Настроечный образец для ультразвуковой дефектоскопии многослойных изделий
MULTILAYER PRODUCTS ULTRASONIC FLAW DETECTION ADJUSTMENT PATTERN

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для настройки чувствительности и развертки ультразвукового дефектоскопа при проведении контроля ультразвуковым реверберационным и теневым методом сплошности соединения в многослойных клееных изделиях из материалов с различными удельными волновыми сопротивлениями (соединение «керамика - клеевой слой - полимерный композиционный материал - клеевой слой - металл»).
Изобретение предназначено для использования в области ракетно-космической и авиационной техники, а также может быть использовано в других отраслях промышленности, где используются многослойные клееные конструкции из разнородных материалов.
При контроле ультразвуковыми методами с целью выявления внутренних дефектов материала применяют настроечные образцы.
Известен образец, имитирующий соединение «стекло – клей - металл» с искусственно созданными дефектами и нанесённым клеем нормируемой толщины (патент RU 2451289 С2, G01N 29/04, 24.12.2009). Однако такой образец не пригоден для настройки ультразвукового дефектоскопа при контроле многослойных клееных изделий из материалов с высоким затуханием ультразвуковых волн, к числу которых относятся полимерные композиционные материалы.
Известен настроечный образец для ультразвуковой дефектоскопии (SU 1772734 А1, G01N 29/22, 08.01.1991). Настроечный образец выполнен из двух соединенных между собой пластин с различными удельными волновыми сопротивлениями. На соединяемых поверхностях пластин выполнены выемки, образующие объём для размещения калиброванного по размеру отражателя, например, в виде плоской (или другой формы) пластинки. Недостатком данного образца является то, что он не пригоден для ультразвукового контроля изделий имеющих многослойную конструкцию из материалов с различными удельными волновыми сопротивлениями «керамика - клеевое соединение -полимерный композиционный материал - клеевое соединение - металл» по причине несоответствия образца контролируемому изделию как по конструкции (двухслойная, а не трехслойная), так и по технологии изготовления (склейка слоев специальными клеями). А также используемый в настроечном образце металлический искусственный отражатель не позволяет настраивать ультразвуковой дефектоскоп для проведения контроля теневым ультразвуковым методом.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является образец для настройки ультразвуковых дефектоскопов (SU 1226285 А, G01N 29/04, 01.06.1983), который содержит акустически связанные и соединенные разъёмно три пластины. Клеевые слой между пластинами имитируются прокладками из твердого материала заданной толщины. В промежуточной и в одной из наружных пластин выполнены отверстия. Отверстие в наружной пластине предназначено для отвода контактной жидкости из отверстия в промежуточной пластине. Отверстие в промежуточной пластине имитирует дефект типа непроклей. Поперечные размеры отверстия в наружной пластине выбирают в пределах 0,01-0,1 от поперечных размеров отверстия в промежуточной пластине. Данный образец непригоден для ультразвукового контроля изделий имеющих многослойную конструкцию из материалов с различными удельными волновыми сопротивлениями «керамика - клеевое соединение - полимерный композиционный материал - клеевое соединение - металл» по причине несоответствия образца контролируемому изделию как по конструкции (соединение разъёмное, а не склеенное), так и по технологии изготовления (склейка слоев специальными клеями).
Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение чувствительности и достоверности контроля сплошности и толщины клеевого соединения в изделиях имеющих многослойную конструкцию из материалов с различными удельными волновыми сопротивлениями «керамика - клеевое соединение - полимерный композиционный материал – клеевое соединение - металл» за счет использования настроечного образца, конструктивно подобного контролируемому изделию.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен:
1. Настроечный образец для ультразвуковой дефектоскопии многослойных изделий, состоящий из соединенных слоев, в которых выполнено плоскодонное отверстие, отличающийся тем, что образец выполнен из трех соединенных клеем слоев, по форме соответствующих изделию, при чем первый слой выполнен из металла, промежуточный слой представляет собой полимерный композиционный материал, третий слой выполнен из керамики, при этом в металлический слой и слой из полимерного композиционного материала вклеена заглушка, состоящая из двух соединенных через клеевой слой частей, соответствующих форме изделия, одна из которых выполнена из металла, а вторая - из полимерного композиционного материала, при этом в центре части заглушки из полимерного композиционного материала, обращенной в сторону слоя из керамики, выполнено плоскодонное глухое отверстие диаметром 3,5-6,0 мм и глубиной 1,5-2,0 мм.
2. Настроечный образец по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного композиционного материала используют стеклопластик или углепластик.
На фиг.1 представлен эскиз настроечного образца для настройки ультразвуковых дефектоскопов, вид спереди в разрезе. Настроечный образец состоит из трёх соединённых неразъёмных слоев: 1 – керамический слой, 2 – полимерный композиционный слой, 3 – металлический слой. Соединение обеспечивается за счёт клеевых слоев 4 и 5. В слоях 2 и 3 до слоя 1 выполнено глухое плоскодонное отверстие (не указано). В данное глухое плоскодонное отверстие вклеена заглушка, состоящая из двух соединенных клеем частей - часть из полимерного композиционного материала 6 с плоскодонным отверстием 7 и часть из металла 8.
Предложенный настроечный образец используется для настройки чувствительности и развертки при ультразвуковом контроле сплошности клеевого соединения в изделиях многослойной конструкции из материалов с различными удельными волновыми сопротивлениями «керамика - клеевое соединение - полимерный композиционный материал - клеевое соединение -металл». Настроечный образец соответствует требованиям государственных регламентирующих документов в части обеспечения соответствия настроечного образца контролируемому изделию по материалам исполнения, шероховатости и кривизне поверхности.
