Навигация:
Главная → Все категории → a1

Адеструктивные методы измерений


Адеструктивные методы измерений

Адеструктивные методы измерений, неразрушающие методы измерений — способы исследования и определения количеств, показателей св-в строит, конструкций, изделий или образцов без разрушения их и нарушения структуры при испытаниях. Наиболее распространены след. А.м.и.: акустич., комплексные, магнитные и электромагнитные, механич., радиомет-рич., рентгеновские и электрич.

А.м.и. основаны на прямых и обратных зависимостях между физ. значениями, получаемыми при испытании неразрушающим прибором, и традиц. показателями св-в. Зависимости выражаются в виде ф-л, таблиц, тарировочных графиков, корректируемых по мере накопления новых эксперимент, данных. С помощью А.м.и. определяют прочностные и дефор-мативные показатели, модули упругости, среднюю плотность, влажность, фазовый состав; производят контроль качества и дефектоскопию; фиксируют расположение арматуры и толщину защитного слоя в ж.бет., состояние пучков волокон в композите; изучают кинетику изменения структуры и св-в. Измерения становятся более эффективными при комплексном использовании А.м.и. с получением двух или неск. физ. хар-к. При этом возрастает и число определившихся показателей качества материалов и конструкций, уточняются их значения.

Акустический А.м.и. основан на использовании упругих колебаний звукового (до 20 кГц) и ультразвукового (св. 20 кГц) диапазона частот. Звуковой диапазон частот пригоден в дефектоскопии клеевых соединений, абразивных кругов и др.; ультразвуковой (импульсный, резонансный и ударный) — для контроля в стр-ве. Импульсный метод, наиболее часто используемый для контроля на з-дах и строит, объектах, позволяет измерять скорость распространения ультразвука в испытуемых материалах. Высокочастотный генератор / (рис. 1) периодически посылает ультразвуковые импульсы на излучатель 2. Преобразов. в механич. колебания, они проходят через испытуемый предмет 3 и попадают в приемник 4, преобразуются в электрич. импульсы, поступают через усилитель 5 в индикатор — электроннолучевую трубку 6. По шкале индикатора устанавливают продолжительность t, мкс, прохождения ультразвука через испытуемый предмет. Зная базу прозвучивания, мм, определяют скорость продольных ультразвуковых волн v, км/с, по ф-ле v = — lit. Тарировочный график "скорость— прочность", построенный предварительно по эксперимент, данным, позволяет получать значение прочности и ее изменение под влиянием темп-ры, влажности, агрессивной среды и др. факторов, оценивать однородность св-в, рассчитывать дина-мич. модуль упругости.

Резонансный метод основан на измерении частоты собств. колебаний или определении хар-ки их затухания. При первом способе с помощью электромагнитного вибратора или др. электродинамич. возбудителя (рис. 2), установл. в середине пролета изделия (балки, плиты, цилиндра), возбуждаются незатухающие колебания. Приемник, установл. на расстоянии от возбудителя, преобразует собств. колебания в электрич. импульсы (сигнал), к-рые поступают через усилитель на индикатор. В нем фиксируется момент совпадения частот генератора с частотами собств. колебаний изделия, т.е. явление резонанса. По величине резонансной частоты вычисляют динамич. модуль упругости. При втором способе в середине пролета возбуждают с помощью вибратора колебания, к-рые улавливает звукоприемник и преобразует в электрич. сигналы, фиксируемые на эллектронно-лучевой трубке осциллографа. По измерению частоты возбуждаемых колебаний устанавливают по шкале генератора резонансную частоту испытуемого изделия. Затухающие колебания фиксируются в виде осциллограммы на экране индикатора. Значение декремента затухания вычисляют как логарифм отношения двух последующих амплитуд затухающего колебания. Логарифм, декремент затухания колебаний является важной динамич. хар-кой упруговязких и пластичных материалов.

Ударный акустич. метод находит широкое использование при испытаниях дорожных и аэродромных покрытий, особенно для оценки однородности, определении дефектов в структуре. Заключается в установлении скорости распространения волны, получаемой от механич. удара по испытуемому образцу (объекту), напр., электромагнитным ударником по торцу покрытия (1 —10 ударов в 1 с). Звуковая волна, дойдя до первого датчика, возбуждает в нем электрич. сигнал, к-рый включает пусковое устройство микросекундомера. Отсчет времени автоматически прекращается, когда ударная волна дойдет до второго датчика. Показания микросекундомера регистрируют продолжительность распространения волны на известное расстояние между двумя датчиками. По тари-ровочному графику "скорость—прочность" или по эмпирич. зависимости определяют прочность объекта. При объектах в виде больших массивов звуковую волну возбуждают посредством взрывов.

Менее распространены ультразвуковые методы, предназнач. для дефектоскопии, прямого прозвучивания, отражения колебаний, свободных колебаний и импе-дансный.

Комплексные А.м.и. основаны на использовании двух или большего числа А.м.и. с целью повышения точности испытаний. К таким методам относится совместное применение механич. и ультразвуковых методов или радиометрич. и ультразвуковых и др. для определения предела прочности и модуля упругости; контроля качества и дефектоскопии; однородности по прочности, влажности, толщине защитного слоя арматуры в ж.бет. и др. показателям.

