CC BY
29
УДК 647.038.3:681.2.083
ПОРШНЯЛЬНИЙ АНАЛ1З УДАРНО-АКУСТИЧНОГО ТА УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОД1В ДЕФЕКТОСКОПЫ ФАНЕРИ
О. С. Баранова1, В.М. Головач2
1снуе потреба у створенш обладнання неруйшвного контролю для визначення роз-шарованих областей фанери на раннiх стадшх виробництва або контролю ii якост на кiнцевих стадiях. Дослщження високочастотних хвиль у твердих тшах - один з найбшьш ефективних метсдав вивчення та дослiдження ix внутрiшньоi структури. Акустичнi xвилi легко проникають у будь-який матерiал, активно взаемодвдть з атомами решiтки i найчастiше надають унiкальну iнформацiю про середовище поширення. За допомогою акустичних методш у фанерному матерiалi можливо знайти поверxневi та внутрiшнi дефекти, яю представляють собою порушення суцшьносй, неоднорiдностi структури, дефекти склейки, пайки тощо. Проведено поршняльний аналiз ударно-акус-тичного та ультразвукового методiв дефектоскопп фанери. Дослiджено, що найбiльшу корелящю з ультразвуковим методом контролю розшарування у фанери мае виxiдний параметр ударного давача - коефщент гармошк.
Ключовi слова: фанера, неруйншний контроль, метод вшьних коливань, ультразву-ковий метод.
Вступ. Фанерне виробництво - це складна технолопчна система. Для шд-вищення ефективностi управлiння фанерним виробництвом здшснюють пошук квазiоптимальних умов перебiгу технолопчного процесу на основi оперативного оброблення iнформацií про стан процесу. Щд час виробництва фанери 80 % дефекпв виникають через непрокле!', наявнiсть яких у готовiй продукцп непри-пустима. Причини утворення внутртшх дефектiв зумовленi, в основному, по-рушенням технологiчного процесу виробництва фанери i нестабiльнiстю якостi видно!' сировини. Цд внутрiшнi дефекти зазвичай виявляють тiльки пiд час роз-крою, що призводить до вимушеного бракування виро6Дв.
Серед велико!' кшькосп методiв неруйн1вного контролю у деревооброблен-ш широко застосовують акустичнi методи [1]. Метод вшьних коливань простий у ре^зацп, система може бути бшьш мобшьною, що робить можливим установку системи i на заключнш стадií виробництва, а також безпосередньо шсля пресування [2]. Суть методу полягае у вимiрюваннi властивостей коливального процесу, що виникае у фанерi за ударного впливу на 1х поверхню короткочас-ного удару. По далянщ дослiджуваноí поверхнi фанери наносять короткочасний удар за допомогою ударника. Удар збуджуе у пластиш фанери акустичш коли-вання, яю за допомогою п'езоперетворювача ударного давача, встановленого на матерiалi або на самому ударнику, перетворюються в електричш. Форма елек-тричних сигнал1в на виходД п'езоперетворювача залежить вДд властивостей фанери. У разi наявносп дефекту в мкщ удару змшюються характеристики сигна-л1в: амплiтуда та частотний спектр. Вишрюючи i пор1внюючи кшьккть шпуль-с1в сигналу, 1х амплiтуди, частоти й rnmi характеристики на рДзних дiлянках по-верхш фанери можна отримувати iнформацiю про змшу його властивостей по площиш та виявляти дефектнi дшянки. Через складну структуру цих сигналiв 1х вивчення надiйнiше виконати експериментально [3].
