 𝑇 𝑘𝑖 = 𝑇 𝑝𝑖 ∗ 𝑘 кал , (4) где Т кi – продолжительность выполнения i-й работы в календарных днях; Т рi – продолжительность выполнения i-й работы в рабочих днях; k кал – коэффициент календарности. Коэффициент календарности определяется по следующей формуле: 51 Т 𝑘 кал = кал Т кал −Т вых −Т пр , (5) где T кал = 366 – количество календарных дней в году; Т вых = 104– количество выходных дней в году; Т пр = 14 – количество праздничных дней в году. 366 𝑘 кал = 366 − 104 − 14 = 1,48 Рассчитанные значения в календарных днях по каждой работе T кi округляем до целого числа. Все рассчитанные значения сводим в таблицу (табл. 5). Таблица 5 – Временные показатели проведения научного исследования Название работы Трудоемкость работ Исполнит ели Длительн ость работ в рабочих днях, Т рi Длитель ность работ в календар ных днях, T кi t min , чел- дни t max , чел- дни t ож , чел- дни И сп. 1 И сп. 2 И сп. 3 И сп. 1 И сп. 2 И сп. 3 И сп. 1 И сп. 2 И сп. 3 И сп. 1 И сп. 2 И сп. 3 И сп. 1 И сп. 2 И сп. 3 И сп. 1 И сп. 2 И сп. 3 Составление и утверждение технического задания 1 1 1 3 3 3 1,8 1,8 1,8 Руковод. 2 2 2 3 3 3 Подбор и изучение материалов по теме 5 5 5 9 9 9 6,6 6,6 6,6 Дипл. 7 7 7 10 10 10 Выбор направления исследований 4 4 4 6 6 6 4,8 4,8 4,8 Руковод. 5 5 5 7 7 7 Календарное планирование работ по теме 2 2 2 4 4 4 2,8 2,8 2,8 Руковод 2 2 2 3 3 3 Подготовка образцов для экспериментов 5 5 7 10 10 15 7 7 10,2 Дипл. 4 4 6 6 6 9 Построение макетов (моделей) и проведение экспериментов 10 10 15 10 15 25 12 12 19 Дипл. 6 6 10 9 9 15 52 Продолжение таблицы 5 Расшифровка данных и сравнение с имеющимися показателями 8 5 8 10 10 13 8,8 7 10 Дипл. 5 4 5 7 6 7 Составление пояснительной записки 5 10 15 7 13 25 5,8 11,2 19 Руковод, дипл. 2 4 7 3 6 10 На основе таблицы 5 строим план график Таблица 6 – Календарный план график проведения НИР по теме № рабо т Вид работ Исполнит ели T кi , кал. дни Продолжительность выполнения работ Фев. Март Апрель 2 3 1 2 3 1 2 3 1 Составление ТЗ Руковод. 3 2 Изучение материалов Дипл. 10 3 Выбор направления Руковод. 7 4 Планирование работ Руковод. 3 5 Подготовка образцов Дипл. 9 6 Проведение эксперименто в Дипл. 15 7 Расшифровка данных Дипл. 7 8 Пояснительна я записка Руковод. дипл. 10 -руководитель, - дипломник |