Скачать презентацию Лекция 29 Радиоволновый контроль основан на регистрации изменения Скачать презентацию Лекция 29 Радиоволновый контроль основан на регистрации изменения

MAG-Lk29-30.ppt

  • Количество слайдов: 37

Лекция 29. Радиоволновый контроль основан на регистрации изменения параметров сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных волн радиодиапазона, Лекция 29. Радиоволновый контроль основан на регистрации изменения параметров сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных волн радиодиапазона, после взаимодействия их с объектом контроля. Общие понятия и классификация методов Этот контроль отличается высокой информативностью, т. к. в процессе его осуществления регистрируется большое число параметров излучения, которые можно использовать для анализа ряда влияющих на них факторов, связанных с дефектами материалов изделий и их составом. Особенность радиоволновых методов контроля – возможность контроля большого количества параметров. С другой стороны, большое число регистрируемых параметров усложняет расшифровку результатов контроля. Используют следующие параметры СВЧ электромагнитных колебаний: Амплитуда; Фаза; Сдвиг колебаний во времени; Спектральный состав; Распространение энергии в пространстве; Геометрия распространения волн; Поворот плоскости поляризации. В соответствии с этим, по первичному информативному параметру называют следующие виды контроля: ØАмплитудный; ØФазовый; ØАмплитудно-фазовый; ØГеометрический; ØВременной; ØСпектральный; ØПоляризационный; ØГолографический и т. д.

В зависимости от взаимного расположения излучающего и приемного устройства относительно объекта контроля контроль может В зависимости от взаимного расположения излучающего и приемного устройства относительно объекта контроля контроль может осуществляться по прошедшему или отраженному излучению, а также по рассеянному излучению (в этом случае приемник располагается в области, где интенсивность излучения должна быть близка к нулю. Контроль может быть использован для обнаружения дефектов в диэлектрических, магнитно-диэлектрических и полупроводниковых материалах. При контроле используются следующие виды радиоволн (см. рис. ): При радиоволновом Виды радиоволн контроле стараются использовать режим бегущей волны, в котором амплитуды напряжений и токов по длине тракта постоянны и происходит наиболее полная передача СВЧ энергии. При радиоволновом контроле используются следующие его особенности: 1. Радиодиапазон СВЧ колебаний позволяет получить большой интервал мощностей генерируемых волн, что позволяет контролировать материалы и изделия с различной прозрачностью и широким диапазоном толщин. 2. СВЧ колебания легко получить в виде когерентных, поляризованных и гармонических колебаний, что позволяет обеспечить высокую чувствительность и точность контроля, используя интерференционные явления, которые возникают при взаимодействии когерентных волн с диэлектрическим слоем.

3. Метод позволяет осуществлять бесконтактный контроль, в том числе при одностороннем доступе. 4. Волны 3. Метод позволяет осуществлять бесконтактный контроль, в том числе при одностороннем доступе. 4. Волны СВЧ можно легко сфокусировать, что обеспечивает локальность контроля и сводит к минимуму краевые эффекты, повышая помехоустойчивость метода. 5. Обладает малой инерционностью, позволяя наблюдать и анализировать быстропротекающие процессы. 6. Аппаратура для контроля может быть выполнена малогабаритной и компактной. Недостаток метода: отрицательное воздействие на биологические объекты. Глубина проникновения до 2 -х см и приводит к локальному нагреву. Допустимые уровни излучения: 10 мк. Вт/см 2 – 1 день; 1000 мк. Вт/см 2 – 20 минут. Защита: металлическая сетка.

Параметры электромагнитных волн СВЧ диапазона и особенности их взаимодействия с диэлектрическими материалами Электромагнитная волна Параметры электромагнитных волн СВЧ диапазона и особенности их взаимодействия с диэлектрическими материалами Электромагнитная волна – это совокупность быстропеременных электрического (Е) и магнитного (Н) полей, распространяющихся в определенном направлении z. В свободном пространстве эта волна поперечна, т. е. векторы Е и Н перпендикулярны ее распространению. При радиоволновом контроле диэлектрических материалов необходимо знать: Øε – диэлектрическую проницаемость; Øtg δ – тангенс угла диэлектрических потерь; Øμ – магнитную проницаемость (для пм = 1). В неограниченной диэлектрической среде без потерь (μ=1) наличие магнитной составляющей поля связано с существованием электрической составляющей Е, которая играет основную роль в современных средствах радиоволнового контроля. Одним из важнейших параметров электромагнитных волн является ее поляризация, определяемая ориентацией вектора Е в пространстве по мере ее распространения. Плотность потока энергии в радиоволне СВЧ диапазона пропорциональна квадрату амплитуды электрического поля. На этом основана возможность регистрации распространяющихся электромагнитных волн различными приемниками. При наличии границы раздела сред, появляется отраженная волна, которая взаимодействует с падающей волной и образует в первой среде стоячую волну, для которой наблюдается сдвиг фаз (Δφ = π/2) между векторами Е и Н. При наличии второй границы раздела сред, т. е. при появлении промежуточного слоя, отражение наклоннопадающей волны количественно характеризуется коэффициентом зеркального отражения от слоя.

