×
01.05.2019
219.017.4793

СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Использование: для ультразвукового контроля изделий из композиционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют подачу ультразвуковых волн при помощи преобразователя перпендикулярно контактной поверхности объекта контроля с направлением волны через одну фокальную ось и последующим определением дефекта по времени пробега импульса упругой волны, при этом подача упругой поперечной ультразвуковой волны осуществляется с одной стороны изделия при помощи преобразователя с сухим точечным контактом на заданном участке контроля с одновременной подачей упругой продольной ультразвуковой волны с другой стороны изделия при помощи этого же преобразователя с рабочей частотой обеих упругих волн 300 кГц и последующим определением наличия дефекта в объекте контроля по времени пробега импульса и амплитуде продольной волны. Технический результат: улучшение реверберационно-шумовой характеристики, увеличение чувствительности метода и повышение площади контроля. 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для выявления или нахождения дефектов изделий из анизотропных композиционных материалов.

Характерные разрушения изотропных твердых тел были описаны в работах [Irvin G.R., In «Structural Mechanics», Proc. I st. Symp. Naval Struct. Mech., Pergamon, Oxford, 1960, p. 557-594; Konish H.J., Swedow J.L., Cruse T.A., J. Compos. Mater., 6. 114-125, 1972]. Многократные теоретические уточнения и экспериментальные подтверждения привели к общепринятому использованию вязкости разрушения в качестве важнейшей константы технических материалов.

Полное описание разрушения анизотропных композитов, в отличие от изотропного случая, не может быть сведено к одномерной задаче. Необходимо установление функциональных зависимостей между ориентацией трещины (расслоения, непроклея и др. дефектов), направлением материала и векторов нагрузки, не говоря уже об определении когезионной, адгезионной и механической диссипаций. Следовательно, обзор и классификация определенных теоретических решений и детализации методов контроля могут затруднить, а не выявить соответствующие перспективы разрушения и контроля композитов.

Невидимые области материалов, например внутренние части изделий, сварочных швов и композиционных материалов, можно анализировать при помощи ультразвукового контроля. Это тип неразрушающего контроля использует отражение звуковых волн для обнаружения дефектов, которые было бы сложно определить другим способом без разрушения исследуемого объекта. Ультразвуковой контроль является распространенным в авиационно-космической промышленности способом контроля целостности материалов в процессе производства и технического обслуживания.

Особенность ультразвукового контроля заключается в необходимости наличия контактной смазки для передачи ультразвуковой энергии исследуемому образцу вследствие большого расхождения между акустическим импедансом воздуха и твердой фазы контролируемого образца.

Другая особенность ультразвукового контроля заключается в том, ультразвуковой преобразователь (излучатель) должен быть правильно ориентирован (обычно перпендикулярно) относительно контролируемого объекта или дефекта. В полимерных композитах дефекты имеют, главным образом, параллельную ориентацию к поверхности изделия.

Для большинства случаев неразрушающего контроля используются методы, описанные в [Неразрушающий контроль и диагностика.: Справочник / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. - 448 с.].

Неметаллические материалы обладают более сильной зависимостью затухания ультразвука от частоты, чем металлы. Особенно быстро затухание растет с частотой в крупноструктурных неметаллах. Поэтому для неразрушающего контроля таких материалов приходится использовать снижение частоты УЗ (ультразвукового) диапазона. Например, УЗ контроль ПКМ (полимерный композиционный материал) возможен на частотах, приблизительно, не выше 150…200 кГЦ.

ПКМ - один из наиболее распространенных конструкционных неметаллов. Для дефектоскопии и оценки прочностных характеристик конструкций (изделий) из ПКМ чаще других применяют методы прохождения (теневые) при сквозном или поверхностном прозвучивании изделий. Основным измеряемым параметром является время распространения ультразвука на некоторой базе прозвучивания. Поэтому базу необходимо знать с возможно большей точностью, особенно при поверхностном прозвучивании. Размеры рабочих поверхностей УЗ преобразователей для этого должны быть как можно меньше.

