В
В мире НК
Guest
Ультразвуковой инфракрасный метод выявления ударных повреждений и усталостнтых трещин в металлах и композитах
Об автрах:
Сотрудники НИИ интроскопии Томского политехнического университета:
Необходимо войти для просмотра
Вавилов Владимир Платонович
Д-р техн. наук, профессор, заведующий отделом тепловых методов контроля.
Член рабочей группы «Евротерм» по инфракрасной термографии.
III уровень по тепловому виду НК.
Необходимо войти для просмотра
Нестерук Денис Алексеевич
Старший преподаватель, к. т. н.,
III уровень по тепловому виду НК.
Необходимо войти для просмотра
Хорев Владимир Сергеевич
Аспирант, II уровень по ВИК и УЗК.
Введение
Одним из принципиальных недостатков «классического» одностороннего теплового контроля (ТК) является существенное снижение чувствительности с ростом глубины и уменьшением размеров дефектов. Это обусловлено тем фактом, что «пакет» стимулирующей тепловой энергии распространяется от нагреваемой поверхности к заглубленным дефектам, и его аномалии, вызванные присутствием дефектов, существенно сглаживаются после отражения от дефектов и «возвращения» на контролируемую поверхность. Недавно предложенный метод ультразвуковой инфракрасной (ИК) термографии в определенной степени свободен от этого недостатка, поскольку использует феномены ослабления ультразвука на структурных неоднородностях материалов [1, 2]. С использованием ультразвуковой стимуляции стало возможным контролировать металлические изделия сложной формы, что практически было исключено в случае оптического возбуждения.
Ослабление ультразвука в твердых телах связано с действием механизмов термоупругости (концентрации напряжений) и внутреннего трения (механического гистерезиса). Первый эффект пропорционален магнитуде напряжений, а второй - квадрату этой величины. С другой стороны, ослабление ультразвуковых колебаний пропорционально квадрату частоты. Поскольку упругие свойства материалов в зонах структурных неоднородностей отличаются от бездефектных зон, а также вследствие затрудненной диффузии тепла через газонаполненные дефекты, в дефектных зонах происходит повышение температуры, в то время как в бездефектных зонах температура остается практически постоянной. Таким образом обеспечивается селективное обнаружение структурных дефектов. В вязких металлах заметную термографическую индикацию обнаруживают только головки трещин, где сконцентрированы напряжения, хотя в ряде случаев отмечалось повышение температуры по всей длине трещин, причем максимальная амплитуда дифференциального сигнала имела место в усталостных трещинах шириной 5 - 10 мкм [4].
В НИИ интроскопии первые работы в данном направлении были начаты в 2009 г. применительно к ТК композитов [3]. Уже первые эксперименты выявили следующие особенности: 1) в силу эффекта трения лучше выявляются трещины с малым раскрытием; 2) температурные поля при ультразвуковой и оптической стимуляции имеют различный вид, причем более равномерное поле создается в случае оптического нагрева; 3) результаты «классического» и ультразвукового ТК дополняют друг друга. В литературе также отмечен еще ряд особенностей описываемого метода, а именно: 1) вследствие образования стоячих волн в температурном поле возникают «мертвые» (холодные) зоны, где обнаружение дефектов требует использования качающейся частоты ультразвуковых колебаний; 2) в металлах наилучшие результаты получают, используя мощные короткие ультразвуковые импульсы; кроме того, в этом случае проще обеспечивается надлежащий контакт ультразвукового излучателя с объектом контроля; 3) при длительном маломощном нагреве применяют способ синхронного детектирования тепловых волн, при котором несущую частоту ультразвуковых колебаний модулируют с частотой 0,01 - 1 Гц; 4) при использовании генераторов с частотой около 20 кГц и электрической мощностью до 1 кВт возможно проконтролировать области площадью 0,1 - 0,3 м2; расширение зоны контроля требует увеличения мощности ультразвукового излучения, что может привести к инициации дефектов и разрушению объекта контроля.
В настоящей работе описаны результаты использования метода ультразвуковой термографии при контроле углепластика, подвергнутого ударному повреждению, и стандартного образца турбинной лопатки с теплозащитным покрытием, содержавшего усталостную трещину.
