Метод НК проникаючими випромінюваннями
АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ПРОВЕДЕННЯ НК
Вихрострумові методи НК
Вихрострумові методи засновані на аналізі взаємодії зовнішнього електромагнітного поля із електромагнітним полем вихрових струмів, що наводяться збуджуючою котушкою в електропровідному об'єкті контролю. Щільність вихрових струмів в об'єкті залежить від геометричних і електромагнітних параметрів об'єкта, а також від взаємного розміщення вимірювального вихрострумового перетворювача (ВСП) та об'єкта. В якості перетворювача використовують зазвичай індуктивні котушки (одну чи декілька). Синусоїдальний (чи імпульсний) струм, що діє в котушках ВСП, створює електромагнітне поле, яке збуджує вихрові струми в електропровідному об'єкті. Електромагнітне поле вихрових струмів впливає на котушки перетворювача, наводячи в них ЕРС чи змінюючи їх повний електричний опір. Реєструючи напругу на затискачах котушки чи їх опір, отримують інформацію про властивості об'єкта і про положення перетворювача відносно нього.
ЕРС (чи опір) перетворювача залежить від багатьох параметрів об'єкта контролю, т.б. інформація, що дається перетворювачем, багатопараметрична. Це визначається як перевага, так і труднощі реалізації вихрострумових методів (ВСМ). З одного боку, ВСМ дозволяють здійснити багато параметричний контроль; з іншого боку, необхідні спеціальні прийоми для розділення інформації про окремі параметри об'єкта.
Особливість вихрострумового контролю в тому, що його можна проводити без контакту перетворювача і об'єкта. їх взаємодія проходить зазвичай на відстанях, достатніх для вільного руху перетворювача відносно об'єкта.
Отримання первинної інформації у вигляді електричних сигналів, без контактність і висока продуктивність визначають широкі можливості автоматизації вихрострумового контролю.
Простота конструкції перетворювача - іще одна перевага ВСМ. В більшості випадків котушки поміщають в запобіжний корпус і заливають компаундами. Завдяки цьому вони стійкі до механічних та атмосферних впливів, можуть працювати в агресивних середовищах в широкому інтервалі температур і тисків.
ВСМ засновані на збудженні вихрових струмів, а тому застосовуються в основному для контролю якості електропровідних об'єктів: металів, сплавів, графіту, напівпровідників. їм властива мала глибина зони контролю, що визначається глибиною проникнення електромагнітного поля в контролююче середовище.
Магнітний метод НК
Магнітний вид неруйнівного контролю застосовують в основному для контролю виробів із феромагнітних матеріалів, які здатні суттєво змінювати свої магнітні характеристики під дією зовнішнього (намагнічуючого) магнітного поля. Операція намагнічування (переміщення виробу в магнітне поле) при цьому виді контролі є обов'язковою.
В залежності від конкретних задач неруйнівного контролю, марки контролюючого матеріалу, необхідної продуктивності методу можуть використовуватися ті чи інші первинні інформативні параметри.
За способом отримання первинної інформації розрізняють наступні методи магнітного виду контролю: магнітопорошковий, магнітографічний, ферозондовий ефект Холла, індукційний, пондеромоторний, магніторезисторний. З їх допомогою можна здійснити контроль: суцільності (метод дефектоскопії), розмірів, структури і механічних властивостей.
Із геометричних параметрів за допомогою магнітних методів найбільш часто визначають товщину немагнітного покриття на магнітній основі, товщину стінок виробів із магнітних і немагнітних матеріалів.
Ферозонд - магніточутливий перетворювач градієнта чи напруженості магнітного поля в електричний сигнал. Призначений для вимірювання напруженості магнітного поля чи його градієнта. Ферозонд складається з
одної частини чи двох частин - напівзондів. Кожен напівзонд має магнітом'який (пермалоєвий) сердечник і дві обмотки: одну, збуджуючу змінне поле, яким намагнічується сердечник, а другу - індикаторну. Величина ЕРС на виході індикаторних обмоток пропорційна градієнту чи напруженості вимірюючого остійного магнітного поля, в якому знаходиться ферозонд.
В ферозонді-полімері збуджуючі первинні напівобмотки з'єднують зустрічно, а індикаторні (вторинні) - послідовно. Збуджуючі обмотки живляться змінним струмом частотою від десятків герц до сотень кілогерц.
