CC BY
32
УДК 678
ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ДЕФЕКТОСКОПЕ BONDMASTER600
М. А. Трощенко*, Е. А. Жирнова
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: dektyareva_marina@mail.ru
Рассмотрены виды дефектов, возникающие при производстве полимерных композиционных материалов. Представлены основные режимы работы дефектоскопа BondMaster600 относительно вида измеряемого дефекта.
Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, дефекты, ультразвуковой контроль.
TESTS OF SAMPLES OF POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS ON THE DEFECTOSCOPE BONDMASTER600
M. A. Troshenko*, E. A. Zhirnova
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: dektyareva_marina@mail.ru
The types of defects arising by production ofpolymeric composite materials are considered. The main operating modes of the defectoscope BondMaster600 concerning an arrangement of the measured defect are presented.
Keywords: polymeric composite materials, defects, ultrasonic control.
Создание ракетно-космической техники нового поколения неразрывно связано с применением новых материалов, обладающих комплексом физико-механических свойств, применяемых в жестких условиях эксплуатации.
Требования к конструкционным и специальным материалам, наиболее полно отвечающих потребностям современной техники (прежде всего, авиакосмической) стимулировали разработку и широкое использование полимерных композиционных материалов (ПКМ), использующих в качестве наполнителей высокопрочных, высокомодульных непрерывных волокон и текстильных форм из них, в виде нитей, жгутов, лент.
Недостаточный уровень конструктивно-технологических решений, отступления, допускаемые в технологии производства, приводят к появлению дефектов (несплошностей) некоторых композиционных агрегатов в процессе их производства и эксплуатации. Правильный выбор методики измерений дефектов играет огромную роль [1].
Основные типы дефектов приведены на рисунке.
Наличие подобных дефектов, склонных к росту под действием эксплуатационных нагрузок и климатических факторов, негативно сказывается на безопасности эксплуатации изделий авиационной техники. Поэтому одной из задач оценки качества изготовляемого материала, как на стадии производства, так и на стадии эксплуатации готового изделия является выявление подобных внутренних дефектов методами неразрушающего контроля [2].
Одним из главных методов определения данных дефектов в ПКМ является ультразвуковая дефектоскопия, то есть использование оборудования неразрушающего контроля, которое позволяет определять различного рода дефекты металлических и неметаллических изделий [3] - дефектоскопа.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2
Расслоение
Непроклей
Трещины
Ударные повреждения, представляющие собой множественные расслоения и трещины в районе соударения
Пористость
Основные типы дефектов ПКМ
Все современные дефектоскопы измеряют только два типа величин: время прихода сигнала и его амплитуду. Остальные величины расстояние (толщина) и скорость звука является производными от времени. Таким образом, теоретическая точность измерения всех величин прибором зависит от всего двух параметров: погрешности измерения временных интервалов и погрешности измерения амплитуды. Реальная же точность измерения зависит от громадного количества факторов: температуры окружающей среды, акустического контакта, качества поверхности и т. п. Поэтому, говоря о точности измерений, обычно имеют в виду точность самого прибора, а реально достижимая точность измерений уже определяется методикой и условиями контроля [4].
Точность определения времени прихода сигнала зависит как от частоты дискретизации сигнала при оцифровке, так и от способа обработки полученных данных. Чем выше частота оцифровки, тем на больше количество точек разбивается каждый период сигнала, и соответственно, тем больше объем полученных о сигнале данных и выше точность.
Другой не менее важный фактор - это способ обработки данных. Принципиально поступают двумя способами. В первом случае, обрабатывают в реальном времени весь объем полученных данных (в рамках интересующей развертки), а на экран выводят картинку соответствующего разрешения. Тогда точность измерений определяется количеством полученных данных (т. е. частотой оцифровки). Такие дефектоскопы, как правило, могут использоваться для прецизионных измерений толщины с разрешением 0,01 мм и выше. Второй способ заключается в выделении из всех данных только той части, что требуется для вывода на экран и дальнейшей обработки только этого малого количества.