1 acnip. О. С. Баранова - НУ Бюресурсгв i природокористування Украши, м. Кшв;
2 доц. В.М. Головач, канд. техн. наук - НУ Бюресурс1в i природокористування Украши, м. Ки!в
Нащональний лкотехшчний унiверситет УкраЁни
Матерiали та методи дослщження. Матерiали, якi застосовували для дос-лiджень, було подшено на двi групи. До першо! групи входили матерiали з дефектами та без них. Це, зокрема, зразки фанери рiзноí' товщини i площi. До дру-го! групи входили матерiали, якi дослщжували з метою розроблення конструкцп ударного давача з оптимальними характеристиками, придатного для роботи у виробничих умовах. Це метали i п'eзокерамiка. Для постановки дослщв зразки фанери брали безпосередньо з потокiв ПрАТ "Фанплит" (м. Ки!в) товщиною 7, 10, 14, 18, 22 мм. Розмгри за площею вибирали вiд 100x100 мм до 400x400 мм. Використовували зразки як з виробничими дефектами, так i зразки, виготовленi iз заданими характеристиками дефектiв. Моделювали дефекти (розшарування) рiзноí площi (вiд 51 = 0,0079 м2 до 52 = 0,042 м2) та глибини залягання (вiд 0,004 м до 0,018 м). Також вивчали вплив дефекту, розташованого усерединi зразка i розташованого на краю, коли його можна переглядати вiзуально [4, 5].
Результати дослвдження. Для побудови графка за результатами розподь лу сигналiв давача використовували значення усереднення сигналу по чотирьох точках (рис. 1,а).
а) б)
Рис. 1. Графж розподту (а) коеф^ента гармонж Кг вхiдного та (б) ктькоат пульсацш N вихiдного сигналу ударного давача по площi зразка
На рис. 1,б та рис. 2,а показано графки розподту ктькосп пульсацш п та частоти коливань вихщного сигналу ударного давача тд час вимгрювання дшя-нок иоверхш зразка композитного матер1алу.
а) б)
Рис. 2. Графж розподту (а) частоти коливань / вихiдного сигналу ударного давача по площi зразка та (б) швидкостi звуку по площиш фанери
Аналiзуючи отримаш результати, можна зробити висновок, що всi вихiднi сигнали несуть значущу iнформацiю про наявнiсть дефекту. На мкщ дефекту всi сигнали мають низький ркень (зону дефекту позначено червоним та синiм кольорами) [5, 6]. Однак найбшьш точну шформацда про конфiгурацiю дефекту несе сигнал коефщкнта гармонiк Кг.
Ультразвуковий метод контролю якостi рiзних матерiалiв також дуже ефективний. Недолiком цього методу е потреба застосовувати у процес контролю мастильнi рвдини для отримання надшного акустичного контакту ультразву-кових давачк iз контрольованою поверхнею. Металевi, пластмасовi поверхнi це не руйнуе. Для фанери застосування мастильних рiдин неприпустимо. Також варто враховувати, що обладнання, яке потрiбне для реалiзацií ультразвукових методiв, досить громiздке i реалiзацiя методу дорога. Окрш цього, використан-ня ультразвукового устаткування вимагае дотримання певних заходiв безпеки, щоб уникнути негативного впливу ультразвуку на органiзм оператора. Але, з огляду на точнiсть методу, було виртено перевiрити кореляцiю сигналiв ультразвукового та ударного методк для шдтвердження ефективностi парамет-рiв ударного методу шд час контролю розшарувань у фанерi.
Табл. Розподгл швидкоспи звуку по площит фанери
Довжина, м |
Швидюсть звуку V, м/с
0,04
1260
1272
1195
1139
1198
0,08
1206
1195
1223
1164
1250
0,12
1205
501
1204
1223
1165
0,16
1144
911
1238
1250
1261
0,2
1225
1267
1228
1258
1274
Ширина, м
0,06
0,12
0,18
0,24
0,3
Дослда проводили за допомогою ультразвукового дефектоскопу УК-10 ПМС. Випромшювач П111-П33МС. Приймач П111-0,1-П31МС. Було проведено дослщи iз розподшу значень швидкостi звуку в зразках фанери iз внутрш-нiм дефектом площею 8=0,0079м2. Зразки було розмiчено на 25 рiвних дiлянок. Вимiри проводили в цен^ цих дшянок.