Как видно из вышеприведенной схемы, электромагнитные процессы, как правило, сопровождаются наложением 2 -х волн: Как видно из вышеприведенной схемы, электромагнитные процессы, как правило, сопровождаются наложением 2 -х волн: падающей и отраженной. Е 0 – напряжение поля в зоне источника, γ - коэффициент распространения равный Где: α – коэффициент затухания колебаний вдоль линии, λ – длина волны; Г – коэффициент отражения; i – мнимая единица; х – расстояние направления распространения волны. Где: с – скорость света; ε и μ относительные диэлектрическая и магнитные проницаемости. Основным показателем, характеризующим среду, является волновое сопротивление (импеданс), который для монохроматического излучения определяется по формуле: Где: Е – напряжение электрического поля, Н – напряжение магнитного поля. При распространении в конкретной среде, импеданс можно рассчитать: Где: εа, μа - комплексные значения абсолютной магнитной и диэлектрической проницаемости

Где: В, D – индукция комплексного электрического и магнитного полей; μ 0 – магнитная Где: В, D – индукция комплексного электрического и магнитного полей; μ 0 – магнитная константа ε 0 – диэлектрическая константа σ – удельная электрическая проводимость среды (Ом/м); ω – угловая частота СВЧ колебаний [рад/с]. На практике для анализа процессов распространения СВЧ колебаний чаще всего используют: 1. Коэффициент бегущей волны (КБВ), который равен: Где: /Еmax/ и /Emin/ модули максимальной и минимальной напряженности электрического поля. 2. Постоянная составляющая аргумента (фазы) коэффициента отражения, задаваемая нагрузкой (объектом контроля): Где: н – нагрузка; л – линия.

Эта величина определяется расстоянием от нагрузки до точки минимума. Процесс взаимодействия СВЧ излучения с Эта величина определяется расстоянием от нагрузки до точки минимума. Процесс взаимодействия СВЧ излучения с объектом контроля носит сложный характер. Поэтому вопросы взаимодействия СВЧ излучения с материалами чаще всего решаются экспериментально, реже – приближенными расчетами. Напряженность электрического поля характеризуют коэффициент отражения (Ко) и коэффициент преломления (Кп): Т. к. между векторами напряженности электрического и магнитного полей существует однозначная связь: Где: Z – импеданс; n – единичный вектор нормали. Зная коэффициенты отражения или преломления можно определить компоненты электромагнитного поля в любой среде.

При проведении радиоволнового контроля необходимо учитывать: 1. Явление полного отражения и учитывать возможность пропадания При проведении радиоволнового контроля необходимо учитывать: 1. Явление полного отражения и учитывать возможность пропадания компонентов электрического поля при угле близком к поляризующему, который называют углом Брюстера. Причем полное отражение происходит в том случае, когда вторая среда оптически более плотная, чем первая (ε 1μ 1 > ε 2 μ 2), тогда при определенном угле попавшая внутрь объекта контроля волна не может выйти за его границу. 2. Вторая особенность – отраженный луч, прошедший через объект контроля, несколько смещен в направлении отражения относительно зеркально отраженного луча. Эта величина смещения пропорциональна глубине проникновения луча во вторую среду (чем больше толщина объекта контроля, тем больше смещение угла). Т. е. существует линейная зависимость между смещением луча и толщиной облучаемого материала. Это свойство СВЧ - колебаний используется при радиоволновой толщинометрии. Величина смещения оценивается по следующей формуле: Где: lп – величина смещения луча, прошедшего через материал, относительно зеркальной волны; b – толщина, n – коэффициент преломления (оптический), Θ – угол облучения, целесообразно иметь 50 о ÷ 70 о.

Источники и приемники радиоволновых СВЧ колебаний Ø Ø Ø q q Источниками СВЧ колебаний Источники и приемники радиоволновых СВЧ колебаний Ø Ø Ø q q Источниками СВЧ колебаний являются: Полупроводниковые генераторы; Электронные генераторы; Нагретые тела. Рабочий диапазон длин волн: 2 ÷ 100 мм, Мощность: 0, 05 – 0, 65 Вт, КПД: 2 ÷ 14% Основные устройства для формирования и обработки СВЧ сигналов К ним относятся: Устройства для излучения и приема (источники СВЧ колебаний); Антенны; Аттенюаторы; Фазовращатели; Волноводы; Резонаторы; Волномеры и т. д. Антенны бывают излучающие и приемные. Выполняются в форме рупора, открытого среза, конуса и т. д. Форма антенны определяется необходимой локальностью контроля и требуемой чувствительностью аппаратуры. Канализирующие устройства: Волноводы; Отрезки коаксиальных линий. Они служат для передачи СВЧ энергии от генератора, излучателя или приемника к первичному преобразователю;