Комплексные методы особенно эффективны при контроле оптимальности структур материалов и изделий по всем обязат. параметрам: однородности, минимуму дефектов, плотности, континуальности пространств, сетки вяжущего в-ва или жидкостной оболочки свежеизготовл. монолита, мин. кол-ва вяжущего в-ва. Этому набору параметров оптим. структуры соответствует наиболее широкий спектр частот ультразвукового сигнала, а также наибольшая амплитудная хар-ка. Для их измерения используют экспрессный аку-стич. спектральный метод, основ, на амплитудно-частотном анализе спектров импульсов, прошедших через испытуемый материал. Анализатором спектров могут служить приборы СК-4-55 и СК-4-58. При построении градуировочных зависимостей между акустич. и структурно-ме-ханич. показателями возможен переход к экстрем, числовым значениям качества материалов оптим. структуры.

Методы ультразвуковой спектроскопии весьма эффективны в комплексе с методами акустич. эмиссии при изучении процессов микротрещинообразования, напр., в бетонах при их механич. нагруже-нии в предэксплуатац. и эксплуатац. периоды работы конструкций в зданиях и сооружениях.

Магнитные и элетромаг-нитные А.м.и. основаны на изменениях магнитных силовых полей и напряженности магнитного поля при наличии дефектов, а также на изменении магнитных св-в материала под действием внешн. сил. В намагнич. металле дефект обнаруживается по искажению магнитного поля рассеяния ферромагнитных частиц вокруг дефекта, напр. трещины, раковины, поры, поскольку они обладают иными магнитными св-вами, чем окружающий их металл.

Для измерения напряжения пользуются предварительно оттариров. спец. прибором ИМП. Практич. метод контроля состоит в намагничивании испытуемого металла и нанесении ферромагнитных порошков в сухом или суспензоидном состоянии. На контурах дефекта появляется его видимое изображение. Для магнитно-порошкового метода разработаны стационарные и переносные портативные установки и приборы, а также универс. дефектоскопы УМДЭ-10000 с автоматич. регулированием.

Электромагнитные методы основаны на выявлении полей рассеяния в намагнич. металле вблизи дефекта для обнаружения трещин и микротрещин, дефектов (непроваров) в сварных швах и соединениях, измерения степени уплотнения, влажности, толщин слоя. В дефектоскопии чаще всего пользуются т.н. феррозондом — прибором, позволяющим измерять напряженность магнитного поля по изменению магнитного состояния сердечника прибора. Др. приборами — электромагнитными арматуроискателями СКИП-1 и СКИП-2 на транзисторах устанавливается толщина защитного слоя бетона (до 150— 170 мм).

Розработаны магнитноиндукц. и маг-нитографич. методы, позволяющие выявлять дефекты в сварных соединениях металлоконструкций в цехе и на строит, площадке. В приборах, используемых для этих методов, катушка с сердечником питается перем. током, а в магнитографич. дефектоскопе потоки рассеяния, возникающие вокруг дефектов, фиксируются с помощью ферромагнитной ленты и с переносом на экран электронно-лучевой трубки.

Механические А.м.и. основаны на связях прочности материалов (в основном бетонов) с величинами поверхностной твердости и пластич. деформаций или повают прочность бетона. Для испытания разных материалов (бетона и ж.бет., строит, р-ров, силикатных, гипсовых и др.) предназначен прибор статич. действия системы М.А.Новгородского. Прибор устанавливают перпендикулярно к испытуемой поверхности и нажимают на стакан. Перемещаясь до упорного винта, он сжимает пружину и стержень, наконечник к-рого углубляется в поверхность испытуемого материала, причем величина углубления фиксируется индикатором в момент испытания, не требуя дополнит, измерений. Имеются также и др. системы приборов аналогичного действия.

Приборы для измерения поверхностной упругости тоже имеют разл. конструктивное оформление. За рубежом получил широкое распространение молоток Шмидта (рис. 7), к-рый действует по принципу упругого отскока стального за-кругл. ударника от поверхности бетона. Движение ударнику придают молоток и энергия растянутой пружины, размещ. в общем корпусе. Величина упругого отскока молотка фиксируется с помощью шкалы в процентах к пути, пройденному им верхностной упругости. Приборы, пред-назнач. для измерения твердости, подразделяются на динамич. (ударные) истатич. Различие состоит в характере передачи нагрузки на поверхность испытуемого материала: ударный — молотком или рабочей пружиной; статич. — равномерным прикладыванием возрастающего усилия. К приборам динамич. действия относится молоток системы К.П.Кашкарова, используемый в основном при испытании бетона. При нанесении ударов (не менее десяти раз в разл. точках поверхности) образуются отпечатки — один диаметром d\ на изделии, др. диаметром на стальном эталоне. Величина отношения d\ldi является показателем прочности бетона, к-рый находят по тарировочному графику. Прибор системы И.А.Васильева имеет сходную конструктивную схему, аналогична и методика испытаний — показатель прочности определяют также по отношению двух диаметров на бетоне и эталонной пластинке. Более прост в конструктивном отношении и по методике испытаний молоток И.А.Физделя. Его ударная часть снабжена стальным шариком диаметром 17,5 мм.