Вихiдним параметром у дослдах була швидкiсть звуку V. У табл. та рис. 2,б наведено результати дослвдв. Поркнюючи вiзуально рис. 1-2 з рис. 2,б можна помiтити, що на вах поверхнях чiтко проглядаеться западина -мкце дефекту (розшарування). Порiвнюючи два методи контролю, отримали такi значення коефiцiентiв кореляцií:
• коеф1ц1ент кореляцп м1ж числом пульсац1й вих1дного сигналу ударного давача п та швидюстю звуку V: КпУ = 0,47;
• коефщкнт кореляцп м1ж частотою пульсацш сигналу ударного давача п та швидюстю звуку V: = 0,44;
• коефщкнт кореляцп м1ж коеф1ц1ентом гармон1к Кг сигналу давача та швидюстю звуку V: Ккгу = 0,84 [7].
Висновки. Розрахованi коефiцiенти кореляцií мiж сигналами двох методiв контролю якосп фанери показали, що найбiльшу кореляцда з ультразвуковим методом контролю розшарування у фанери мае вихщний параметр ударного давача - коефщкнт гармонк Кг = 0,84.
Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши
Також можна зробити висновок, що ударний метод надiйно виявляе у фа-Hepi розшарування розмiром 0,06x0,04 м i його можна використати на завода-виробнику, для забезпечення кiлькiсних даних про наявнiсть браку до надхо-дження фанери до споживача.
Лггература
1. Пижурин А. А. Основы научных исследований в деревообработке : учебник [для студ. ВУЗов лесотехн. спец.] 260200 "Технология деревообработки", 170400 "Машины и оборудование лесного комплекса"] / А.А. Пижурин, А.А. Пижурин; Моск. гос. ун-т леса. - М. : Изд-во Моск. гос. ун-та леса, 2005. - 304 с.
2. Защук И В. Электроника и акустические методы испытания строительных материалов / И В. Защук. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 1967. - 248 с.
3. Баранова О.С. Дефектоскопя композитних матерiалiв з застосуванням ударно-акустичного методу неруйшвного контролю / О.С. Баранова // Вюнпк КНУТД : зб. наук. праць. -2015. - № 6(92). - С. 150-156.
4. Головач В.М. Аншнз реакцц елементпв фанери на ударш впливи / В.М. Головач, О.С. Баранова // Люове i садове-паркове господарство : електрон. фаховий журнал. - 2015. - № 8.
5. Головач В.М. Аналiз впливу характеристик дефекту фанери на кщьюсть пульсацш впхщного сигналу ударного датчика / В.М. Головач, О.С. Баранова // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украши. - 2015. - Вип. 25.10. - С. 280.
6. Головач В.М. Вплив характеристик дефектов фанери на коефшдент гармоншнпх спотворень впхщного сигналу ударного датчика / В.М. Головач, О.С. Баранова // Техшчш науки та технологи : наук. журнал. - Чершпв. - 2016. - № 2(4). - С. 195-199.
7. Головач В.М. Аналiз кореляцц параметр]в вихщного сигналу ударно-акустичного та ультразвукового методiв дефектоскоп!' фанери / В.М. Головач, О.С. Баранова // Современные строительные конструкции из металла и древесины : сб. науч. тр. - Одесса. - 2016. - № 20. - С. 27-32.
8. Головач В.М. Патент Украши на корисну модель № 109890, МПК G01N33/46, G01N29/04, Пристрш контролю якост фанери / В.М. Головач, О.О. Пшчевська, О.С. Баранова; Опуб.12.09.2016.; Бюл. - № 17.
Надтшла доредакцп 23.09.2016р.
Баранова О.С., Головач В.М. Сравнительный анализ ударно-акустического и ультразвукового методов дефектоскопии фанеры
Существует необходимость создания оборудования неразрушающего контроля для определения расслоенных областей фанеры на ранних стадиях производства или контроля ее качества на конечных стадиях. Исследование высокочастотных волн в твердых телах - один из наиболее эффективных методов изучения и исследования их внутренней структуры. Акустические волны легко проникают в любой материал, активно взаимодействуют с атомами решетки и чаще всего предоставляют уникальную информацию о среде распространения. С помощью акустических методов в фанерном материале можно найти поверхностные и внутренние дефекты, которые представляют собой нарушение целостности, неоднородности структуры, дефекты склейки, пайки и т. д. Проведен сравнительный анализ ударно-акустического и ультразвукового методов дефектоскопии фанеры. Доказано, что наибольшую корреляцию с ультразвуковым методом контроля расслоения в фанеры имеет выходной параметр ударного датчика - коэффициент гармоник.