ØАттенюаторы (ослабители) служат для дискретной или плавной регулировки амплитуды СВЧ сигнала, путем изменения размеров ØАттенюаторы (ослабители) служат для дискретной или плавной регулировки амплитуды СВЧ сигнала, путем изменения размеров поперечного сечения волновода; ØВентиль, служит для пропускания СВЧ энергии только в одном направлении; ØФазовращатель, позволяет изменить фазу СВЧ колебаний; ØНаправленный ответвитель имеет один вход и два выхода; ØРезонатор служит для выделения волны требуемой частоты; ØВолномеры служат для определения частоты и длины волны. Индикаторы и преобразователи радиоволнового излучения Они преобразуют распределение плотности СВЧ энергии в видимое изображение, что позволяет оператору анализировать качество объекта контроля. К ним относятся: ØЛюминофоры; ØЖидкие кристаллы; ØФотоэмульсии. Люминофоры – вещества светящиеся под действием падающего излучения (видимого). Т. к. СВЧ энергии не хватает для возбуждения излучения, то индикатор необходимо дополнительно подсвечивать источником с квантами высокой энергии (например, УФ лампами). Жидкие кристаллы. Используют кристаллы холестерического типа. Они в зависимости от температуры и угла наблюдения имеют наибольший коэффициент отражения света определенной длины волны. Их наносят на зачерненную пленку, которую прижимают к объекту контроля. Излучение способствует нагреву объекта контроля, что, в свою очередь, приводит к изменению цвета жидких кристаллов. Весь цветовой спектр наблюдается в диапазоне температур от 1 ÷ 3 градусов. Чувствительность: 0, 1 – 0, 2 о. К. Работа индикатора обратима.

Фотоэмульсии. В контроле используют полупроявленные фотопленки и фотобумагу. Окончательная засветка фотоэмульсии пропорциональна интенсивности СВЧ Фотоэмульсии. В контроле используют полупроявленные фотопленки и фотобумагу. Окончательная засветка фотоэмульсии пропорциональна интенсивности СВЧ энергии. Фотобумага и фотопленки накладывают на объект контроля. Использую метод редко. Измерительные преобразователи (датчики) Они преобразуют СВЧ излучение в электрические сигналы, которые удобны для дальнейшей обработки. В качестве первичных измерительных преобразователей применяют приборы: ØПолупроводниковые, ØТермоэлектрические. В качестве датчиков чаще всего используют: ØСВЧ - диоды; ØТерморезисторы.

Методы радиоволнового контроля Эти методы применяются при решении всех основных задач неразрушающего контроля: ØДефектоскопии; Методы радиоволнового контроля Эти методы применяются при решении всех основных задач неразрушающего контроля: ØДефектоскопии; ØИнтроскопии; ØТолщинометрии. Аппаратура для СВЧ контроля создается на базе стандартных элементов. Специфическими могут быть только излучающие и приемные устройства. Методы: 1. Амплитудный метод заключается в измерении величины напряженности прошедшего, отраженного или рассеянного излучения. Относится к однопараметровым методам. Отличается простотой аппаратурного оформления. Его разновидность – геометрический метод контроля. Геометрический или временной метод позволяет путем определения направления и места прохода луча или задержки сигнала во времени определять толщину изделий; 2. Фазовый или амплитудно-фазовый метод – обладает более высокой точностью и позволяет подавить один из мешающих факторов. 3. Поляризационный метод – заключается в анализе плоскости или поляризации СВЧ колебаний. Чаще всего используется для контроля тонкопленочных и анизотропных изделий. 4. Спектральный и голографический методы отличаются высокой чувствительностью и позволяет изучать внутреннее строение объекта контроля. При этом используется дорогостоящая аппаратура. Как уже отмечалось, для контроля объектов большой толщины необходимо учитывать ослабление СВЧ сигнала. Для их контроля используется временной, либо геометрический методы.

