Файл: Фельдман Л.С. Неразрушающий контроль качества клеесварных соединений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 77
Скачиваний: 0
до 1,5 мм) существует прямая зависимость, причем харак тер зависимостей на частотах 2,5 и 5 Мгц примерно одина ков.
Теневой метод ультразвукового контроля поперечными волнами в процессе сварки может быть рекомендован для практического опробования при производстве сварных конструкций из сталей и титановых сплавов.
Ультразвуковой контроль клеевых соединений с помощью акустических дефектоскопов
Для контроля качества клеевых соединений применя ются методы, основанные на возбуждении в исследуемом изделии упругих колебаний звукового диапазона.
Простейшим акустическим способом контроля клеевых конструкций, широко применяемым у нас в стране и за рубежом, является простукивание. Изменение тона звука в изделии указывает на наличие дефекта. Несмотря на универсальность, этот способ обладает крупным недостат ком — субъективностью оценки качества продукции. Результаты контроля оцениваются на слух и в значитель ной, степени зависят от опыта и квалификации оператора.
Фирмой «Дуглас» [791 разработан метод контроля кле евых соединений в слоистых панелях. В контролируемой •панели возбуждаются упругие колебания в диапазоне 15—50 000 г^, вводимые в нее снизу. Верхнюю плоскость панели посыпают песком. При соответствующем подборе частоты участки обшивки в местах нарушения склейки совершают более интенсивные колебания, чем зоны с хоро шим соединением, в результате чего места с дефектами оголяются. Колебания могут возбуждаться магнитным вибратором, а восприниматься ларингофоном или механи ческим ухом с усилителем колебаний и световой сигнали зацией.
Недостатками этого метода являются резкая зависи мость частоты от размеров и свойств панели, а также вели чины дефекта, необходимость двустороннего доступа и затрудненность контроля панелей с криволинейными
.поверхностями.
Дефект клеевого соединения вызывает изменение •всех параметров звукового импульса: его амплитуды, дли тельности и спектрального состава. Наиболее сильно изме-
102
няется спектральный состав звукового импульса, причем частоты спектра в отличие от амплитуды и длительности импульса практически не зависят от силы удара по контро лируемой конструкции.
На этом принципе использования свободных колебаний разработана серия приборов ЧИКП-2, ЧИКХ1-3, ЧИКП-4. На рис. 55 [4] приведена упрощенная блок-схема дефекто скопа ЧИКП-2.
В датчике прибора находится вибратор /, создающий периодические удары по изделию, и пьезоэлектрический приемник 2, преобразующий возбужденные таким образом
упругие |
колебания |
в |
элек |
|
||||
трические |
сигналы. |
Эти |
си |
|
||||
гналы |
через |
фильтры |
3 |
по |
|
|||
ступают на усилитель |
4, |
на |
|
|||||
выходе |
|
которого |
включен |
|
||||
стрелочный индикатор |
5. |
|
|
|||||
Усилитель |
и |
обмотка |
ви |
|
||||
братора датчика |
питаются |
от |
|
|||||
блока питания 6. |
При |
нали |
|
|||||
чии в |
изделии |
дефекта |
(рас |
Рис. 55. Упрощенная блок-схема |
||||
слоения, |
непроклея |
и |
т. п.) |
дефектоскопа ЧИКП-2. |
||||
в спектре |
звуковых |
импуль |
|
сов появляются составляющие более высоких частот, кото рые, проходя через фильтр 3, • усиливаются усилителем 4 и отклоняют стрелку индикатора 5.
Частотные составляющие спектра звукового импульса, соответствующие участку с хорошим соединением, практи чески полностью задерживаются фильтром, поэтому при отсутствии дефекта стрелка индикатора не отклоняется.
Дефектоскоп ЧИКП-2 предназначен в основном для выявления зон нарушения клеевого соединения между неметаллическим материалом толщиной от 5 до 80 мм и металлическим основанием, при этом минимальная пло щадь обнаруживаемых дефектов составляет от 2 до 8 см-. Кроме того, прибор выявляет расслоения в самом неметал лическом материале.
Теневой метод ультразвукового контроля [20, 44, 71] может быть использован для проверки качества клеевых соединений в некоторых конструкциях. Основан он на почти полной непрозрачности тончайших газовых прослоек
для |
ультразвуковых волн и образовании звуковой тени |
за |
этими прослойками. Значительная толщина газовых |
103
прослоек в непроклеях позволяет надежно выявлять де фект .