Об автрах:
Сотрудники НИИ интроскопии Томского политехнического университета:
Необходимо войти для просмотра
Вавилов Владимир Платонович
Д-р техн. наук, профессор, заведующий отделом тепловых методов контроля.
Член рабочей группы «Евротерм» по инфракрасной термографии.
III уровень по тепловому виду НК.
Необходимо войти для просмотра
Нестерук Денис Алексеевич
Старший преподаватель, к. т. н.,
III уровень по тепловому виду НК.
Необходимо войти для просмотра
Хорев Владимир Сергеевич
Аспирант, II уровень по ВИК и УЗК.
Введение
Одним из принципиальных недостатков «классического» одностороннего теплового контроля (ТК) является существенное снижение чувствительности с ростом глубины и уменьшением размеров дефектов. Это обусловлено тем фактом, что «пакет» стимулирующей тепловой энергии распространяется от нагреваемой поверхности к заглубленным дефектам, и его аномалии, вызванные присутствием дефектов, существенно сглаживаются после отражения от дефектов и «возвращения» на контролируемую поверхность. Недавно предложенный метод ультразвуковой инфракрасной (ИК) термографии в определенной степени свободен от этого недостатка, поскольку использует феномены ослабления ультразвука на структурных неоднородностях материалов [1, 2]. С использованием ультразвуковой стимуляции стало возможным контролировать металлические изделия сложной формы, что практически было исключено в случае оптического возбуждения.
Ослабление ультразвука в твердых телах связано с действием механизмов термоупругости (концентрации напряжений) и внутреннего трения (механического гистерезиса). Первый эффект пропорционален магнитуде напряжений, а второй - квадрату этой величины. С другой стороны, ослабление ультразвуковых колебаний пропорционально квадрату частоты. Поскольку упругие свойства материалов в зонах структурных неоднородностей отличаются от бездефектных зон, а также вследствие затрудненной диффузии тепла через газонаполненные дефекты, в дефектных зонах происходит повышение температуры, в то время как в бездефектных зонах температура остается практически постоянной. Таким образом обеспечивается селективное обнаружение структурных дефектов. В вязких металлах заметную термографическую индикацию обнаруживают только головки трещин, где сконцентрированы напряжения, хотя в ряде случаев отмечалось повышение температуры по всей длине трещин, причем максимальная амплитуда дифференциального сигнала имела место в усталостных трещинах шириной 5 - 10 мкм [4].
В НИИ интроскопии первые работы в данном направлении были начаты в 2009 г. применительно к ТК композитов [3]. Уже первые эксперименты выявили следующие особенности: 1) в силу эффекта трения лучше выявляются трещины с малым раскрытием; 2) температурные поля при ультразвуковой и оптической стимуляции имеют различный вид, причем более равномерное поле создается в случае оптического нагрева; 3) результаты «классического» и ультразвукового ТК дополняют друг друга. В литературе также отмечен еще ряд особенностей описываемого метода, а именно: 1) вследствие образования стоячих волн в температурном поле возникают «мертвые» (холодные) зоны, где обнаружение дефектов требует использования качающейся частоты ультразвуковых колебаний; 2) в металлах наилучшие результаты получают, используя мощные короткие ультразвуковые импульсы; кроме того, в этом случае проще обеспечивается надлежащий контакт ультразвукового излучателя с объектом контроля; 3) при длительном маломощном нагреве применяют способ синхронного детектирования тепловых волн, при котором несущую частоту ультразвуковых колебаний модулируют с частотой 0,01 - 1 Гц; 4) при использовании генераторов с частотой около 20 кГц и электрической мощностью до 1 кВт возможно проконтролировать области площадью 0,1 - 0,3 м2; расширение зоны контроля требует увеличения мощности ультразвукового излучения, что может привести к инициации дефектов и разрушению объекта контроля.
В настоящей работе описаны результаты использования метода ультразвуковой термографии при контроле углепластика, подвергнутого ударному повреждению, и стандартного образца турбинной лопатки с теплозащитным покрытием, содержавшего усталостную трещину.