Геометрический метод радиоволнового контроля (метод отражения – однопараметровый) Геометрический (лучевой) метод основан на регистрации Геометрический метод радиоволнового контроля (метод отражения – однопараметровый) Геометрический (лучевой) метод основан на регистрации пространственного положения (смещения) максимума интенсивности радиоволнового пучка, прошедшего сквозь объект контроля и (или) отраженного от его внутренней поверхности. Метод используется для контроля следующих изделий типа: листов, пластин, стенок с небольшой кривизной и слоенных конструкций при толщине δ >> λ. Как уже отмечалось, смещение луча, несущего максимум электромагнитной энергии, прямо пропорционально толщине слоя, а величина электромагнитного параметра не влияет на положение максимума, а влияет лишь на интенсивность или его амплитуду. Следует учитывать, что неровность поверхности R должна быть меньше 0, 25 λ. Большая неровность ведет к отклонению и рассеянию пучка СВЧ энергии. Нахождение максимума СВЧ - энергии осуществляется путем сканирования радиоволновым преобразователем (антенной) над поверхностью объекта контроля с последующей записью полученного сигнала на бумажный носитель. Марка аппаратуры, используемой для толшинометрии, СТ– 11 Л. 1. - генератор; 2 - аттенюатор; 3 волноводы; 4 - излучающая антенна; 5 приемная антенна; 6 усилитель; 7 - блок обработки сигнала; 8 - изделие

В процессе работы прибора определяется максимальное расстояние от передающей до приемной антенны и, зная В процессе работы прибора определяется максимальное расстояние от передающей до приемной антенны и, зная электромагнитные характеристики среды, по таблице находят толщину стенки либо фиксируют наличие дефекта. Если электромагнитные характеристики материала не известны, то используется двухпараметровый геометрический способ, при котором сигнал посылается под двумя разными углами Q 1 и Q 2, и определяется максимальное расстояние между рупорами l 1 и l 2. Тогда толщину стенки определяют как: Толщину слоев можно контролировать непрерывно. Точность метода – 5%. Помехи – изменение свойств материал стенки. Аппаратура для контроля по прошедшему излучению При схеме прохождения величина СВЧ – сигнала зависит от: ØТолщины, δ; ØДиэлектрической проницаемости - ε; ØМагнитной проницаемости - μ; ØТангенса угла диэлектрических потерь - tg δ; ØЭлектрической проводимости - γ. Преимущество метода прохождения в том, что величина сигнала слабо зависит от взаимного положения источника, приемника и объекта контроля.

Амплитуда сигнала определяется по формуле Из формулы видно, что, зная величину амплитуды, можно оценить Амплитуда сигнала определяется по формуле Из формулы видно, что, зная величину амплитуды, можно оценить диэлектрический показатель материала либо его толщину при известной длине волны. Метод широко используется для обнаружения металлических включений либо пустот в диэлектриках, однако он требует двухстороннего доступа. 1 - генератор; 2 - аттенюатор; 3 волновод; 4 - излучающая антенна; 5 приемная антенна; 6 - объект контроля; 7 - амплитудный детектор; 8 - усилитель Второй недостаток заключается в том, что сигнал сильно зависит от интенсивности излучения, поэтому в аппаратуре используются либо балансовые, либо мостовые схемы. Устройство позволяет сравнить сигнал, посланный через объект контроля, с прошедшим через него. Если контролируемый участок имеет другую толщину или другие диэлектрические показатели, то величина сигнала изменяется, и срабатывает сигнализирующее устройство.

Более высокой чувствительностью обладает аппаратура, которая имеет в своем составе в качестве эталона образец Более высокой чувствительностью обладает аппаратура, которая имеет в своем составе в качестве эталона образец сравнения. 1 - генератор; 2 - аттенюатор; 3 - волновод и излучающие антенны; 4 - объект контроля; 5 – образец сравнения (эталон); 6 - волновод и приемные антенны; 7 - усилитель; 8 - фазовый детектор; 9 - модулятор. Данная аппаратура работает в трех основных режимах: ØАбсолютное измерение параметров объекта контроля (δ, ε, γ); ØОтносительное измерение путем сравнения с эталоном; ØСамосравнение двух разных участков объекта контроля. Схема амплитудно-фазового СВЧ прибора. Амплитудно-фазовый СВЧ – прибор. 1 генератор; 2 - аттенюатор; 3 - вентиль; 4 устройство контроля мощности; 5 волновод и излучающие антенны; 6 объект контроля; 7 - эталон; 8 - волновод и приемные антенны; 9 - отрезок волновода длиной λ/2, играющий роль фазовращателя; 10 амплитудный детектор; 11 - усилитель; 12 - блок обработки сигнала.

Фазовращатель позволяет получить СВЧ – сигнал, повернутый на 180°. Если СВЧ – сигналы, полученные Фазовращатель позволяет получить СВЧ – сигнал, повернутый на 180°. Если СВЧ – сигналы, полученные рупорами приемных антенн, будут отличаться по амплитуде и фазе, то на выходе к амплитудному детектору появится разностный сигнал, регистрируемый блоком обработки. При этом фиксируется не только разность амплитуд, но и разность фаз – как дополнительный информационный параметр.

