ДЕФЕКТОСКОПИЯ МНОГОЦЕЛЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА УЛЬТРАЗВУКОВОГО РЕЗОНАНСА

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты изучения способности эксплуатации ультразвукового резонансного метода для управления многослойными структурами, классифицированные слоги в структурах неметаллических и металлических материалов показали, что резонанс может быть использован для определения дефектов. Пьезоэлектрические трансформаторы и контролируемый продукт задаются рекомендациями для использования водно-коммуникационных инструментов для создания акустической связи.

ABSTRACT

The results of studying the ability to operate the ultrasonic resonance method for controlling multilayer structures are presented, classified syllables in the structures of non-metallic and metallic materials are shown, it is shown that resonance can be used to determine defects. Piezoelectric transformers and the product to be monitored are given by the recommendations for the use of water communication tools to create acoustic communication.

Ключевые слова: прямой контроль, ультразвуковой резонансный метод, слои, слоистые структуры, липкие суставы, соединения, связь.

Keywords: direct control, ultrasonic resonance method, layers, layered structures, sticky joints, joints, connection.

Введение

Научная работа проводилась в рамках всеобъемлющей области исследования «Неразрушающиеся – это прямые методы исследований и управления» (стратегические направления развития материалов и технологий для их переработки).

Эффективная цель повышения надежности летательных аппаратов не разрушается несовместимым неразрушительным методом обнаружения искажений в этих материалах [6; 5; 8; 11; 12; 13; 4; 9; 2; 3], а также техническими диагностическими методами, которые позволяют оптимизировать физические и механические свойства материалов непосредственно неразрушающей структуры [1; 7; 10; 14].

Акустический метод EMPEDANТ используется для идентификации недостатков металла и слоев, таких как клей и слои в мобильных и сложных материалах из металла и слоев.

В дополнение к методу EMPEDANT в некоторых случаях также используются способы обнаружения необогащенных акустических недостатков, также используются для обнаружения низкопученных акустических недостатков: свободные вибрации, метод EXO и метод тени.

Используя метод ультразвукового резонанса, можно обнаружить крупные дефекты, локализованные в месте склеивания структуры, такие как отсутствие прилипания поверхности к агрегату y BOi-подложки.

С его помощью можно решить задачу обнаружения дефектов тонких листов (мелованных дублонов), склеенных армирующей пластиной, а также металлопластиковых такой же толщины и сотовых конструкций толщиной до 5 мм.

Целью данной работы является изучение практической осуществимости резонансного метода, который в некоторых случаях используется для оценки возможности создания многослойных фиксированных конструкций, но также может успешно применяться для дефектоскопии, то есть адгезионного соединения, дефекты в слоях и в поверхностных дефектах (сложности).

Материалы и методы

 Физический принцип управления методом ультразвукового резонанса, представляющий собой локальный метод вынужденных колебаний, основан на возбуждении упругих колебаний в управляемом объекте (УО) с равномерным изменением их частоты. При совпадении частот вынужденных колебаний с собственными частотами УО в системе «преобразователь – УО» возникает резонанс.

Изменение толщины кристаллов приводит к изменению резонансных частот, а появление дефекта приводит к потере резонанса (когда дефект образуется на поверхности изделия) УО, и их частота изменяется (при параллельности поверхности дефекта). Резонансный метод может использоваться для контроля очень чувствительных продуктов, что делает невозможным контроль с помощью экзометода.

В несколько измененном виде резонансный метод можно применять для контроля качества армирующих швов в многослойных конструкциях. В отличие от контактно-резонансного измерителя толщины, он имеет тенденцию ослаблять влияние пьезоэлемента на собственную частоту УО за счет уменьшения его длины волны, в этом случае основная система колебаний представляет собой пьезоэлемент, толщина которого выбирается близкой к полуволне.

Продольные колебания с постоянно изменяющейся частотой вызываются тонким слоем связи, контактирующим с пьезоэлементом.

Частота вынужденных колебаний определяется толщиной пьезоэлемента и составляет от 30 до 500 кГц. Информационными параметрами управления являются изменения резонансных частот f и в некоторых случаях добротности системы пьезоэлектрического изделия.

Значение f определяется изменением механического импеданса УО в результате добавления клейкой пленки, которая укрепляет нижнюю часть УО к коже. Величина A_f, которая представляет собой постоянную толщину всех соединяемых элементов, определяется параметрами клеевого шва: толщиной l, модулем упругости E и плотностью r.

Режим изменения собственной частоты преобразователя называется режимом А. При наблюдении за стыками кожи (оболочки) с прилежащим ядром используется режим B. В этом случае признаком дефекта является увеличение амплитуды резонанса, что объясняется уменьшением передачи некоторой энергии клетке.

Результаты и обсуждения

На образцах многослойных (двух- и трехслойных) структур с искусственными и естественными дефектами исследовалась работоспособность метода ультразвуковой резонансной дефектоскопии, выполненного на приборе АД-21Р.