Для ряда задач, решаемых как методами прохождения, так и эхо-методом, необходимы преобразователи с малой длительностью преобразуемых импульсов и низким уровнем собственного реверберационного шума.

Все эти противоречивые требования были удовлетворены в предложенной конструкции преобразователя с сухим точечным контактом (СТК) и малой длительностью импульсной характеристики [Ультразвуковой низкочастотный преобразователь: пат. 2082163 Рос. Федерация: МПК G01N 29/24/ А.А. Самокрутов [и др.], заявитель и патентообладатель ООО «АКС». - №94005901; заявл. 21.02.1994, опубл. 04.07.1997, Бюл. №17]. Благодаря малой длительности сигналов и сухому акустическому контакту их можно применять для решения самых разных задач УЗ низкочастотного контроля.

По диаграммам направленности данного преобразователя видно, что первый преобразователь с продольными колебаниями протектора обеспечивают излучение и прием продольных УЗ волн по нормам к поверхности полупространства, а второй преобразователь с поперечными колебаниями протектора позволяет излучать и принимать поперечные УЗ волны перпендикулярно к поверхности. Вследствие точечного акустического контакта, кроме основного типа волн, каждый из преобразователей неизбежно излучает и способен принимать, под некоторыми углами к поверхности полупространства, другой тип объемных волн.

Кроме того, вдоль поверхности полупространства от этих преобразователей в разные стороны от точки контакта распространяются различные поверхностные волны. Преобразователь с продольными колебаниями протектора является ненаправленным излучателем волн Релея. Преобразователь с поперечными колебаниями протектора в направлении вектора смещений излучает продольные подповерхностные (головные) волны и волны Релея. Он же в направлении, перпендикулярном вектору смещений, излучает поперечные волны с горизонтальной поляризацией (SH волны). Эти свойства преобразователей с поперечными колебаниями протектора дают возможность измерений скоростей продольных и поперечных волн в материалах (ПКМ) способом поверхностного прозвучивания.

Детали из МСП-К являются многослойным клеевым полимерным композиционным материалом. Характерными дефектами для них являются:

- зоны отсутствия сцепления между соединенными элементами (непроклей), имеющий нулевую прочность. Обычно эти дефекты имеют заполненный газом зазор. Непроклеи - наиболее часто встречающиеся и самые опасные дефекты клеевых соединений;

- плохая адгезия, то есть слабое сцепление клея с материалом соединяемого элемента. Это снижает прочность клеевого шва;

- недоброкачественный клей;

- пористость, ослабляющая прочность соединения. Причины пористости - неполное удаление из клея растворителя, недостаточное давление при запрессовке, применение некачественных компонентов.

Для контроля деталей из МСП-К используют велосиметрический УЗ метод. Контроль проводят по сухим поверхностям без применения контактных смазок или погружения объекта контроля (ОК), в ванну с жидкостью. Этот метод использует влияние дефектов на скорость распространения упругих волн и длину их пути между излучающим и приемным преобразователями дефектоскопа.

В ОК (объект контроля) возбуждается УЗ колебание, распространяющиеся в виде ассиметричных волн нулевого порядка и (мода d0) продольных волн.

Дефекты регистрируют по изменению сдвига фазы принятого сигнала или времени распространения импульса на участке между излучателем и приемником (Фиг. 1).

Известны способы УЗ контроля материалов и изделий (Патент РФ №2036470, G01N 29/24, 1995; Патент РФ №2141653, G01N 29/04, 1999; Патент РФ №2492465, G01N 29/26, 2013; Патент РФ №2528578, G01N 29/24, 2014; Патент РФ №2539806, G01N 29/24, 2012; Патент РФ №2580214, G01N 29/24, 2012).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2469311 G01N 29/26, 2012, которые было принято авторами за ближайший аналог.

Способ ультразвукового контроля изделий из композиционных материалов, включающий в себя подачу ультразвуковых волн при помощи преобразователей перпендикулярно контактной поверхности с направлением сканирования через одну фокальную ось. Наличием дефекта является временная разница длительности пробега импульса упругой волны.

Недостатком данного способа является то, что для УЗ контроля композиционных материалов необходимо применять контактирующую жидкость; данное устройство слишком громоздко и имеет большие габариты; ограниченность области применения из-за низкой реверберационно-шумовой характеристики.

В результате исследований выяснилось, что данного материала (МСП-К) велосиметрический метод с односторонним доступом ограничен в применении, так как отсутствует четкий информационный параметр, который однозначно бы изменялся в дефектных участках.

Односторонний вариант метода имеет интерференционные помехи, затрудняющий контроль данного материала. По этой причине обычно не удается обнаружить дефекты вблизи краев и зон резкого изменения толщины ОК.

Чувствительность метода зависит от параметров ОК и глубины залегания дефектов, уменьшаясь с увеличением последней. Минимальная площадь обнаруживаемых дефектов 100…1500 мм2, причем большим глубинам залегания.

Односторонний вариант велосиметрического метода имеет также неконтролируемую зону, прилегающую к поверхности, противоположную поверхности ввода. Она составляет 20…40% от толщины ОК.

Технической задачей является улучшение реверберационно-шумовой характеристики, увеличение чувствительности метода и повышение площади контроля за счет использования велосиметрического способа УЗК (ультразвукового контроля) с двухсторонним доступом и использования одновременно временного и амплитудного метода прохождения упругих волн ОК (объекта контроля) с применением специальных преобразователей с СТК (сухого точечного контакта).

Указанная задача решается за счет того, что в способе контроля изделий из композиционного материала, который включает в себя подачу ультразвуковых волн при помощи преобразователей перпендикулярно контактной поверхности с направлением сканирования через фокальную ось. Наличием дефекта является временная разница длительности пробега импульса упругой волны. Осуществляется подача упругой поперечной с одной стороны изделия при помощи УЗ преобразователя с сухим точечным контактом на заданном участке контроля с одновременной подачей упругой продольной волны с другой стороны изделия при помощи одновременного преобразователя с рабочей частотой 300 кГц. Наличие дефекта определяют по времени пробега импульса поперечной волны и амплитуде продольной волны.

На (Фиг. 2) приведена схема проведенного эксперимента. Контроль осуществлялся импульсным дефектоскопом А1220 «Монолит», который позволяет фиксировать время прихода сквозного сигнала с абсолютной погрешностью измерений временных интервалов в мкс.

Преобразователь типа S1808 с двумя пьезопреобразователями (позволяет объединить два метода контроля - временной и амплитудный. Временной метод прохождения основан на измерении времени пробега импульса через ОК (объект контроля). Путь ультразвукового луча АСД, огибающего дефект, больше, чем прямой путь АВД. В данном случае, тип волны не меняется, то есть, если вводится продольная, то и принимается продольная, если вводится поперечная, то она и принимается.

Признаком дефекта при контроле амплитудным методом служит ослабление амплитуды упругих волн, прошедших через ОК.

Для УЗ контроля были выбраны преобразователи типа S1808 с частотой 300 кГц (поперечная и продольная волна).

Результаты показали, что время прихода сигнала на бездефектном участке и над искусственными дефектами одинаково, а амплитуда сигнала уменьшается (Фиг. 3, 4, 5, 6).

Исходя из вышеуказанного, можно сделать соответствующие выводы:

- наиболее оптимальным методом УЗК деталей из МСП-К является комбинация двух способов прохождения - временного и амплитудного;

- для реализации данного способа требуется двухсторонний доступ к ОК и обеспечение точной соосности преобразователей;

- необходимо использовать преобразователи с сухим точечным контактом с возбуждением продольной волны и рабочей частотой 300 кГц.