Ключевые слова: фанера, неразрушающий контроль, метод свободных колебаний, ультразвуковой метод.
Baranova O.S., Golovach V.M. Comparative Analysis of Acoustic Shock and Ultrasonic Method of Plywood Defectoscopy
The necessity to create the non-destructive testing equipment to detect the bundle defect at the early production stages or to perform the quality control and the final production stages is acute. The study of high-frequency waves in solid objects is one of the most effective
methods of learning and study their internal structure. Acoustic waves easily penetrate any material, actively interact with the atoms of the lattice and often provide unique information on the distribution medium. With acoustic methods in plywood material can be found surface and internal defects that represent a discontinuity, heterogeneity of structure defects gluing, soldering, etc. In the article the comparative analysis of shock-acoustic and ultrasonic flaw detection methods plywood. Investigated that the greatest correlation with ultrasonic method of controlling separation in plywood output parameter has a shock sensor - harmonic.
Keywords: plywood, non-destructive testing, free oscillations method, ultrasonic method.
УДК 674.817-027.45:624
МЕТОД ОЦ1НЮВАННЯ ДОВГОВ1ЧНОСТ1 ДЕРЕВИННО-ВОЛОКНИСТИХ ПЛИТ СЕРЕДНЬО' ЩГЛЬНОСП У БУДШЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦ1ЯХ Л.М. Бойко1, О.В. Анциферова2
Наведено методику оцшювання довгс^чност деревинноволокнистих плит середньо! щшьносп або плит МЭР (MediumDensityFiberboard), що Грунтуеться на термоактива-цшнш теорп мшносп. Базуючись на заиропонованш методиц розроблено алгоритм, який дае змогу прогнозувати термш служби деревинноволокнистих плит середньо! щшьносп рiзного виду захисно-декоративного покриття та товщини. Запропоновано новий пiдхiд до вивчення закономiрностей руйнування деревиннокомпозидiйних мате-рiалiв, а також прогнозування параметрiв працездатностi композидiйних матерiалiв на основi деревини, який пов'язаний з вивченням поведiнки констант матерiалу, якi визна-чають цi параметри. Запропонований метод дае змогу, о^м навантаження, яке дiе на конструкщю чи матерiал, враховувати вплив температури та вологостi навколишнього середовища.
Ключовi слова: плити МЭР, метод оцiнювання, довговiчнiсть, термоактивацшна те-орiя.
Плити МЭР найбшьше застосовують як покриття для шдлоги, у меблевiй промисловостi та у будiвельнiй галузi, 20 % припадае на iнше використання плит (декоративш елементи iнтер'еру, товари побутового вжитку) [1]. Плити МЭР легко обробляти, як i звичайну деревину, при цьому немае !х головного недолiку - неоднорiдностi будови та вад, ят пов'язаш з природним бiологiчним походженням деревини. Ще одшею перевагою плит МЭР е ктотна економк да-лово! деревини. Але у деревних композицшних матерiалах спостеркаеться ви-сока неоднорiднiсть розподалу компонент за об'емом. Така будова ускладнюе вивчення фiзико-механiчних властивостей та побудову методк прогнозування.
Пiд час проектування будкельних конструкпiй наразi використовують ем-пiричний метод граничних сташв, а вс ускладнення враховують поправковi ко-ефiпiенти. Це призводить до багатократного запасу мiцностi та збiльшення ма-терiаломiсткостi конструкпiй, що на фош зменшення лiсових ресурсiв не сприяе !х збереженню та рапiональному використанню. Традипiйнi методи да-ють змогу розрахувати тальки величину експлуатапiйного напруження, що, своею чергою, дае змогу шдабрати перерiз балки [2-5]. Балка - це узагальнене поняття, шд ним розумiемо балки перекриття мiж поверхами будiвлi, стiновi
1 доц. Л.М. Бойко, канд. техн. наук - НУ бюресурсгв i природокористування Украши, м. Khïb;
2 асшр. О.В. Анциферова - НУ бюресурс1в i природокористування Украши, м. Kîïb