Образцы многослойных конструкций склеиваются листами из алюминиевых сплавов толщиной 1 и 2 мм и толщиной 4; 1 и 2 мм (рис. 1).

Рисунок 1. Примеры двухэтажных (а) и трехэтажных (б) зданий

В производственных условиях допускается эксплуатационный контроль клееных конструкций до и после склейки листов толщиной 1 и 2 мм. Также до клепки доступ УО можно получить с обеих сторон конструкции, а после клепки только со стороны листа толщиной 2 мм.

Соответственно, образцы содержали искусственные дефекты диаметром от 1 до 30 мм, имитирующие отсутствие адгезии и расслоение армирующих швов. В образцах трехслойных конструкций искусственные дефекты выполнялись в виде просверленных отверстий в листе толщиной 4 мм.

Результаты исследования показали, что чувствительность метода обнаружения резонансного дефекта (минимальный диаметр обнаруживаемого дефекта) зависит от типа преобразователя и определяется диаметром его пьезоэлемента (рис. 2).

По оси абсцисс на графике A_f (D) показан диаметр D искусственного дефекта в образце, а по оси ординат показано изменение резонансной частоты системы «преобразователь – изделие» в зоне дефекта листа, толщина которого равна толщине верхнего слоя конструкции (рис. 1, а).

По мере уменьшения диаметра дефекта значение A_{f p} становится равным нулю, поскольку диаметр пьезоэлемента преобразователя почти равен диаметру дефекта. Если диаметр дефекта меньше диаметра пьезоэлемента, дефект невозможно отделить от зоны пониженной прочности сцепления.

В качестве критерия обнаружения дефектов следует принять максимальное различие значений резонансной частоты системы «пьезоэлемент – изделие» при установке пьезоэлемента в зоне разлома. По этому критерию выбираются управляющая сторона многослойных конструкций и тип преобразователя. Таким образом, наилучшее обнаружение дефектов наблюдается при наблюдении двухслойных структур преобразователем номинальной частотой 300 кГц, конструктором толщиной 1 мм и трехслойных структур преобразователем номинальной частотой 150 кГц с использованием преобразователь толщиной 2 мм.

При отсутствии доступа к этим сторонам рекомендуется контролировать двухслойные конструкции номинальной частотой 300 кГц при толщине 2 мм и трехслойные конструкции номинальной частотой 150 кГц при толщине 4 мм. При испытании двухслойных конструкций частота системы «пьезоэлемент – изделие» увеличивается в зависимости от типа преобразователя и толщины слоя, частота f уменьшается, в результате чего возникает резкая разница частот, которая определяется упругим и инерционным свойством клеевого соединения.

На рис. 4 показаны типичные калибровочные линии для определения силы вибрации t путем рассмотрения структуры резонансной частоты f_p системы «пьезоэлектрический элемент – изделие» для различных преобразователей под разными углами. Таким образом, при установке на двухслойной конструкции в зоне разлома преобразователей номинальной частоты 300 и 150 кГц со стороны слоя толщиной 1 мм резонансная частота системы составляет соответственно f_p' и f_p (резонансная частота и частота преобразователей).

Рисунок 2. Тестирование резонансных частотных систем в режиме «поиск переменной»

Рисунок 3. Изменение резонансной частоты по радиусу дефекта системы «преобразователь – изделие»

Рисунок 4. Типовые калибровочные кривые для оценки в зависимости от изменений резонансной частоты системы

Дефект определяется выражениями A_fp' = f_p'-f_p0 и A_fp" = f_p" -f_p°. В первом случае f_p' > f_p0 (т.е. A_fp уменьшается от положительного значения до нуля) в бездефектной зоне, во втором случае f_p''<f_p0 (т.е. A_fp увеличивается от отрицательного значения до нуля).

Рассмотрим среду связи для акустического контакта неисправного пьезопреобразователя и управляемой конструкции.

Особенностью метода ультразвукового резонансного обнаружения дефектов является необходимость использования контактного устройства для установления акустической связи между детектором резонансных дефектов и контролируемой структурой. В нем используются различные контактные смазки, которые содержат масла и другие жиросодержащие вещества, глицерин, воду, смесь карбоксиметилцеллюлозы с водой и другие.

Недостатки контактных смазок – смазывание поверхности конструкции, невозможность контроля вертикально ориентированных стен, коррозия металлических элементов конструкции, сложность операций по удалению составов после контроля и др. Предлагаем контактный состав на основе водного раствора поливинилового спирта, при неполном высыхании раствор образует на поверхности конструкции эластичную пленку, которую обычно удаляют.