В ферозонді-градієнтомірі збуджуючі обмотки з'єднані послідовно, а індикаторні - зустрічно.
Електричні методи НК
Електричні методи засновані на створені в контролюючому об'єкті електричного поля чи безпосередньою дією на нього електричним збуренням (наприклад, електростатичним полем, полем постійного чи змінного стаціонарного струму), чи суміжно за допомогою дією збурення неелектричної природи (наприклад, тепловим, механічним та ін.). В якості первинного інформативного параметра використовуються електричні характеристики об'єкта контролю.
Так, електроємнісний метод контролю (ЕМК) передбачає введення об'єкта контролю чи його досліджуючої ділянки в електростатичне поле і визначення шуканих характеристик матеріалу по викликаній ним зворотної реакції на джерело цього поля. В якості джерела поля застосовують електричний конденсатор, який є одночасно і первинним електроємнісним перетворювачем (ЕП), так як здійснює перетворення фізичних і геометричних характеристик об'єкта контролю в електричний параметр. Зворотня реакція ЕП проявляється як зміна його інтегральних параметрів, частіше всього двох параметрів, із яких один характеризує "ємнісні" властивості ЕП, а другий — діелектричні втрати. Ці параметри є первинними інформативними параметрами ЕМК.
Інформативність ЕМК визначається залежністю первинних інформативних параметрів ЕП від характеристик об'єкта контролю - безпосередньо від електричних характеристик (наприклад, діелектричної проникності і коефіцієнта діелектричних втрат) і геометричних розмірів об'єкта контролю. Суміжним шляхом за допомогою метода ЕМК можна визначати і інші фізичні характеристики матеріалу: щільність, склад компонентів в гетерогенних системах, вологість, степінь полімеризації і старіння, механічні параметри і ін. До найбільш інформативних геометричних параметрів об'єкта контролю слід віднести товщину пластин, оболонок і діелектричних покрить на провідній і непровідній основі, поперечні розміри лінійно-протяжних провідних і діелектричних виробів (ниток, стержнів, дротів), локалізацію провідних і діелектричних включень та ін.
Слід відзначити, що інформативні параметри ш залежать також від ного конструкції і електричних характеристик середовища, в яку поміщений об'єкт контролю. Перша обставина враховується при оптимізації конструкції ЕП, інше зазвичай є причиною виникнення заважаючи контролю факторів. В якості первинного інформативного параметру найбільш цілерозумно використовувати ємність ЕП і тангенс кута втрат.
Акустичний метод НК
Акустичний контроль базується на реєстрації параметрів пружної хвилі (амплітуди і часу поширення), що взаємодіє з об’єктом контролю.
При поширенні пружних хвиль на межі двох середовищ спостерігаються віддзеркалення, заломлення та дифракції. Кожне з цих явищ залежить від властивостей і розмірів середовищ та довжини хвилі коливального руху. Якщо довжина хвилі мала порівняно з шириною межі поділу середовищ, то на основі зонної теорії Френеля закони поширення та відбивання коливальних рухів можна вирішувати методом геометрії. Процес поширення коливань у середовищі називають хвильовим, а лінію, що показує напрям поширення хвилі — променем.
Акустичним полем називають область простору, пружні коливання в точках якого визначаються їх пошкодженням відносно об’єкта, що контролює це поле. В теорії акустичного поля рахують імпульси настільки довгими, що збуджувані пружні коливання можна вважати неперервними гармонічними. З іншого боку, вважають імпульси настільки короткими, що процеси випромінювання, відбиття і приймання відбуваються в різні моменти часу. Звідси: шлях, що проходять імпульси повинен бути значно більшим від довжини хвилі.
Поширення пружної хвилі супроводжується появою зон, в яких частинки перебувають в одному й тому самому коливальному стані. Мінімальну відстань між двома такими зонами, які перебувають в одному режимі руху або в одній фазі, називають довжиною хвилі. Сукупність частинок, що характеризуються однією й тією самою фазою коливань, утворює поверхню, або фронт хвилі. Швидкість поширення хвилі визначається фізико-механічними характерами матеріалу, тому змінити довжину пружної хвилі в будь-якому матеріалі можна лише за рахунок зміни частоти збуджених коливань.