Лекция 30. Радиоволновая дефектоскопия Обнаружение дефектов типа несплошностей с помощью СВЧ – излучений возможно Лекция 30. Радиоволновая дефектоскопия Обнаружение дефектов типа несплошностей с помощью СВЧ – излучений возможно при размере дефектов, сравнимых с длиной волны, и с раскрытием антенны. Необходимо учитывать, что любые изменения свойств материала оказывают влияние на точность метода, при этом изменение ε может идентифицироваться как появление дефекта. Поэтому всегда используют схемы само сравнения либо сравнения с эталоном, которые содержат два комплекта излучающих и приемных устройств. В этом случае аппаратура позволяет определять дефекты в виде воздушных включений, размером 0, 05 ÷ 0, 01 λ. Чувствительность метода падает с увеличением толщины объекта контроля и глубины залегания дефекта. Дефектоскопы: f от 10, 3 до 37, 5 ГГц. ØСД – 12 Д (самый распространенный) ØСИ - 10 АФ ØДВ – 3 М ØИМ – 120 Размеры обнаруживаемых дефектов: от 0, 05 х10 х10 до 0, 1 х10 х20; δ от 1 до 30 мм; ε 1, 1 ÷ 4, 5; tg δ 0, 01 ÷ 0, 02.

С помощью прибора можно получить следующие кривые: Если сигнал выше Uдеф то это говорит С помощью прибора можно получить следующие кривые: Если сигнал выше Uдеф то это говорит о наличии дефекта. Umin – минимальная чувствительность. 1. Разнотолщинность; 2. Точечные дефекты (дают два пика), где l 0 характеризуется расстоянием между рупорами антенн; 3. Длинные трещины или расслоения (их длина больше расстояния между рупорами антенн); они дают два импульса, один относительно другого сдвинут на Где ld – размер дефекта, v – скорость, td – время прохождения дефекта; t 0 – длительность импульса; 4. Большое количество дефектов различного типа, например – мелкая пористость.

Радиоволновая интроскопия и способы визуализации радиоволновых полей. Эти методы используют при изучении внутреннего строения Радиоволновая интроскопия и способы визуализации радиоволновых полей. Эти методы используют при изучении внутреннего строения сложных объектов (интроскопия). Радиовизор РВ – II позволяет получать изображения объекта контроля в реальном масштабе времени. Основным элементом является люминесцирующий экран. 1 - источник излучения; 2 - объект контроля; 3 люминесцирующий экран; 4 - ультрафиолетовая лампа для подсветки; 5 - источник питания для лампы. Преимущества: ØНаблюдение объекта контроля в реальном масштабе времени; ØВозможность контроля изделий больших размеров. Недостаток – низкая чувствительность. Второй способ использования радиоволновых преобразователей позволяет получать изображение двумя способами: ØРазверткой (механическим сканированием) при одном преобразователе; ØИспользованием большого числа преобразователей.

1 - генератор; 2 - вентиль; 3 - аттенюатор; 4, 8 - коммутатор; 5 1 - генератор; 2 - вентиль; 3 - аттенюатор; 4, 8 - коммутатор; 5 - передающие антенны; 6 - объект контроля: 7 - принимающие антенны; 9 - амплитудный детектор; 10 - усилитель; 11 - блок расшифровки; 12 - экран. Виды изображений: 1 – развертка по строке; 2 – яркостная схема; 3 – границы дефектов; 4 квазиобъемное изображение. Устройства – радиоинтероскопы: СС – 10 К; СС – 30 К; СК – 10 К; СК – 30 К.

Радиоволновая толщинометрия Чаще всего СВЧ толщиномеры работают, используя отраженное излучение, что позволяет проводить радиволновый Радиоволновая толщинометрия Чаще всего СВЧ толщиномеры работают, используя отраженное излучение, что позволяет проводить радиволновый контроль при одностороннем доступе к объекту контроля. При контроле геометрических размеров в режиме стоячей волны напряженность электрического поля в СВЧ тракте будет периодически изменяться при увеличении толщины какого-либо слоя объекта контроля или расстояния между излучающими и приемными устройствами и внешней границей объекта контроля. Это затрудняет однозначный контроль с использованием одночастотных методов. Контроль толщины возможен в пределах четверти или половины длины волны в данном материале. Наиболее эффективно аппаратуру используют для контроля диэлектрических покрытий на любых металлических основаниях. Отражаемый и прямой сигналы сравнивают. Используются следующие типы толщиномеров: СТ – 21 И СТ – 31 И δ от 1 до 20 мм СВП – 4 СИТ – 1 - δ от 0, 001 до 0, 1 мм Погрешность определения толщины 5 ÷ 8%.

На точность измерения толщины может оказывать влияние: ØИзменение зазора за счет износа ролика, что На точность измерения толщины может оказывать влияние: ØИзменение зазора за счет износа ролика, что нарушает фазовое соотношение между падающей и отраженной СВЧ волнами или в уменьшении амплитуды приходящего – отраженного сигналов; ØИзменение высоты поверхности (изменение взаимного положения излучающего или приемного устройства и объекта контроля); ØФорма объекта контроля; ØИзменение μ и ε; ØСостояние поверхности; ØНаличие дефектов. Погрешность измерения составляет: Наибольшее влияние на получаемую ошибку в измерении толщины оказывают металлические включении и влага.