Радиометрические (радиоизотопные) А.м.и. основаны на регистрации проникающей через слой материала радиации, испускаемой радиоактивным источником. В строит, технике используется в основном гамма-излучение, испускаемое радиоактивными изотопами кобальта Со, цезия Cs, иридия ~1г и др. Они дают мощное излучение с большой проникающей способностью, высокую энергию гамма-квантов (до 1 —2 МЗв и более). Существуют методы просвечивания узким пучком, когда не имеется рассеянных гамма-излучений, и широким пучком, когда детектором регистрируется и рассеянное гамма-излучение.

Из этой ф-ции определяют искомую величину плотности, напр., бетона или др. материала. При прохождении широкого пучка через слой заданной толщины степень ослабления гамма-излучений соответствует этой же ф-ле, но с коэф., учитывающим наложение вторичного рассеянного гамма-излучения. Плотность материала можно определить и с помощью тари-ровочных графиков, построенных по предварит, эксперимент, данным. Кроме плотности измеряют влажность, однородность, фиксируют дефекты, расположение арматуры, степень уплотнения, напр., бет. смеси. Оптим. время уплотнения смеси соответствует моменту, когда интенсивность гамма-лучей прекращает снижаться и становится пост, величиной.

Для просвечивания гамма-лучами материалов при контроле качества используют аппараты переносные и передвижные, иногда совмещаемые, напр. РИД-21. Для дефектоскопии ж.-бет. изделий, определения расположения в них арматуры и толщины защитного слоя применяют гамма-установку ГУП-Со-50, аппарат "Бетон" и др.

Рентгеновские А.м.и.основаны на просвечивании строит, материалов и изделий рентгеновскими лучами для выявления внутр. дефектов или решения др. аналогичных технич. задач. Рентгеновские лучи как разновидность электромагнитных излучений обладают высокой энергией квантов и способны проникать через нек-рые непрозрачные для видимого света материалы, с чем и связана рентге-нодефектоскопия. Источники — рентгеновская трубка, нек-рые радиоактивные изотопы. Приемники — фотопленка, люминесцентные экраны и детекторы ядерных излучений, в к-рых проходят регистрация частиц и измерение их энергий. При рентгенографич. методе дефектоскопии дефекты выявляют с помощью фотоснимка. По степени затемнения отд. мест на нем судят о характере и размерах дефектов в материале. Микрофотометр позволяет установить степень затемнения в ед. оптич. плотности. Вместо обычной рентгеновской фотопленки может быть использована ксерографич. пластинка после ее спец. подзарядки. После экспонирования получается скрытое изображение, его проявляют наэлектризов. порошком (мелом, тальком, оксидом цинка и др.) и получают изображение дефекта в материале. Оно может быть сфотографировано или перенесено на бумагу, причем гораздо быстрее, чем с помощью фотометода (до 1 мин).

Люминесцентные экраны позволяют выявлять дефекты в материале визуально, однако этот метод нуждается в сильном увеличении яркости изображения по сравнению с экраном обычного рентгеновского аппарата. Оно достигается увеличением светового потока с помощью электронно-оптич. преобразователя.

В зависимости от толщины изделий и конструкций (в основном металлов) используют рентгеновские аппараты низкого, среднего и высокого напряжений типа РУП. Чем больше толщина изделий, тем более мощный рентгеновский аппарат требуется.

Электрические А.м.и.основаны на использовании зависимости параметров электрич. цепи от св-в материала или изделия, с к-рым эта цепь связана датчиком. Существу ют два способа: электросопротивления и электропроводимости. Они получили наибольшее распространение при определении влажности, измерении деформаций и механич. напряжений.

В сосуде между двух электродов, выполняющих ф-цию измерит, преобразователя (датчика), помещается испытуемый материал (изделие). Электрич. сопротивление измеряется обычно по мостовой схеме. Данные сравниваются с эталоном (сухим материалом). Кроме влаги на результаты измерения могут оказывать влияние примеси в материале, соли в воде, поэтому степень точности повышают диэлектрич. методом. Он основан на измерении не сопротивления, как при методе электропроводимости, а электроемкости конденсатора, между электродами к-рого помещен влажный материал. Емкость конденсатора является линейной ф-цией диэлектрич. проницаемости, что выражается ф-лой С — ее, где е — диэлектрич. проницаемость влажного материала; с — емкость конденсатора в пустоте. При колебаниях измеряемой влажности сильно изменяются и величины диэлектрич. проницаемо--сти, поскольку для чистой воды она равна 81 ед., а для сухого строит, материала в 10—20 раз ниже. На этом принципе, в частности, работает прибор ВП-1 и др. для быстрого (за 1—2 мин) определения влажности песка, содержания воды в бетоне и т.п.

Похожие статьи:
Абразивные материалы

Навигация:
Главная → Все категории → a1

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум