Реферат: Методы измерения физических параметров материалов и устройств

Министерство образования и науки РФ

Уральский государственный лесотехнический университет

Институт заочного обучения

Кафедра управления в технических системах и инновационных технологий

Реферат

по дисциплине: «Неразрушающий контроль»

Тема:

Методы измерения физических параметров материалов и устройств

выполнил: Малыгин П.О.

студент группы АПП-41з

Работу проверил: к.т.н.,

доцент Санников С.П.

Екатеринбург 2022

Содержание

Введение

1. Автоматизированные методы неразрушающего контроля

1.1 Ультразвуковой метод дефектоскопии

1.1.1 Импульсные методы (прохождения и отражения)

1.1.2 Ультразвуковая толщинометрия (резонансный и импульсный метод)

1.1.3 Импедансные дефектоскопы и твердомеры (импедансный метод)

1.1.4 Средства для проведения ультразвукового контроля

1.2 Радиографический контроль (РК)

2. Система автоматизированного неразрушающего контроля концов труб САУЗК КТ-7

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Неразрушающий контроль как наука занимается изучением взаимодействия излучений и полей различной физической природы с материалами для обнаружения и оценки нарушения структуры с целью разработки новых методов и средств контроля. На этапе производства НК позволяет осуществлять непрерывный контроль - от операции к операции - за правильностью изменения свойств заготовок и деталей и их сборкой, а затем проверить качество готового изделия. На этапе эксплуатации НК позволяет реализовать в объектах непрерывный контроль внутренних процессов, характеризующих прочностные свойства и степень надежности этого объекта к любому моменту времени. Естественно, что достаточно полную объективную информацию о контролируемом объекте нельзя получить, регистрируя только эффекты взаимодействия с объектом контроля поля одной природы (частоты).

Можно утверждать, что нет ни одного безошибочного метода контроля. Например, использование рентгеновского излучения при контроле сварных швов не гарантирует выявления трещин, несплавлений и т.п. Поэтому должны применяться комбинированные, разные по принципу взаимодействия с веществом методы контроля, которые могут исключить недостатки исследования, взаимно дополнить друг друга и обеспечить получение достаточной информации о качестве промышленной продукции. Как наука НК активно развивается.

Развитие происходит по следующим основным направлениям:

1) Интеллектуализация методов и средств контроля;

2) Разработка единой системы контроля качества технических объектов и окружающей среды;

3) Совершенствование диагностических технологий;

4) Организационное обеспечение НК на международном уровне.

1. Автоматизированные методы неразрушающего контроля

1.1 Ультразвуковой метод дефектоскопии

Ультразвуковой метод контроля был предложен советским физиком С.Я. Соколовым в 1928 году и в настоящее время является одним из основных методов неразрушающего контроля. Методы ультразвуковой дефектоскопии позволяют производить контроль сварных соединений, сосудов и аппаратов высокого давления, трубопроводов, поковок, листового проката и другой продукции. Ультразвуковой контроль является обязательной процедурой при изготовлении и эксплуатации многих ответственных изделий, таких как части авиационных двигателей, трубопроводы атомных реакторов или железнодорожные рельсы.

По сравнению с другими методами неразрушающего контроля ультразвуковой метод обладает важными преимуществами:

1) Высокая чувствительность к наиболее опасным дефектам типа трещин и непроваров

2) Низкая стоимость

3) Безопасность для человека (в отличие от рентгеновской дефектоскопии)

4) Возможностью вести контроль непосредственно на рабочих местах без нарушения технологического процесса

5) При проведении УЗК исследуемый объект не повреждается

6) Возможность проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов.

К недостаткам ультразвукового метода контроля можно отнести невозможность оценки реального размера и характера дефекта, трудности при контроле металлов с крупнозернистой структурой из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука, а также повышенные требования к состоянию поверхности контроля (шероховатости и волнистости).

Многообразие задач, возникающих при необходимости проведения неразрушающего контроля различных изделий, привело к разработке и использованию ряда различных акустических методов контроля. Согласно ГОСТ 23829-85 акустические методы контроля делятся на 2 большие группы: использующие излучение и приём акустических колебаний и волн (активные методы) и основанные только на приёме колебаний и волн (пассивные методы).

Таблица 1

Классификация акустических методов

Наиболее широкое распространение в практике ультразвуковой дефектоскопии нашли методы прохождения и отражения (импульсные методы), реже применяют другие методы: резонансный, импедансный и метод акустической эмиссии.

1.1.1 Импульсные методы (прохождения и отражения)

Среди многочисленных методов прохождения и отражения на сегодняшний день наибольшее применение в дефектоскопии нашли: теневой, зеркально-теневой, и эхо-метод. Эхо-метод, в отличии от других, применим при одностороннем доступе к исследуемому объекту, и при этом позволяет определить размеры дефекта, его координаты и характер. В общем случае, суть перечисленных методов заключается в излучении в изделие и последующем принятии отраженных ультразвуковых колебаний с помощью специального оборудования - ультразвукового дефектоскова и пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) и дальнейшем анализе полученных данных с целью определения наличия дефектов, а также их эквивалентного размера, формы, вида, глубины залегания и пр. Чувствительность ультразвукового контроля определяется минимальными размерами выявляемых дефектов или эталонных отражателей, выполненных в контрольном образце предприятия (СОП). В качестве эталонных отражателей обычно используют плоскодонные сверления, ориентированные перпендикулярно направлению прозвучивания, а также боковые сверления или зарубки.

