Файл: Фельдман Л.С. Неразрушающий контроль качества клеесварных соединений.pdf

затрудняет контроль изделий с криволинейными поверх­ ностями, особенно с поверхностями двойной кривизны. Кроме того, внедрение методов, позволяющих оценивать прочность соединений, требует весьма трудоемкой подго­ товительной работы по созданию эталонов с различной прочностью склеивания и построению тарнровочных кри­ вых. Однако получение информации о прочности соединения без разрушения окупает все затраты.

ментами многослойных конструкций [32, 33, 34]. Метод основан на различии определяемых в точке ввода колеба­ ний механических импедансов бездефектного и дефектного (с воздушной или газовой прослойкой между слоями) уча­ стков изделия.

Механическим импедансом, или полным механическим сопротивлением г, называется отношение возмущающей силы F к вызываемой ею колебательной скорости ѵ частиц среды в точке приложения силы:

_ _F_

V

Сила F обычно гармоническая, т. е. изменяющаяся по синусоидальному закону. Величины z, F, ѵ являются комплексными и содержат действительную (активную) и мнимую (реактивную) части.

При контроле импедансным методом в изделии воз­ буждаются изгибные колебания звукового диапазона час­ тот. Механический импеданс зависит от размеров, плотности, упругих свойств материала и степени поглощения упругих колебаний в изделии. Увеличение толщины изделия, повы­ шение его жесткости и плотности, как правило, вызывают рост механического импеданса.

При возбуждении изгибных колебаний в многослойной конструкции механический импеданс в точке приложения возмущающей силы определяется всеми элементами изде­ лия, соединенными в одну механическую систему. Если отдельные слои конструкции связаны между собой, эта система колеблется как единое целое, и механический

импеданс г1=— имеет максимальное значение. При от-

114

сутствии сцепления между элементами' изделия колеба­ тельный режим участка конструкции, отделенного дефектом, будет существенно отличаться вследствие ослабления связи с остальной частью конструкции. Поскольку жест­ кость отдельного элемента меньше жесткости всей конструк­

та ции в целом, механический импеданс в зоне дефекта z2 = —

ѵг

оказывается меньше, чем на участке с хорошим соединением (z2 < г,). Таким образом, дефект соединения может быть

блется независимо от внутреннего листа. Поскольку жест­ кость обшивки 2 значительно меньше жесткости всей кон­ струкции, сила реакции Fp резко уменьшается. Изменение этойсилы и фиксируется аппаратурой.

Для контроля соединений акустическим импедансным методом в промышленности используются дефектоскопы ИАД-1, ИАД-2иИАД-3. Приборы ИАД-1 и ИАД-2 имеют одинаковую блок-схему и применяются в амплитудном

варианте метода, а прибор ИАД-3 — в амплитудном и фазо­ вом вариантах.

Блок-схема приборов ИАД-1 и ИАД-2 приведена на рис. 60. Звуковой генератор 6 питает пьезоэлемент 4, воз­ буждающий в стержне 3 датчика упругие колебания. На нижнем конце стержня находится силоизмерительный пьезоэлемент 2, соединенный с усилителем 5. Датчик со­ прикасается с контролируемым изделием через контакт­ ный наконечник /. Если датчик не прижат к поверхности детали, то нижний его конец не испытывает никаких нагру­

зок (сила реакции равна нулю). В этом

довательно, напряжения на силоизмерительном пьезоэлементе 2. Изменение напряжения сигнала фиксируется включенным на выходе усилителя стрелочным индикато­

Амплитудный вариант применим для всех задач, решае­ мых импедансным методом. Однако в некоторых случаях лучшие результаты дает фазовый вариант.

Фазовый вариант отличается от амплитудного тем, что дефект фиксируется по изменению фазы, а не амплитуды и силы реакции изделия на датчик. Сдвиг фазы этой силы происходит при изменении характера (с упругого на инер­ ционный) нагрузки, расположенной ниже измерительного

116

пьезоэлемента. При подборе частоты колебаний (в приборе ИАД-3 она может меняться от 1 до 8 кгц) достигают такого положения, что нагрузка в бездефектной зоне имеет упру­

на измерительном пьезоэлементе будут резко меняться. Таким образом, дефект будет выявляться по изменению фазы напряжения на измерительном пьезоэлементе отно­ сительно принятой за начало отсчета фазы напряжения генератора дефектоскопа.

