Файл: Аронов Р.И. Испытание сооружений учеб. пособие.pdf

ГЛАВА III

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Внастоящее время неразрушающие методы широко исполь­ зуются как для контроля, так и для обеспечения технологического процесса в целом ряде отраслей народного хозяйства: металлургии, машиностроении, химической промышленности и т. п. В соединении

сбыстродействующими вычислительными устройствами примене­ ние неразрушающих методов дает возможность перейти к полной автоматизации производства с обеспечением необходимого соблю­ дения качества продукции.

Встроительном деле неразрушающие методы применяются, главным образом, для контроля при сварке металлоконструкций, при изготовлении железобетонных деталей и элементов и т. д. Во все возрастающем масштабе неразрушающие методы контроля применяются и при освидетельствовании сооружений.

Неразрушающие методы являются весьма перспективными для контроля на поточных линиях на заводах строительных конструк­ ций (в первую очередь железобетонных) не только для выявления уже допущенных дефектов и отступлений от требований ТУ, но, прежде всего, для предупреждения самой возможности таких на­ рушений.

По физическим принципам неразрушающих исследований раз­ личают следующие основные методы:

акустические (ультразвуковые и более низких частот); при помощи ионизирующих излучений (рентгеновские, радио­

изотопные и др.); магнитные, электромагнитные и электрические;

при помощи проникающих сред (жидких и газообразных) и т. д.

§ 1. Акустические методы

Акустические методы основаны на возбуждении упругих ме­ ханических колебаний. По параметрам этих колебаний и условиям их распространения судят о физико-механических характеристи­ ках и состоянии исследуемого материала.

В зависимости от частоты колебаний акустические методы де­ лятся на ультразвуковые (при частотах от 20 тыс. гц и выше) и методы, основанные на использовании колебаний звуковой (от 20 до 20 тыс. гц) и инфразвуковой (до 20 гц) частот.

37

1-1. Ультразвуковые методы

Возбуждение и прием колебаний. Для возбуждения ультра­ звуковых волн на поверхность исследуемого материала устанавли­ вают преобразователи переменного электрического тока в механи­ ческие колебаяия. Чаще всего применяются преобразователи, дей­ ствующие по принципу пьезоэффекта. При этом для возбуждения колебаний используется так называемый «обратный», а в преобра­ зователях для приема колебаний — «прямой» льезоэффект *.

Поскольку воздушные прослойки препятствуют передаче и при­ ему ультразвуковых .колебаний, между преобразователями и исследуемым материалом .наносят контактирующую среду, для металла применяют обычно минеральное масло; для бетона и дру­ гих материалов с неровной поверхностью необходимы смазки более густой консистенции — солидол, технический вазелин, эпоксидные смолы и т. д.

Условия прохождения ультразвуковых волн. Ультразвуковые колебания могут быть введены в исследуемую среду узким на-' правленным пучком «лучом» с 'малым углом расхождения. Коле­ бания частиц происходят при этом лишь в локализованном объеме материала, ограниченного контурами пучка, исследуемый же элемент в целом'остается неподвижным. Эта возможность прозвучивания материала в заданных направлениях является весьма су­ щественной при проведении исследований.

Ультразвуковые волны, переходя из одной среды в другую, преломляются, а также отражаются от граней, разделяющих эти среды, что используется для определения их положения при данном методе контроля. В воздушных прослойка?: ультразвуковые коле­ бания затухают почти полностью, что позволяет выявлять и иссле­ довать скрытые внутренние дефекты: трещины, расслоения, пусто­ ты и т. д.

Различают продольные и поперечные волны. В первом случае частицы материала колеблются по направлению ультразвукового луча, а во'втором — перпендикулярно к нему. Используют также поверхностные волны (как продольные, так и поперечные), рас­ пространяющиеся лишь в поверхностном слое материала и позво­ ляющие, например в металле, обнаруживать самые мелкие поверх­ ностные .повреждения. Скорость распространения вдлн (своя для каждого из указанных видов) является одним из основных пока­ зателей цри оценке физико-механических характеристик и состоя­ ний бетона, древесины и других материалов е переменной плот­ ностью и влажностью.

* Электрическая поляризация поверхностей кристалла в результате его де­ формации называется «прямым» пьезоэффектом, а деформация кристалла, вы­ званная поляризацией, «обратным» пьезоэффектом. Ультразвуковые колебания могут также возбуждаться магнитостршщией (деформации при намагничивании) и другими способами.

38

Способы прозвучивания. По направлению ультразвуковых волн различают два основных приема проэвучив'ания:

сквозное, когда излучатель, возбуждающий колебания, и при­ емник, воспринимающий их, расположены с .противоположных сторон исследуемого объекта (рис. 13, а, б); направление ультра­ звукового луча по отношению к поверхности материала может при этом быть как нормальным, так и наклонным;

мер 25 или, 50 раз в 1 сек, по­ даются короткие серии («пакеты») колебаний высокой частоты.

Регистрация ультразвуковых колебаний производится с. помо­ щью специальной аппаратуры, подробно рассмотренной в учебных руководствах и других источниках, іперечнсленных в списке реко­

39

мендуемой литературы. Наиболее распространенной является пере­ дача электрических колебаний от приемного преобразователя через усилитель на экран электроннолучевой трубки катодного осцилло­ графа. С большой точностью при этом ‘Могут быть определены скорость прохождения ультразвуковых колебаний через исследуе­ мый материал, интенсивность их затухания, а также другие показа­ тели, используемые при оценке результатов измерений.

1-2. Применение ультразвуковых методов

Отметим 'несколько наиболее характерных примеров. Определение динамического модуля упругости. Скорость рас­

пространения упругих колебаний ѵ связана с динамическим моду­ лем упругости £дцн и плотностью р проверяемого материала соот­ ношением

(2)

справедливым для случая продольных колебаний в стержне (од­ номерная задача).

Определив экспериментально скорость распространения волны колебаний в элементе, длина которого велика по сравнению с его поперечными размерами, находим £днп=и2р, если плотность ма­ териала известна.

В массивных и плитных конструкциях, т. е. для случаев трехмерной (про­ странственной) и двухмерной задач, а также для поперечных колебаний зависи­ мость между £д„,[ и V определяется более сложными соотношениями, в кото­ рые, кроме р, входит также и коэффициент Пуассона р. рассматриваемого ма­ териала.

Для одновременного нахождения всех трех параметров (£ дпп, р и р) необ­ ходимо сопоставление, по крайней мере, трех экспериментов по определению ѵ , произведенных в разных условиях: с применением продольных н поперечных

рывное излучение продольных ультразвуковых волн регулируемой

40