Параметрические методы контроля Параметрические (резонансные) методы радиоволнового контроля заключаются в том, что объект контроля Параметрические методы контроля Параметрические (резонансные) методы радиоволнового контроля заключаются в том, что объект контроля помещают в резонатор (волновод) и по изменению его параметров (резонансной частоты, добротности и т. д. ) контролируют качество объекта контроля в целом. Ø Ø Ø Возможности метода состоят в контроле: Электромагнитных (диэлектрических) свойств (ε, tg δ); Геометрических характеристик; Наличия неоднородностей (пустот, включений). Можно испытывать различные вещества 1 - исследуемый материал; 2 – волновод (резонатор) Помещение объекта контроля в резонатор изменяет его резонансную частоту, а при появлении дефекта резонансная частота меняется. Однако при этом нельзя определить местоположение дефекта. Преимущество в возможности непрерывного контроля материалов в любом агрегатном состоянии.

Многопараметровые методы Ø Ø Контроль по одному параметру часто бывает недостаточно точным. Многопараметровый контроль Многопараметровые методы Ø Ø Контроль по одному параметру часто бывает недостаточно точным. Многопараметровый контроль используют, как правило, в двух случаях: Когда требуется измерить один параметр независимо от других; Когда необходимо измерить несколько параметров объекта контроля одновременно или поэтапно. Для этого в радиоволновом контроле используют несколько каналов, которые имеют разные рабочие частоты, отличаются размером антенн, углом падения СВЧ – сигналов, поляризацией волн и т. д. Пример: необходимо определить отклонение ε, измерить толщину стенки трубы, обнаружить дефекты. Наиболее часто используют двухпараметровый метод, в котором контролируют амплитуду и фазу. При этом необходимо исключить влияние одного из параметров объекта контроля, например, при увеличении частоты сигнала увеличивается затухание сигнала, что приводит к исключению влияния толщины стенки. Вторая задача измерения нескольких параметров одновременно или поэтапно обычно решается путем обсчета полученных данных на ЭВМ, что позволяет одновременно определить изменение ε, изменение толщины стенки, и обнаружить дефекты.

Капиллярные методы и методы течеискания Капиллярные методы Данный метод дефектоскопии основан на капиллярном проникновении Капиллярные методы и методы течеискания Капиллярные методы Данный метод дефектоскопии основан на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных и сквозных несплошностей объекта контроля и последующей регистрации образующихся индикаторных следов: визуально, либо с помощью специальной аппаратуры. Метод позволяет обнаруживать поверхностные дефекты, и более чувствителен, чем обычный визуальный контроль. ГОСТ 23349 – 78, 24522 -80. Ø Ø Ø Контроль состоит из трех основных операций: Пропитка объекта контроля проникающей жидкостью (индикаторным пенетрантом); Удаление избытка пенетранта с поверхности; Регистрация пенетранта в полости дефекта с помощью проявителя либо датчиков. Физические основы методов Капиллярный метод основан на явлении смачивания. При этом наблюдается капиллярное проникновение индикаторных жидкостей в полости поверхностных и сквозных несплошностей объекта контроля с последующей регистрацией образующихся индикаторных следов визуально или с помощью детектора. Если при смачивании жидкостью поверхности Θ острый (при Fтг>Fтж) , причем угол меньше, тем лучше, то наблюдается подъем жидкости по капилляру.

Условие равенства сил в капилляре: Если обе части равенства поделить на πr 2, то Условие равенства сил в капилляре: Если обе части равенства поделить на πr 2, то давление столба будет равно Где: Р – давление столба жидкости (сила подъема жидкости). Чем меньше r, тем больше P в капилляре. Разность давлений: Ø Ø Ø Разность давлений в случае тупикового капилляра уравновешивается воздухом, сжатым в вершине капилляра, если он замкнут. ∆Р тем больше, чем: Больше Fж-г; Меньше угол Θ; Больше разность между r 2 и r 1. Эти величины определяют чувствительность капиллярного метода. Их анализ показывает, что лучше выявляются глубокие расширяющиеся к устью дефекты.

Классификация капиллярных методов Признак 1. В зависимости от проникающего вещества 2. В зависимости от Классификация капиллярных методов Признак 1. В зависимости от проникающего вещества 2. В зависимости от способа проявки 3. По используемому физическому явлению 4. По используемому проявителю Методы Проникающих растворов (жидкостной пенетрант); Фильтрующихся суспензий (суспензии). Яркостные; Цветовые; Люминесцентно-цветовые; Радиационные; Комбинированные Капиллярного поднятия; Сорбционный (диффузионный) Порошки; Суспензии; Краски (лаки); Пленки.