Теневой метод контроля клеесварных соединений был опробован [25] с применением ультразвукового дефекто скопа УДМ-1М. Один из датчиков дефектоскопа соединялся с генератором и излучал импульсы ультразвуковых колеба ний, другой — с усилителем дефектоскопа и принимал пришедшие сигналы. При качественной склейке часть
ультразвуковых колебаний |
достигает приемного датчика, |
а часть — отражается. В |
случае непроклея ультразву |
ковые волны не доходят к приемному датчику, и сигналы на экране электронно-лучевой трубки пропадают. Сигнал исчезает, когда дефект полностью закрывает пьезопластинку приемного датчика. При небольшой толщине эле ментов конструкций размеры тени практически равны раз мерам дефектов. При увеличении толщины элементов или приеме иммерсионным способом необходимо учитывать уменьшение размеров тени. Незначительное поглощение ультразвука в клеесварных соединениях позволяет про водить контроль на максимальной частоте дефектоскопа — 5 Мгц. Шаг перемещения датчика выбирают из условий исключения пропуска недопустимого дефекта. При контроле используется световая сигнализация. Теневой метод конт роля приемлем для проверки клеевых конструкций про стейших форм, где возможен двусторонний доступ и сма чивание контролируемой поверхности. Аппаратура для работы этим методом может быть автоматизирована и снаб жена устройством для записи результатов контроля.
Недостатки теневого метода:
1) необходимость двустороннего доступа к изделию;
2)трудность контроля изделий сложных форм и зна чительных размеров;
3)большие размеры и вес аппаратуры (включающей ванну для погружения изделия) при иммерсионном варианте контроля.
Метод многократных |
отражений |
[32], применяемый |
для контроля клеевых |
соединений, |
основан на оценке |
длительности повторных отражений ультразвуковых им пульсов в металлических слоях изделия.
Принцип метода можно пояснить на примере контроля двуслойной конструкции, состоящей из металлического листа и приклеенного к нему неметаллического покрытия. В контролируемое изделие от искательной головки ульт-
J04
развукового дефектоскопа вводятся короткие импульсы высокочастотных упругих колебаний. При расположении головки со стороны металла (рис. 56) импульсы входят в него и, достигнув неметаллического покрытия, частично отражаются, частично переходят в покрытие. Отражение энергии упругих волн на границе раздела тем больше, чем сильнее различаются удельные волновые сопротивления сред. В случае доброкачественного склеивания в покрытие переходит заметная часть общей энергии упругого импульса. Затухание ультразвука в металле мало, поэтому на экране
а |
б |
Рис. 56. Схема контроля двуслойной конструкции методом многократных отражений:
а — контроль со |
стороны металла; б — контроль со стороны покрытия; |
|
/ — искательная |
головка;' |
2 — металлический элемент конструкции; |
|
3 — |
неметаллическое покрытие; 4 — клеевой шов. |
дефектоскопа наблюдаются последовательные, многократна отраженные в металлическом слое эхо-сигналы. При отсут ствии дефектов склеивания амплитуды эхо-сигналов быстроуменьшаются. Импульсы, многократно отраженные в слое покрытия, на экране не видны, так как в неметаллических материалах ультразвук затухает.
Если клеевое соединение имеет дефект (заполненный, газом промежуток), то от границы раздела с газом, обла дающим весьма малым удельным волновым сопротивлением, упругие колебания отражаются без потерь. Это приводит к росту амплитуд отраженных от зоны соединения эхосигналов, что фиксируется по резкому увеличению дли тельности наблюдаемой на экране последовательности импульсов.
105-
Для контроля клеевых соединений этим методом можно использовать раздельные и раздельно-совмещенные иска тельные головки, в которых функции излучения и приема упругих колебаний выполняют разные пьезопреобразователи.
Для метода многократных отражений можно исполь зовать обычные ультразвуковые эхо-дефектоскопы типа УДМ-1М, ДУК-6В и др. Специально для этого метода ВНИИНК разработал прибор ДУК-21.
Метод многократных отражений был опробован при контроле клеесварных соединений. Контроль производили с помощью дефектоскопа УДМ-1М на частоте 2,5 Мгц с ис пользованием раздельных и совмещенных головок.
При непроваре со стороны листа, через который вво дятся ультразвуковые колебания, количество многократ ных отражений увеличивается. При наличии непроклея со стороны нижнего листа количество отражений изменя- «тся незначительно. Клеевая прослойка поглощает ультра звуковые колебания значительно больше, чем металл, по этому изменение толщины клеевого шва на различных
участках |
контролируемой поверхности может привести |
к ложному |
суждению о качестве склейки. |
Для успешного применения метода многократных отра жений необходимо, чтобы толщина металлического эле мента конструкции была не менее половины длины упругой волны, в противном случае интенсивность многократных отражений резко ослабляется. Наиболее удобны для конт роля двухслойные конструкции с небольшой кривизной поверхности и толщинами слоев порядка 3—10 мм.
Метод многократных отражений требует смачивания поверхности ввода колебаний жидкостями (контактный вариант) или погружения контролируемых изделий в жид кость (иммерсионный вариант). Другой его недостаток — неудобство проверки изделий со значительной кривизной поверхности.
Ультразвуковой резонансный метод применяют при контроле клеевых соединений [44]. Основан он на исполь зовании резонансных явлений, имеющих место -в конт ролируемом изделии при возбуждении в нем продольных упругих волн. При этом наблюдается колебание толщины изделия, причем возбуждение его производится на основ ной частоте или на высших гармониках. Дефект склеивания отмечается либо по изменению (уменьшению) фиксируемой
406
прибором общей толщины проверяемого изделия в зоне нарушения соединения, либо по резкому изменению амп литуд резонансных пиков на экране дефектоскопа, обу словленному влиянием дефекта на коэффициент отраже ния упругих волн от границы раздела соединяемых эле ментов конструкции.