Способ ультразвукового контроля изделий из композиционных материалов, включающий в себя подачу ультразвуковых волн при помощи преобразователя перпендикулярно контактной поверхности объекта контроля с направлением волны через одну фокальную ось и последующим определением дефекта по времени пробега импульса упругой волны, отличающийся тем, что подача упругой поперечной ультразвуковой волны осуществляется с одной стороны изделия при помощи преобразователя с сухим точечным контактом на заданном участке контроля с одновременной подачей упругой продольной ультразвуковой волны с другой стороны изделия при помощи этого же преобразователя с рабочей частотой обеих упругих волн 300 кГц и последующим определением наличия дефекта в объекте контроля по времени пробега импульса и амплитуде продольной волны.
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 161.
27.03.2016
№216.014.c878

Автоматическая система загрузки ракет в самоходную пусковую установку

Изобретение относится к военной технике. Автоматическая система загрузки ракет в составе подвижного ракетного комплекса состоит из цепных транспортеров и рельсовых направляющих, размещенных на основании контейнеров транспортно-заряжающей машины (ТЗМ) и самоходной пусковой установки (СПУ)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578917
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.06.2016
№217.015.041c

Стенд для испытаний шарнирных подшипников

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний шарнирных подшипников с имитацией эксплуатационных нагрузок и температур. Стенд состоит из основания, на котором размещены и соединены при помощи кинематической цепи привод и нагрузочное устройство. Основание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587693
Дата охранного документа: 20.06.2016
20.06.2016
№217.015.0509

Раскрываемый руль

Изобретение относится к ракетной технике. Раскрываемый руль содержит складываемую часть руля (1) и корневую часть (2), закрепленную в приводе (3) управления рулем и установленную в корпусе с возможностью поворота, и привод (5) раскрытия руля со штоком (6) для его продольного перемещения. Шток...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587751
Дата охранного документа: 20.06.2016
10.05.2016
№216.015.3ac3

Термоэмиссионный способ тепловой защиты частей летательных аппаратов

Термоэмиссионный способ тепловой защиты частей летательных аппаратов (ЛА) включает отвод теплового потока от нагреваемой части ЛА к менее нагретой с помощью термоэмиссионного модуля посредством размещения на внутренней поверхности нагреваемых частей ЛА электропроводящего материала или покрытия,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583511
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3b21

Способ одновременного выведения группы спутников на некомпланарные орбиты (варианты)

Группа изобретений относится к формированию систем ИСЗ с некомпланарными орбитами. Способ включает одновременное выведение группы ИСЗ ракетой-носителем (РН). При этом на РН устанавливают гиперзвуковой летательный аппарат (ГЛА), выводимый на баллистическую траекторию, в апогее которой ГЛА...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583507
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3db9

Защитная панель летательного аппарата

Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается защитных панелей. Защитная панель летательного аппарата (ЛА) состоит из плиток, жестко закрепленных на внешней поверхности ЛА. На каждой плитке выполнены выступ в центральной части и вырезы на краях. Плитки соединены между собой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583532
Дата охранного документа: 10.05.2016
27.08.2016
№216.015.4dd5

Корпус гиперзвукового летательного аппарата и способ его изготовления

Группа изобретений относится к авиационной и ракетной технике. Способ изготовления корпуса гиперзвукового летательного аппарата из композиционных материалов характеризуется тем, что изготавливают методом намотки или объемного плетения одну или более оболочек вращения, из которых нарезают по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595354
Дата охранного документа: 27.08.2016
27.08.2016
№216.015.4eb2

Способ управления полетом ракеты

Изобретение относится к военной технике, преимущественно к тактическим и оперативно-тактическим комплексам управляемого ракетного оружия (УРО) с баллистическими (аэробаллистическими) и высотными крылатыми ракетами. В состав оптико-электронной корреляционно-экстремальной СН ракеты дополнительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595282
Дата охранного документа: 27.08.2016
27.08.2016
№216.015.4efc

Обслуживаемый на орбите автоматический космический аппарат

Изобретение относится к области космической техники. Обслуживаемый на орбите космический аппарат (КА) содержит штатную двигательную установку с топливными баками, систему подачи топлива с заправочной горловиной, целевую аппаратуру, систему управления движением, систему электропитания, силовые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595352
Дата охранного документа: 27.08.2016
13.01.2017
№217.015.7520

Способ определения коэффициента трения подшипника

Изобретение относится к способам измерения трения в подшипниках. Способ определения коэффициента трения подшипника заключается в создании усилия на подшипник от нагрузочного устройства. При этом создается дополнительное усилие от силовозбудителя. Причем усилия, приложенные к подшипнику от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002598696
Дата охранного документа: 27.09.2016
Показаны записи 1-10 из 31.
10.06.2013
№216.012.49a5

Устройство для обеспечения заданного усилия натяжения регулируемой механической тяги

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к системам измерения усилий в стержнях, тягах и других протяженных элементах конструкций, нагруженных осевой силой, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где они применяются, и, в частности, в ракетной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484433
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.06.2013
№216.012.5056

Способ получения керамического изделия

Изобретение относится к способам получения керамических материалов, предназначенных для высокотемпературных изделий конструкционного назначения, таких как элементы камеры сгорания и соплового аппарата газотурбинного двигателя. Способ получения керамического изделия на основе муллита,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486159
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.03.2014
№216.012.ab93

Способ изготовления металлических многослойных панелей

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей в авиакосмическом машиностроении. Осуществляют сборку пакета путем локального соединения листов заполнителя и размещения их между обшивками. Формируют ячейки заполнителя за счет подачи газа под давлением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509638
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.03.2014
№216.012.acf6

Способ натяжения спаренных тяг

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к системам измерения усилий в стержнях, тягах и других протяженных элементах конструкций, нагруженных осевой силой. Способ заключается в следующем. Спаренные тяги фиксируют относительно основания технологическими штырями, после...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509993
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.05.2014
№216.012.c6c8

Устройство для обеспечения заданого усилия натяжения спаренных тяг

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к системам измерения усилий в стержнях, тягах и других протяженных элементах конструкций, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, и, в частности, в ракетной технике. Устройство работает следующим образом. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516647
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.09.2014
№216.012.f925

Способ изготовления многослойных панелей

Изобретение может быть использовано при изготовлении многослойных панелей методом, предусматривающим совмещение процесса сверхпластичной формовки и диффузионной сварки, например, в аэрокосмической промышленности. Изготавливают листовые заготовки заполнителя. На заданные участки одного из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529618
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.01.2015
№216.013.1998

Способ изготовления многослойных металлических панелей

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей, например, в аэрокосмическом машиностроении. Предварительно листы заполнителя локально соединяют между собой по пересекающимся зонам. Сваренные листы заполнителя размещают в штампе между листами обшивок и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537980
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.04.2015
№216.013.381e

Способ изготовления многослойных металлических панелей

Изобретение может быть использовано для изготовления сваркой давлением с подогревом многослойных металлических панелей корпусов летательных аппаратов. Локально соединяют листы заполнителя и собирают пакет в штампе с размещением их между листами обшивок. Нагревают пакет до температуры сварки....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545854
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.06.2015
№216.013.5744

Способ получения волокнистого теплоизоляционного материала

Изобретение относится к нетканым теплоизоляционным и пожаробезопасным материалам на основе неорганических волокон и касается способа получения волокнистого теплоизоляционного материала. Способ включает приготовление водного шликера, содержащего огнеупорные волокна, получение сырой заготовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553870
Дата охранного документа: 20.06.2015
10.07.2015
№216.013.5ca6

Способ изготовления металлических панелей

Изобретение может быть использовано для получения металлических панелей из титановых сплавов. Изготавливают заготовки заполнителя из двух листов титанового сплава ВТ6 толщиной 1 мм с продольной формой прокатки. Пакет листовых заготовок обваривают по контуру и проваривают рядом непрерывных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555259
Дата охранного документа: 10.07.2015
+ добавить свой РИД