При контроле фазовым вариантом, в отличие от ампли­ тудного, в зонах доброкачественного соединения показания фазового индикатора дефектоскопа практически не меня­ ются. Дефект же вызывает резкое изменение фазы сигнала. В результате дефекты фиксируются более четко и легче определяются их контуры.

При выборе режима контроля рекомендуется опробо­ вать оба варианта и использовать тот, который дает лучшие результаты.

Импедансный метод может быть использован в тех1

нием модуля (резина, пенопласт и т. п.) обычно невозможен.

При проверке трехслойных конструкций, например изделий с двумя обшивками и заполнителем между ними, прибор регистрирует в основном только дефект соединения внутреннего элемента с той обшивкой, со стороны которой выполняется контроль. Для полной проверки изделия необходим контроль его сначала со стороны одной, затем со стороны другой обшивки.

Импедансным методом выявляются только дефекты, имеющие раскрытие, достаточное для того, чтобы отделен­ ный дефектом слой контролируемой конструкции имел возможность колебаться самостоятельно, отдельно от остальной конструкции. Эта особенность метода суще­ ственна, например при выявлении расслоений в стекло­ пластике, залегающих на малых (до 0,5—0,6 мм) глубинах.

Такие расслоения обнаруживаются только при слабом прижатии датчика к изделию. В случае большого давления в месте контакта расслоение «захлопывается» и изделие

117

колеблется как единое целое. Поэтому при большом дав­ лении датчика близкие к поверхности дефекты могут быть пропущены.

Чувствительность импедансного метода зависит от конкретных условий его применения и определяется пара­ метрами самого контролируемого изделия: жесткостью об­ шивки или отделенного дефектом слоя изделия; модулем упругости внутреннего элемента; соотношением жест­ кости обшивки или отделенного дефектом слоя; шерохова­ тостью и кривизной поверхности изделия.

Увеличение жесткости обшивки, или отделенного де­ фектом слоя, уменьшение отношения жесткости конструк­ ции и жесткости обшивки, увеличение шероховатости и кривизны поверхности изделия приводят к снижению чувствительности метода.

Предельная толщина обшивки, при которой еще целе­ сообразен контроль, при прочих равных условиях тем меньше, чем больше модуль упругости материала. Для конструкций с гладкими металлическими обшивками и сплошным (преимущественно металлическим) внутрен­ ним элементом, жесткость которого значительно превы­ шает жесткость обшивки, минимальный диаметр выявля­ емого дефекта можно приближенно оценить по формуле

D m I n = 0,l j Z - r ^ ,

приведены расчетные кривые, позволяющие определить минимальный размер дефекта в конструкциях со стальными, титановыми и алюминиевыми обшивками в случае сплош­ ного жесткого (преимущественно металлического) внут­ реннего элемента.

С уменьшением модуля упругости внутреннего эле­ мента чувствительность метода падает, например, в кон­ струкциях с заполнителем из пенопласта, предельная тол­ щина обшивки примерно в 2 раза меньше, чем в изделиях с жестким металлическим лонжероном.

Для успешного применения импедансного метода необ­ ходимо, чтобы отношение жесткости всей конструкции

118

к жесткости отделенного дефектом слоя было достаточно большим. При склеивании двух слоев из одинакового ма­ териала контроль соединения оказывается возможным в том случае, если эти слои имеют разную толщину и про­ верка выполняется со стороны более тонкого слоя. Конт­ роль соединения между однородными слоями одинаковой толщины (например, двумя металлическими листами) импедансным методом обычно невозможен.

При контроле малогабаритных конструкций, особенно металлических, возможен значительный разброс показаний

телем является периодическое изменение уровня сигнала при перемещении датчика по поверхности контролируе­ мого изделия. Большой разброс уровня сигнала на участках с хорошим склеиванием затрудняет контроль сотовых

уровень сигнала при расположении датчика над центром сотовой ячейки соизмерим с сигналом в зоне дефекта, что приводит к периодическому включению сигнальной лампочки при перемещении датчика на участках с хорошим

119