Рисунок 1 - Дефектоскоп ультразвуковой УД2-70

1.1.2 Ультразвуковая толщинометрия (резонансный и импульсный метод)

Как правило, ультразвуковой метод толщинометрии применяют в случаях недоступности или труднодоступности объекта для измерения его толщины механическим измерительным инструментом. Ультразвуковая толщинометрия - неотъемлемая процедура при определении толщины стенок труб, котлов, сосудов, то есть объектов замкнутого типа или с односторонним доступом, а также объектов судостроительного и судоремонтного производства. Современные ультразвуковые толщиномеры позволяют измерять толщины от 1 до 50 мм с точностью ±0,001 мм. По физическим принципам, используемым для измерения толщины, акустические толщиномеры делят на резонансные и эхо-импульсные.

Резонансный метод контроля основан на возбуждении и анализе резонансных колебаний в исследуемом объеме изделия, при этом исследование проводится при доступности одной стороны изделия, а погрешность метода составляет менее 1%. Резонансным методом измеряют толщину стенок металлических и некоторых неметаллических изделий (керамика, стекло, фарфор). Кроме того, при помощи резонансной дефектоскопии можно выявлять зоны коррозионного поражения, зоны непроклея и непропоя листовых соединений, зоны расслоения в биметаллах, тонких листах. Резонансные методы вынужденных колебаний в настоящее время не имеют широкого применения, так как задачи дефектоскопии и толщинометрии более точно решают импульсные ультразвуковые методы.

Принцип ультразвуковой импульсной толщинометрии основан на измерении времени прохождения ультразвукового импульса в изделии или в слое и умножении измеренного времени на коэффициент, учитывающий скорость звука в материале изделия.

Рисунок 2 - Ультразвуковой толщиномер ТУЗ-2

1.1.3 Импедансные дефектоскопы и твердомеры (импедансный метод)

Импедансный метод разработан советским ученым Ю.В. Ланге в 1958 году. Он основан на использовании зависимости полного механического сопротивления (импеданса) контролируемого изделия от качества соединения отдельных его элементов между собой. Этим методом можно выявлять дефекты в клеевых, паяных и других соединениях, между тонкой обшивкой и элементами жёсткости или заполнителями в многослойных конструкциях. Импедансные дефектоскопы широко используются в авиастроении, автомобильной и космической промышленности. Они способны обнаружить непроклеенные участки, расслоения, нарушения целостности и пустоты в различном оборудовании, приборах, конструкциях. Кроме того, метод ультразвукового контактного импеданса широко применяется для измерения твёрдости изделий из металлов и сплавов, таких как сосуды давления различного назначения (реакторы, парогенераторы, коллекторы, котельные барабаны) роторы турбин и генераторов, трубопроводы, детали различных транспортных средств, промышленные полуфабрикаты (отливки, поковки, листы) и т.д.

Рисунок 3 - Ультразвуковой толщиномер Константа ТУ

Метод контактного импеданса основан на измерении режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с объектом. По амплитудам и резонансным частотам такого преобразователя (часто имеющего вид стержня) судят о твердости материала изделия, податливости (упругому импедансу) его поверхности.

1.1.4 Средства для проведения ультразвукового контроля

Следующим важнейшим инструментом для проведения ультразвукового контроля являются пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП), которые выступают в качестве излучателя и приемника ультразвукового импульса, обрабатываемого дефектоскопом или толщиномером. Принцип действия пьезоэлектрических преобразователей основан на использовании прямого или обратного пьезоэлектрических эффектов. Прямой пьезоэффект представляет собой способность некоторых материалов образовывать электрические заряды на поверхности при приложении механической нагрузки, обратный пьезоэффект заключается в изменении механического напряжения или геометрических размеров образца материала под воздействием электрического поля. В качестве пьезоэлектрических материалов обычно используют естественный материал кварц, турмалин, а также искусственно поляризованную керамику на основе титаната бария (ВаТiO3), титаната свинца (PbTiO3) и цирконата свинца (PbZrO3)

Для обеспечения хорошего контакта между ультразвуковым преобразователем и контролируемой поверхностью, а также для предотвращения образования воздушного зазора, создающего помехи звуковому импульсу, необходимо использовать различные контактные жидкости или гели. Контактная жидкость должна иметь специальный химический состав, соответствующий диапазону температур той или иной контролируемой поверхности и ее структуре. Так, для контроля арматурных стержней и неровных поверхностей необходимо использовать контактный гель высокой степени вязкости, при контроле нагревающихся поверхностей рекомендуется применять контактные гели на водной основе, а при очень низких температурах (до -60єC) в качестве контактной жидкости можно использовать пропиленгликоль. Также стоит отметить, что в некоторых случаях (в частности, при контроле оборудования, используемого в ядерной промышленности) требуются контактные среды с ограниченным галогенным и серным составом.

Рисунок 4 - Пьезоэлектрические преобразователи

1.2 Радиографический контроль (РК)