Если на поверхность объекта контроля, пропитанного пенетрантом после удаления его избытка нанести мелкодисперсный порошок, Если на поверхность объекта контроля, пропитанного пенетрантом после удаления его избытка нанести мелкодисперсный порошок, то для обнаружения дефектов можно также использовать явление капиллярного поднятия. Поскольку при этом образуется система мелких капилляров, что приводит к подъему пенетранта по этим капилляром, т. к. радиус этих капилляров меньше чем у дефекта. В результате жидкость поднимается и пропитывает этот мелкодисперсный порошок. На этом эффекте основан метод регистрации дефектов в объекте контроля. В этом случае используется явление физической адсорбции (сорбции), реже используется химическое взаимодействие пенетранта с веществом проявителя (химической абсорбции). Кроме порошка в качестве проявителя можно использовать полимерные пленки или краски, которые наносятся на поверхность объекта контроля с пенетрантом. В этом случае для обнаружения дефектов используют явление диффузии индикаторной жидкости внутрь полимерной пленки. Скорость проявки зависит от скорости диффузии. При этом необходимо учитывать, что: ØВидимое в результате проявки индикация дефекта больше его реальных размеров; ØРазница между видимым и реальным размером дефекта зависит от количества накопленного пенетранта в дефекте и времени проявки, так как в первые минуты контроля индикаторный след наиболее близок к реальным размерам дефекта. При реализации методов набор дефектоскопических материалов включает: v. Индикаторный пенетрант; v. Проявитель; v. Очиститель; v. Гаситель (гаситель пенетранта) – гасит люминесценцию или цветовые следы.

Технология контроля: . Зачистка поверхности. Осуществляется механическая обработка поверхности для удаления загрязнений с целью Технология контроля: . Зачистка поверхности. Осуществляется механическая обработка поверхности для удаления загрязнений с целью вывода на поверхность изделия устьев дефектов и устранения возможности возникновения фона и ложных индикаций. Используют при наличии больших неровностей на поверхности. 2. Очистка поверхности. Осуществляется с использованием растворителя для удаления жировых пятен с целью улучшения смачивания; 3. Сушка. Удаление растворителей. Сухой теплый воздух – 1000; 4. Пропитка пенетрантом. Пенетрант наносят кистью, окунанием в ванну или распылением. Он находится на поверхности 10 ÷ 20 минут. Для ускорения пропитки используют ультразвук, повышенное давление или пропитку осуществляют в вакууме. Требования к пенетранту: Ø Хорошая смачивающая способность, Ø Низкая вязкость (для сокращения времени пропитки), Ø Легкость регистрации. К пенетрантам относят: q Растворители: бензин, керосин, спирт, бензол и т. п. q Цветные жидкости: органические жидкости марок: 5 С, 5 Ж и т. д. темно-красного цвета. q Люминесцентные жидкости. Они обеспечивают более высокую чувствительность, чем цветовой, но сложнее в реализации, т. к. требуют дополнительной подсветки УФИ и необходимо контроль осуществлять в условиях затемнения. Жидкости: нориол, трансформаторное масло; q Радиоактивные растворы с радиоактивными веществами (радиоактивный хлористый цезий, т. к. время полураспада у этого изотопа мало); 1

q. Жидкости с электропроводящими наполнителями, что изменяет электропроводность. Раствор олеиновой кислоты с окисью магния q. Жидкости с электропроводящими наполнителями, что изменяет электропроводность. Раствор олеиновой кислоты с окисью магния в керосине. Метод примени для неэлектропроводящих материалов. Для их регистрации используют вихретоковый метод. q. Фильтрующиеся суспензии: жидкости с порошками размером 0, 01 – 0, 1 мм, обладающим цветовым контрастом или люминесценцией. Порошок не проникает в дефект, а скапливается в его устье. Этот метод не требует проявки. q. Яркостные: метод «керосиновой пробы» . Керосин, который наносят на объект контроля. В качестве проявителя выступает – зубной порошок, мел. При пропитке мела керосином образуется темное пятно; Расход пенетранта 0, 3 -0, 5 л/м 2. 5 Удаление излишка пенетранта с поверхности. Используется очиститель. Эта операция необходима для исключения возможности появления ложных дефектов и для увеличения контрастности изображения. Удаляя пенетрант, важно не вымыть его из полостей дефектов. В ряде случаев используется операция гашения, которая позволяет устранить люминесцентный либо цветовой контраст на поверхности, но при этом гашение пенетранта внутри дефекта не происходит. Гашение устраняет люминесценцию или цветовой контраст в результате химического взаимодействия Используемые способы: ØПротирка; ØПромывка (вода с добавками ПАВ – стиральный порошок, сода , ОП-7); ØОбдув песком или опилками; ØГашение (для нориола – резорцин). Проверяют не остался ли пенетрант на поверхности. При этом пенетрант в глубине дефекта не гасится. Расход очистителя в 2÷ 3 раза больше чем пенетранта, а порошкового проявителя 40÷ 50 г/м 2.