Модель дефекта, имитирующая непроклей, выполнена путём выфрезеровывания глухого плоскодонного отверстия в контролируемом слое многослойной конструкции.
Данный способ обуславливает соответствующую конструкцию настроечного образца, представляющего собой фрагмент проверяемого многослойного изделия с глухим плоскодонным отверстием, в которое вклеена заглушка. Заглушка с имитатором дефекта также соответствует форме изделия и состоит из соединенных клеем между собой частей из металла 8 и полимерного композиционного материала 6. В части из полимерного композиционного материала 6 выполнен имитатор дефекта, который представляет собой плоскодонное глухое отверстие 7 диаметром 3,5-6,0 мм и глубиной 1,5-2,0 мм, выполненное в центре слоя из полимерного композиционного материала. Размер плоскодонного отверстия соответствует минимально фиксируемой при помощи ультразвуковых волн площади непроклея в данном виде изделия.
Для набора толщины клеевого соединения и минимизации риска попадания клея-герметика в плоскодонное глухое отверстие 7 полимерной композиционной части 6 заглушки, при вклейке заглушки в отверстие настроечного образца, был изготовлен тонкий слой полимеризованного клея-герметика толщиной 0,2±0,1 мм. Полимеризованный слой адгезионно-связан с керамическим слоем 1 в отверстии настроечного образца через тонкий (менее 0,1 мм) клеевой слой.
Контроль с применением данного настроечного образца осуществляется как при одностороннем доступе к изделию, со стороны керамического слоя 1 реверберационным ультразвуковым методом, так и при двухстороннем доступе к керамическому 1 и металлическому 3 слоям амплитудным теневым ультразвуковым методом.
Настройка ультразвукового дефектоскопа производится по предлагаемому настроечному образцу следующим образом.
При реверберационном методе ультразвукового контроля с помощью прямого совмещенного пьезоэлектрического преобразователя ультразвукового дефектоскопа через согласующий акустический контактный слой, например, водный спиртовой раствор, вводят импульсы ультразвуковых колебаний в настроечный образец со стороны керамического слоя 1. Располагая преобразователь на настроечном образце над искусственным имитатором непроклея в виде заглушки с плоскодонным глухим отверстием 7 и на участке настроечного образца без дефекта, принимают и преобразуют отраженные импульсы ультразвуковых колебаний в эхо-сигналы. При этом на дефектном участке с имитатором непроклея возникают переотражения ультразвуковых волн от границы раздела «керамический слой – имитатор непроклея». Возникает реверберационный эффект. Корректируя диапазон развертки и усиление, устанавливают реверберационные сигналы в пределах экрана ультразвукового дефектоскопа. На других бездефектных участках настроечного образца реверберационных сигналов на экране дефектоскопа быть не должно.
При теневом методе ультразвукового контроля с помощью прямого пьезоэлектрического преобразователя через согласующий слой, например, водный спиртовой раствор, вводят импульсы ультразвуковых колебаний в настроечный образец со стороны керамического слоя 1. Прошедшие ультразвуковые колебания через согласующий слой, например, глицерин, регистрируют другим пьезоэлектрическим преобразователем, расположенным на противоположной стороне настроечного образца – со стороны слоя из металла 3. Регулируя усиление ультразвукового дефектоскопа, устанавливается амплитуда принятого сигнала таким образом, чтобы на бездефектном участке настроечного образца амплитуда составляла не менее 50% экрана, а на участке с имитатором непроклея в виде заглушки с плоскодонным глухим отверстием 7, снижалась до уровня менее 20% от высоты экрана ультразвукового дефектоскопа.
Сущность изобретения поясняется примерами.
Пример 1.
Настроечный образец для ультразвуковой дефектоскопии многослойных изделий (фиг. 1) состоит из соединенных термостойким клеем-герметиком слоев. Первый слой 3 выполнен из металла аустенитного класса типа 08Х18Н10Т. Промежуточный слой 2 выполнен из стеклопластика. Третий слой 1 изготовлен из кварцевой керамики. При этом в настроечном образце выполнено глухое плоскодонное отверстие диаметром 15 мм в промежуточном слое 2 из стеклопластика и слое 3 из металла аустенитного класса типа 08Х18Н10Т. В отверстие через слой полимеризованного клея-герметика вклеена заглушка, представляющая собой склееные части из металла 8 аустенитного класса типа 08Х18Н10Т и стеклопластика 6. При этом в части заглушки из стеклопластика 6 выполнено плоскодонное глухое отверстие 7 диаметром 3,5 мм и глубиной 1,5 мм.
Пример 2.
Настроечный образец выполнен как в примере 1. Отличие состоит в том, что промежуточный слой 2 настроечного образца и вторая часть 6 заглушки выполнены из углепластика, а металлический слой настроечного образца 3 и заглушки 8 и выполнены из металла аустенитного класса типа 12Х18Н10Т. При этом в части заглушки 6 из углепластика выполнено плоскодонное глухое отверстие 7 диаметром 6,0 мм и глубиной 2,0 мм.
Таким образом, заявленный настроечный образец может быть использован для настройки чувствительности и развертки ультразвукового дефектоскопа при проведении ультразвукового реверберационного и теневого контроля клеевого соединения между керамическим материалом и слоем из полимерного композиционного материала в многослойных изделиях.