Эта контактная композиция не требует смазки продукта после проверки, не требуется масла на поверхности продукта; обладает достаточной адгезией и смачивающей способностью для обеспечения стабильной акустической связи дефектоскопа с конструкцией; не вызывает коррозии металлических деталей и легко удаляется после осмотра, так как после полного высыхания на поверхности изделия образуется тонкая эластичная пленка, которая легко удаляется отслаиванием из-за низкой адгезии к поверхности изделия.

Заключение

1. Ультразвуковой резонансный метод может успешно использоваться для обнаружения дефектов, например, клеевых соединений в многослойных конструкциях из металлических и неметаллических материалов.

2. Для реализации резонансного метода дефектоскопии местная техника AD-10R предпочтительнее голландского прибора Bondtester-80 и ранее произведенного прибора UP-20R («Фенол-2»).

3. При контроле многослойных склеенных конструкций резонансным методом рекомендуется использовать состав на основе водного раствора поливинилового спирта, создающий акустическую связь дефектного детектора с контролируемой структурой.

Список литературы:

1. Колесников И.К., Курбанов Ж.Ф., Ортиков М.С. Методы распознавания дефектов в контролируемом изделии на основе теории колебаний // Научно-технический журнал ВЕСТНИК. – Ташкент : ТашИИТ, 2018. – № 4. – С. 160–165.
2. Курбанов Ж.Ф., Халиков А.А., Ортиков М.С. Параметры магнетизма, намагничивания и размагничивания материалов и рельсовых плетей // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. – 2019. – № 10 (67).
3. Курбанов Ж.Ф., Халиков А.А., Ортиков М.С. Устройства намагничивания и размагничивания рельсовых плетей и их сравнительный анализ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. – 2019. – № 10 (67).
4. Михайлов С.П. Физические основы магнитографической дефектоскопии / С.П. Михайлов, В.Е. Щербинин. – М. : Наука, 1992. – 240 с.
5. Неразрушающий контроль. Справочник: в 8 т. Т. 4: в 3 кн. Кн. 1. Акустическая тензометрия / В.А. Анисимов, Б.И. Каторгин, А.Н. Куценко [и др.]  Акустическая тензометрия А.С. Рудаков, В.А. Анисимов, Б.И. Каторгин, А.Н. Куценко, В.П. Малахов, В.К. Иванов. Справочник, 2004 г. Книга 1. ТОМ 4. 568с. 
6. Неразрушающий контроль. Справочник: в 8 т. Т. 6: в 3 кн. Кн. 1. Магнитные методы контроля / В.В. Клюев, В.Ф. Мужицкий, Э.С. Горкунов, В.Е. Щербинин Справочник. Под общ. ред. В.В. Клюева.  Год издания: 2004. Издание: 1-е. 736с.
7. Халиков А.А., Ортиков М.С. Дефектоскоп для системы безопасности поезда на основе электромагнитных методов. – Тамбов : Консалтинговая компания Юком, 2021. – 108 с. / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ukonf.com/doc/mon.2021.09.02.pdf.
8. Шелихов Г.С., Филинов М.В. Капиллярный контроль. Магнитопорошковый метод контроля. Кн. 3 / под общ. ред. В.В. Клюева. 2-е изд., испр. – М. : Машиностроение, 2006. – 736 с.
9. Khalikov A.A. Analysis of methods for determining the characteristics of a single spatial electromagnetic field // Индонезия. Icon Beat 2019. icon-beat@umm.ac.id. International Conference on Bioinergy and Environmentally Sustainable Agriculture Technology (Международная конференция).
10. Khalikov A.A. Analysis of methods for determining the characteristics of a single spatial electromagnetic field. // Индонезия Icon Beat –2019. icon-beat@umm.ac.id International Conference on Bioinergy and Environmtntally Sustainable Agriculture Technology. http://icon-beat.umm.ac.id E3S Web of Conferences 226, 00001 January 5, (2021) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202122600001.
11. Khalikov A.F., Fayzullaev G.S. The study of the error of the technical means of functional diagnostics of traction induction motors by the method of parametric structural schemes // IV International Multidisciplinary Conference «Recent Scietific Investigation». Proceedings of the Conference (June 2020). – Primedia E-iaunch LLC, Shawnee, USA. Secsion 10. Ingenering. – P. 95–103.
12. Kurbanov J.F., Khalikov A.A., Ortikov M.S. Devices for magnetization and demagnization of rail lashes and their comparative analysis with existing // Сборник статьей XXVIII международной научно-практической конференции «Технические науки: проблемы и решения» / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://internauka.org/.
13. Luís S. Rosado. Non-Destructive Testing Based on Eddy Currents. – Instituto Superior Técnico, UTL, Lisbon, Portugal. – P. 1–10.
14. Mathematical model of operative - technological communication - IP network functioning process under information influence transfers while transferring a self-like data flow / A. Khalikov, M. Ortikov, K. Musamedova, A. Hurramov [et al.] // Turkish Online Journal of Qualitative Inquiry (TOJQI). – 2021. – Vol. 12, Issue 8. – P. 2288–2296.