Залежно від виду поверхні (фронту) хвиль їх поділяють на плоскі (нерозбіжні), сферичні та циліндричні (розбіжні). Якщо зовнішня сила, яка прикладена до необмеженого середовища, змінюється гармонічно, то хвилю, яку вона збуджує, називають гармонічною, або синусоїдальною.
Інтенсивність коливань, які використовують при дослідженні матеріалу, не перевищує 1 кВт/см2. Коливання відбуваються в областях пружних деформацій матеріалу, де напруження та деформації є пропорційно залежними (область лінійної акустики).
Метод НК проникаючими випромінюваннями
Неруйнівний контроль якості продукції проникаючими випромінюваннями базується на його взаємодії із контрольованим об’єктом і реєстрації та аналізі результатів цієї взаємодії. Проникаюче випромінювання є в основному іонізуючим, тому цей вид НК ще називається “контроль
іонізуючими випромінюваннями”, а також дуже поширеним терміном – “радіаційний контроль”, але ці назви не повністю охоплюють весь зміст цього виду НК.
Результати контролю визначаються природою і властивостями використовуваного випромінювання, фізико-технічними характеристиками контрольованого матеріалу і виробу, типом і властивостями детектора (реєстратора) випромінювання, технологією (методикою) контролю.
За своєю фізичною природою іонізуюче випромінювання є електромагнітним (ЕМВ), але на відміну від інших видів ЕМВ іонізуюче випромінювання (ІВ) характеризується малою довжиною хвилі і відповідно великою енергією квантів, що приводить до їх великої проникаючої здатності в речовину. Для такого випромінювання з малою довжиною хвилі ( 
<10 нм) поверхня будь-якого тіла є шорсткою, тому звичайного дзеркального відбивання для нього немає. Таке випромінювання зазнає тільки дифузного розсіювання, проходження через речовину і поглинання в речовині. Характер взаємодії проникаючого випромінювання із речовиною ОК детальніше буде розглянуто нижче. Також практично відсутнє заломлення іонізуючого випромінювання при проходженні через межу двох середовищ. Тому на відміну від інших видів контролю електромагнітними випромінюваннями, в радіаційному контролі використовується практично тільки ефект поглинання.
Загальний закон, який кількісно визначає послаблення будь-яких ЕМВ в поглинаючому середовищі, якщо не враховувати інші види взаємоді, аналітично описується законом Бугера:
, (1.1)
де І0 – інтенсивність 
падаючого пучка ЕМВ;
І – інтенсивність ЕМВ, яке пройшло через шар речовини;
– товщина шару речовини;
- коефіцієнт лінійного послаблення.
Коефіцієнт лінійного послаблення
є чисельною характеристикою процесу поглинання ЕМВ речовиною, тому, на основі формули (1.1), знаючи коефіцієнт лінійного поглинання
матеріалу контрольованого виробу, можна за співідношенням І та І
0 визначити товщину
ОК або при незмінній товщині
визначити зміну
(що буде вказувати на зміни або складу речовини, або структури ОК). Оскільки згадані зміни
чи
приводять до зміни І, то процес радіаційного контролю зводиться до реєстрації зміни інтенсивності І пройшовшого через ОК іонізуючого випромінювання відомими методами і розшифрування зареєстрованої інформації.
Оскільки зміна коефіцієнта лінійного поглинання залежить від матеріалу ОК і в переважній більшості випадків контролю продукції вид матеріалу є незмінним, то зміни інтенсивності І пройшовшого іонізуючого випромінювання викликаються змінами товщини виробів, причому ці зміни можуть бути порушеннями цілісності ОК (тобто дефектами) всередині цих виробів. Таким чином радіаційний контроль дозволяє виявляти внутрішні дефекти продукції (тріщини пори і т. п.), які являються порушеннями цілісності ОК, але також можна виявляти і вкраплення в основний матеріал ОК інших матеріалів, які відрізняються від основного коефіцієнтом лінійного поглинання (причому цілісність виробу в останньому випадку не порушена).
Зміни інтесивності пройшовшого через ОК пучка іонізуючого випромінювання, яке не лежить у видимому діапазоні ЕМВ, можна переводити за допомогою різноманітних перетворювачів у видимий діапазон і одержувати тіньове зображення об’єкта контролю. При чому дефекти продукції (внутрішні чи зовнішні) будуть проявлятись змінами інтенсивності світла від перетворювача випромінювання (реєстратора).
Тепловий метод НК
Сутність методу полягає у виявленні прихованих дефектів шляхом аналізу нестаціонарного температурного поля, яке виникає на поверхні об’єкта контролю в результаті теплової дії. Інформацією про наявність
дефектів є локальні аномалії температурного поля. Застосування ТНК ефективно при виявленні дефектів, які відрізняються від основного матеріалу об’єкта за теплофізичними характеристиками: теплопровідністю, теплоємністю, щільністю. Перевагами ТНК є його висока інформативність, швидкодія, дистанційність, безпека та екологічність.
Яскравіше переваги ТНК проявляються при виявленні дефектів у виробах із композиційних матеріалів, багатошарових структурах, армованих, зварних конструкціях, теплозахисних оболонках та ін. Однак порівняно з іншими методами НК (наприклад, УЗ, рентгенівським та ін.) ТНК використовується в обмежених масштабах. З одного боку це пов’язане з невеликою кількістю вітчизняних засобів контролю – тепловізорів, радіометрів, стандартних нагрівачів. Іншою перешкодою являється те, що метод ТНК в методичному та апаратурному плані в значною мірою розроблений для плоских виробів та об’єктів. В теперішній час практично відсутні методики, які враховують кривину об’єкту контролю, що різко знижує ефективність ТНК і перешкоджає його поширенню на великий клас об’єктів циліндричної форми, до яких належать елементи конструкцій авіакосмічної техніки, різноманітні труби та циліндри, корпуси електродвигунів, посудини Дьюара та багато інших виробів. Як свідчить практика, для реалізації ТНК такого класу об’єктів циліндричної форми необхідно створення спеціалізованих засобів і методик контролю, які засновані на результатах аналізу теплових процесів і механізмі формування сигналу від дефекту.
У зв’язку з викладеним розробка методів і пристроїв для об’єктів циліндричної форми (ОЦФ) є актуальним завданням, вирішення якого дасть змогу поширити застосування теплового методу, підвищити якість і надійність великого класу промислових виробів.
Методи.
По характеру взаємодії поля з контрольованим об'єктом розрізняють методи:
1. Пасивний або власного випромінювання - на об'єкт не впливають зовнішнім джерелом енергії. Вимірюють теплові потоки або температурні поля
працюючих об'єктів. Несправності про є в місцях підвищеного нагріву. Так виявляють місця витоку теплоти в будівлях, ділянки
електричних ланцюгів і радіосхем з підвищеним нагрівом, знаходять тріщини в двигунах і т.д.;
2. Активний - об'єкт нагрівають або охолоджують від зовнішнього джерела контактним або безконтактним способом, стаціонарним або імпульсним джерелом теплоти і вимірюють температуру або тепловий потік з тією ж або з другого боку об'єкту. Це дозволяє виявляти неоднорідності (тріщини, пористість, чужорідні включення) в об'єктах, зміни в структурі і фізико-хімічних властивостях матеріалів по зміні теплопровідності, теплоємності, коефіцієнту тепловіддачі. В такий спосіб виявляють ділянки з поганою теплопровідністю в багатошарових панелях. Не щільне прилягання шарів і дефекти виявляють як ділянки підвищеного або зниженого нагріву поверхні панелі.
Радіохвильовий метод НК
Радіохвильовий вид НК заснований на реєстрації змін пари метрів електромагнітних хвиль радіодіапазону, взаємодіючих з контрольованим об'єктом. Зазвичай застосовують хвилі надвисокочастотного діапазону (СВЧ) завдовжки 1-100 мм. Застосовується для контролю виробів з матеріалів, де радіохвилі не дуже сильно затухають: .діелектрики (пластмаси, кераміка, скловолокно), магнітодіелектрики (ферити), напівпровідники, тонкостінні металеві об'єкти. Первинні інформативні параметри - амплітуда, фаза, поляризація, частота, геометрія поширення вторинних хвиль, час їх проходження і ін.
Методи. По характеру взаємодії з об'єктом контролю розрізняють методи: минулого, відбитого, розсіяного випромінювання і резонансний.
Найчастіше для РНК використовують 3-см діапазон ( f ≈ 10ГГц) і 8-мм діапазон ( f ≈ 35 ГГц) найбільш освоєні і забезпечені вимірювальною апаратурою та гарним набором елементів.