Отечественный ультразвуковой резонансный дефекто скоп ДУК-10 позволяет обнаружить дефекты в клеевых соединениях сочетаний металл — металл, металл — пласт масса, пластмасса — пластмасса. Прибор имеет диапазон частот от 0,4 до 3 Мгц. Толщина контролируемого слоя со стороны ввода упругих колебаний 1—20 мм.
Некоторая разновидность ультразвукового резонансного метода положена в основу широко распространенного за рубежом прибора «Бондтестер». Отличие заключается в том, что свойства клеевого соединения оцениваются по изменению собственной частоты и добротности колебатель ной системы, состоящей из пьезопреобразователя, нагру женного контролируемым изделием.
Прибор «Бондтестер» разработан Голландской авиа ционной фирмой «Фоккер» [85]. Он позволяет выявлять непроклеи, а также определять прочность клеевых соедине ний на отрыв и на срез в зависимости от условий работы контролируемой конструкции без ее разрушения. Прибор определяет когезионную прочность клеевого соединения и практически не реагирует на адгезионную, за исключе нием зон полного нарушения адгезии — непроклеев.
При определении прочности соединения на отрыв в изделии и, следовательно, в контролируемом соединении возбуждаются волны сжатия — растяжения (продольные волны), при оценке прочности на сдвиг — сдвиговые (попе речные) волны. Таким образом, характер упругих напря жений, возбуждаемых в соединении при контроле, соот ветствует характеру рабочей нагрузки контролируемой конструкции.
«Бондтестер» имеет два индикатора — стрелочный при бор и электронно-лучевую трубку. Стрелочный прибор служит для отсчета прочности на отрыв, по изображению на экране электронно-лучевой трубки оценивается проч ность соединения на сдвиг. Комбинация двух отсчетов дает полную характеристику соединения. Однако на прак тике в большинстве случаев для оценки прочности соедине ния достаточно одного параметра. Например, конструкции
107
типа металл — металл (соединение обшивки с лонжероном, изделие из двух или нескольких листов) оцениваются только по изображению на электронно-лучевой трубке. Прочность соединения между обшивкой и заполнителем (соты, пенопласт), работающих на отрыв, оценивается только по показаниям стрелочного индикатора.
Для перевода показаний «Бондтестера» (рис. 57) в зна чения прочности соединения пользуются специальными кривыми, которые строят путем сопоставления показаний
|
Деление |
(впрабо) |
Рис. 57. Показания прибора «Бондтестер»: |
||
/ — интервал допустимых значений |
механических свойств; |
|
/ / , / ' / — интервал недопустимых |
значений |
механических |
свойств. |
|
|
прибора с истинной прочностью, полученной в результате разрушающих механических испытаний вырезанных из изделия образцов.
На рис. 58 приведен график зависимости механических свойств клеевых соединений от смещения сигнала на экране электронно-лучевой трубки. По таким графикам, построен ным для каждого типа клеевого соединения, определяют прочностные показатели клеевых соединений.
По данным фирмы «Фоккер» достоверность определе ния прочностных свойств клеевых соединений для дюрале вых сплавов, при которых 95% всех измерений укладывается в доверительный интервал, составляет ±36 кПсмг. При этом прибор может определять только когезионную проч-
108
кость соединений. При адгезионном характере разруше ния нельзя построить однозначные графики зависимости механических свойств от показаний прибора.
Прибор |
«Бондтестер» имеет небольшие габариты (330 |
х |
|||||
X 230 X 260 мм) |
и весит |
12 |
кг (табл. |
23). Он питается |
от |
||
сети переменного |
тока и |
потребляет |
мощность |
не более |
|||
75 ein. В |
комплект прибора |
входят |
четыре стандартных |
||||
и четыре |
специальных |
датчика для |
проверки |
изделий |
с различными параметрами.
т, кГ/ммг-
|
0,6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OfitIM |
|
|
|
|
40 |
30 |
20 |
10 |
10 |
20 |
30 |
40 |
Деление |
(длебо) |
|
|
|
Деление |
(впрабо) |
Рис. 58. Градуировочные кривые для неразрушагаіцего контроля прочности клеевых соединений.
По сообщениям фирмы, прибором можно контролиро вать следующие объекты: клеевые соединения листов из легких сплавов и сталей; клеевые соединения между обшивками из легкого сплава и сотовым заполнителем из того же материала, а также сотовые панели из стеклотек столита; соединение обшивки с заполнителем в трехслойных паяных сотовых панелях из нержавеющей стали; трех слойные панели с армированным стекловолокном, пласт массовыми обшивками и стеклотекстолитовым или метал лическим сотовым заполнителем; соединения между метал лом и пластмассами, между металлом и фрикционными материалами тормозных колодок и фрикционных сцепле-
109