Ø Ø Ø 6. Проявка. Используются проявители. При этом появляется рисунок дефектов на поверхности Ø Ø Ø 6. Проявка. Используются проявители. При этом появляется рисунок дефектов на поверхности объекта контроля. Способы проявки: Сухой – используют тонкодисперсный порошок белого цвета: тальк, окись магния, углекислый кальций, мел. Чаще всего – метод керосиновой пробы. Пороше распыляют струей воздуха; Мокрый. Чаще всего используют суспензии порошка. Наносят кистью или окунанием на поверхность объекта контроля с пенетрантом суспензии углекислого магния или каолин в воде или спирте. Второй вариант - можно также использовать лаки или краски. Пенетрант диффундирует в внутрь пленки, изменяя ее цвет. Используют – белый лак: нитроэмаль – 30%, растворенную в ацетоне – 40% и медицинский коллодий – 30%. Лак сохнет и образует пленку, которую легко можно снять с изделия и использовать как документ. Иногда используют пленку с липким слоем. Появитель наносят тонким, сплошным слоем путем распыления толщиной 8 ÷ 20 мкм. Тонкий слой обеспечивает более высокий контраст индикации и большую чувствительность к слабораскрытым и неглубоким дефектам. После нанесения проявителя время выдержки: 10 ÷ 20 минут. Иногда повышают температуру до 40 о ÷ 50 о для повышения скорости диффузии, вакуумируют, применяют вибрацию – для раскрытия усталостных трещин. 7. Осмотр объекта контроля – операция наблюдения индикаторных следов. Главное условие - хорошая освещенность: 300 – 750 лк, а местная освещенность 750 -2500 лк. Для люминесцентного контроля использую: λ = 315 ÷ 400 нм; лампа: ЛУФ 4 -1. Используют осветители - специальные установки: КД-20 Л, КД-33 Л. Осмотр проводят в 3 этапа: Оценка качества изображения. Нет ли фона, нет ли участков не покрытых проявителем; Оценка общего рисунка дефектов, по которому можно определить причину их возникновения; Детальное изучение индикаций. Можно использовать оптические приборы: чем глубже дефект, тем быстрее он проявляется и тем больше его яркость. Осмотр проводят 2 ÷ 3 раза через 5 ÷ 10 минут после начала проявления.

8. Расшифровка и регистрация дефектов. Нужна схема (чертеж) изделия. Результаты контроля записываются в журнале. 8. Расшифровка и регистрация дефектов. Нужна схема (чертеж) изделия. Результаты контроля записываются в журнале. Обозначение дефектов: 1. А – единичные; Б – групповые, расположенные в ограниченных зонах; В – повсеместные. 2. ║ - параллельные к главной оси изделия ┴ - перпендикулярные к главной оси изделия < - под углом к главной оси изделия 3. Без знака - недопустимые O – допустимые; Б┴ * - сквозные. Пример: 9. Окончательная очистка объекта контроля от пенетранта.

Чувствительность метода: Проверяют: диаметр и время растекания капли, индикаторные способности, проявитель проверяют на белизну Чувствительность метода: Проверяют: диаметр и время растекания капли, индикаторные способности, проявитель проверяют на белизну по сравнению с эталоном и т. д. Комплексная проверка осуществляется на стандартных образцах с искусственными дефектами. Нижний порог – ограничивается минимальным количеством пенетранта в полости дефекта, которого еще достаточно для получения контрастной индикации. Верхний порог – определяется тем, что из широких, но не глубоких дефектов пенетрант удаляется при очистке поверхности. Для повышения чувствительности необходимо использовать: ØХорошо смачивающие пенетранты; ØВысококонтрастные (люминесцентные вещества); ØЛакокрасочные проявители вместо суспензий и порошков; ØУвеличивать мощность УФИ. Объект контроля – любое изделие из любого материала, но дефекты должны быть открытыми. Общее время контроля: 30 ÷ 60 минут. Метод позволяет резко повысить достоверность контроля по сравнению с визуальным методом контроля.

Достоинства: Ø Ø Ø q q Простота; Высокая чувствительность к микротрещинам; Высокая достоверность; Универсальность; Достоинства: Ø Ø Ø q q Простота; Высокая чувствительность к микротрещинам; Высокая достоверность; Универсальность; Дешевизна; Наглядность результатов контроля. Недостатки: Трудоемкость и длительность операций контроля; Регистрируются только открытые дефекты (трещины и поры выходящие на поверхность); Отрицательное влияние растворителей на качество изделия (полимер) вследствие его набухания; Вредность ряда материалов и УФИ.

Спасибо за внимание Спасибо за внимание