При измерении амплитуды также существует ряд нюансов. Стандартный способ измерения заключается в определении амплитуды сигнала в % относительно высоты экрана или в дБ, относительно порога срабатывания. Второй вариант, в общем-то, просто разновидность первого, так как дБ определяются как отношение положения пика сигнала на экране к положению порога на экране. Точность определения, как правило, находится в пределах 1 дБ, что вполне соответствует всем существующим методикам. Однако проблемы возникают в том случае, если необходимо сравнить амплитуды сигналов, достаточно сильно отличающихся друг от друга (т. е. в 10 раз и больше). В этом случае сравнение по экрану провести невозможно, поскольку оба сигнала вместе не помещаются на экране (т. е. один еще не виден, а второй уже зашкаливает). Тогда необходимо либо строить кривую ВРЧ и выравнивать сигналы на глаз по экрану, и затем учитывать параметры ВРЧ, либо менять усиление для каждого сигнала и потом учитывать изменение усиления. И то и другое крайне неудобно и трудоемко [4].
Дефектоскоп марки ВоММа81ег600, используемый при проведении исследований, имеет ряд преимуществ перед другими дефектоскопами: он может работать в нескольких режимах.
1. Раздельно-совмещенный метод. Во время контроля композитных материалов раздельно-совмещенный преобразователь генерирует изгибные волны и волны сжатия; сравнивает изменения амплитуды сигнала приемника и передатчика преобразователя во время сканирования, обнаруживает расслоения, как со стороны контакта, так и с обратной стороны изделия.
2. Резонансный режим. В резонансном режиме фиксируются изменения фазы и амплитуды распространяющейся/стоячей волны в преобразователе. Резонансные преобразователи представляют собой узкополосные контактные преобразователи.
3. Режим MIA (анализ механического импеданса). Данный дефектоскоп можно использовать в режиме MIA (импедансный режим) - во время данного контроля отслеживаются изменения в фазе и амплитуде сигнала, вызванные изменение жесткости материала. Чем выше жесткость материала, тем выше амплитуда выходного напряжения преобразователя [5]. Импеданс характеризует способность системы сопротивляться возбуждению колебаний. Но необходимо учитывать, что в гомогенных материалах с увеличением толщины материала, амплитуда сигнала ослабляется. Скорость волн не зависит от частоты и амплитуды, а определяется физическими свойствами среды.
Возможности данных датчиков позволяют обнаруживать отслоения в композиционном материале диаметром до 12 мм.
В современных условиях применение полимерных композитов в ракетно-космической техники обусловлено необходимостью поднять на качественно новый уровень характеристики изделий, увеличить их надёжность и срок службы, так как данные материалы имеют малый вес, более высокие упруго-прочностные характеристики, низкие коэффициенты линейного температурного расширения. Изучение действительных свойств современных полимерных композитов невозможно без проведения достоверных испытаний и измерений.
Библиографические ссылки
1. Дектярева М. А., Жирнова Е. А. Референтные методики выполнения измерений для изделий из полимерных композиционных материалов // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч. конф. (10-14 ноября 2015) : в 2 ч. Ч. 1 / под общ. Ред. Ю. Ю. Логинова : Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 511-512.
2. Бойчук А. С., Генералов А. С., Степанов А. В., Юхацкова О. В.. Неразрушающий контроль ПКМ с использованием ультразвуковых фазированных решеток // Промышленные АСУ и контроллеры. 2013. № 2.
3. Все о коррозии [Электронный ресурс]. URL: http://www.okorrozii.com/defektoskop.html (дата обращения: 24.04.2016).
4. Сравнительные характеристики отечественных и зарубежных дефектоскопов [Электронный ресурс]. URL: http://www.kropus.ru/images/content/docs/fd-2004.pdf (дата обращения: 22.04.2016).
5. Руководство по эксплуатации BondMaster600 OLYMPUS. 2014.
© Трощенко М. А., Жирнова Е. А., 2016