НВЧ коливання – поляризовані когерентні гармонічні коливання, що
обумовлює можливість одержання високої чутливості та достовірності контролю.
При застосуванні НВЧ ЕМХ розміри елементів пристроїв НК і розміри ОК співмірні з довжиною хвилі. РНК характерний великою інформативністю за кількістю параметрів випромінювання, які можна використати для НК, і за кількістю факторів, які впливають, але з другого боку, проведення НК та аналіз сигналів дуже затруднюється, що ускладнює побудову апаратури і заставляє застосовувати приблизні методи аналізу сигналів.
Фізичними величинами, які несуть інформацію про параметри контрольованого об’єкта, є: амплітуда, фаза, зсув коливань в часі, спектральний склад, розподіл енергії в просторі, геометричні фактори, поворот площини поляризації, поява амплітудної та частотної модуляції при русі об’єкта чи зміна умов контролю. У відповідності з цим за первинним інформативним параметром розрізняють наступні методи: амплітудний, фазовий, амплітудно-фазовий, геометричний, часовий, спектральний, поляризаційний, голографічний.
У залежності від взаємного розміщення випромінюючого та приймального пристроїв НК може проводитись по пройшовшому випромінюванню, по відбитому і по розсіюваному випромінюванню (коли приймач розміщують там, де при номінальних параметрах ОК інтенсивність випромінювання повинна бути близька нулю).
Радіохвильовим методом можна проводити всесторонній контроль ОК з діелектричних матеріалів, магнітодіелектричних, напівпровідникові структури і доступні розміри металічних виробів.
Аналіз компонент ЕМП в радіохвильовому тракті “джерело – ОК – приймач” дуже важкий із-за відсутності даних, які дозволяють визначити складові складного неоднорідного (неплоского, нециліндричного і несферичного) ЕМП, якщо розміри елементів генератора, приймача і ОК співмірні з довжиною хвилі.
Найчастіше величину сигналів знаходять експериментальним шляхом, а
їх відносні зміни оцінюють, використовуючи приблизні співвідношення для плоскої хвилі, які витікають з законів геометричної оптики чи з теорії довгих ліній (імпедансний метод) ,що дозволяє визначати основні співвідношення між сигналами від різних впливаючих факторів і проводити приблизний розрахунок апаратури.
У каналах радіохвильової апаратури звичайно стараються одержати режим біжучої хвилі, поки амплітуда напруг і струмів по довжині тракту постійна і відбувається найбільш повна передача НВЧ-енергії.
Оптичний метод НК
Оптичний вид НК заснований на спостереженні або реєстрації параметрів оптичного випромінювання, що взаємодіє з контрольованим об'єктом. Застосовується дуже широко завдяки великій різноманітності способів здобуття первинної інформації.
1. Зовнішній контроль. Можливість його вживання не залежить від матеріалу об'єкту.
2. Контроль прозорих об'єктів. Виявлення макро і мікродефектів. структурних
неоднорідностей, внутрішньої напруги (по обертанню плоскості поляризації).
3. Використання інтерференції дозволяє з точністю до 0,1 довжини хвилі контролювати сферичність, площинну, шорсткість, товщину виробів.
4. Дифракцію застосовують для контролю діаметрів тонких волокон, товщини стрічок, форм гострих кромок.
Первинні інформативні параметри - амплітуда, фаза, міра поляризації, частота або частотний спектр, час проходження світла через об'єкт, геометрія заломлення або віддзеркалення променів.
Методи
1) По характеру взаємодії з контрольованим об'єктом розрізняють методи: минулого, відбитого, розсіяного і індукованого випромінювання (індуковане випромінювання – оптичне випромінювання об'єкту під дією зовнішньої дії, наприклад, люмінесценція).
2) За способом здобуття первинної інформації розрізняють:
- органолептичний візуальний контроль, за допомогою якого знаходять видимі дефекти відхилення від заданих форми, кольору і т. д.;
- візуально оптичний контроль - проводиться із застосуванням інструментів:
- лупи, мікроскопи, ендоскопи - для огляду внутрішніх порожнин;
- проекційні пристрої - для контролю форми виробів, спроектованих в збільшеному вигляді на екран.
Дата добавления: 2018-06-26; просмотров: 290; | Поделиться с друзьями:
|
Мы поможем в написании ваших работ!
