СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ НА ТЕЛО ОБРАЗЦА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR APPLYING ARTIFICIAL REFLECTORS TO THE BODY OF THE SAMPLE MADE OF POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS

Изобретение относится к области акустических измерений и может быть использовано при ультразвуковом контроле длинномерных объектов из полимерных композитных материалов (прутки, трубы, арматура) эхо-методом.
Известны способы нанесения дефектов, в основе которых используются методы удаления или деформации материала образца: ГОСТ 21397-81 - цилиндрическое отверстие с плоским дном; авторское свидетельство SU 881608 A1 - способ выдавливания углубления; патент RU 2538053 C2 - изготовление в образце технологических сквозных отверстий; патент RU 2346268 C1 - соединение двух заготовок из контролируемого материала методом сварки с размещением искусственного дефекта в предварительно полученной канавке; авторское свидетельство SU 1185227 A1 - калиброванный стальной шарик, запрессованный внутри образца; авторское свидетельство SU 1772734 A1 - образец из термопластичного материала с запрессованным внутрь металлическим искусственным отражателем в виде пластины; авторское свидетельство SU 1538115 A1 - образец из металла, выполненного сваркой с внутренними полостями; авторское свидетельство SU 1772732 A1 - многослойный образец с расположенными между слоями имитатором дефектов; патент RU 2186383 C2 - тела из контролируемого материала с полостью, в которой размещен искусственный дефект, а остальная часть полости заварена; авторское свидетельство SU 847192 A1 - боек с клиновидной режущей кромкой, внедряющийся в поверхность образца с образованием в нем искусственного дефекта в виде выемки.
Недостатками известных способов являются необходимость нарушения сплошности образца для создания искусственного отражателя. Использование этого метода для образцов из композитных материалов приводит к разрушению армирующих волокон и связующего материала в произвольной пропорции.
1
1
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ нанесения дефекта на длинномерный объект в виде сегментного паза длинной 30 мм и глубиной 0,4 мм. Так как в данном способе измерения участвуют прутки длиной, многократно превышающей их диаметр, то прозвучивание образца производится эхо-методом с торца стержневой или крутильной волной с ее длиной, значительно превышающей диаметр длинномерного объекта. В условиях незначительного затухания, отсутствующей или низкой дисперсии скорости, импульс отражается от противоположного торца объекта и возвращается в зону излучения, затем вновь проходит по телу объекта до противоположного торца и обратно ( Акустический волноводный контроль линейно протяженных объектов / О.В. Муравьева, В.В. Муравьев, В.А. Стрижак, С.А. Мурашов, А.В. Пряхин; М-во обр. и науки РФ, ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова». Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2017. 234 с. ISBN 978-5-7692-1560-5).
Недостатком прототипа является невозможность нанесения дефекта на объект из полимерных композитных материалов ввиду разрушения армирующих волокон и связующего материала в произвольной пропорции.
Технической задачей изобретения является создание способа нанесения дефекта на длинномерный объект без разрушения его тела, позволяющего повысить точность и достоверность волноводного метода контроля длинномерных объектов из полимерных композитных материалов (пруток, труба, арматура) при упрощении способа нанесения дефекта.
Указанная задача решается тем, что сигнал, отраженный от дефектной области, возникает на участках с измененным сечением и пропорционален величине изменения площади сечения. По результатам измерения амплитуды сигнала от противоположного торца и сигнала от участка с измененным сечением дается заключение о величине изменения сечения. Так как метод чувствителен как к потере сечения, так и к прибавке сечения, то искусственный отражатель наносится в виде наплыва из материала наполнителя с сечением в зоне искусственного отражателя, большем, чем основное тело длинномерного объекта. Длина искусственного отражателя определяется соотношением L=λ/4, где λ длина акустической волны, определяемая основной частотой акустического сигнала ƒ и скоростью акустической волны с λ=ƒ/с. Высота h определяется величиной ожидаемого сигнала от искусственного отражателя.
К отличительным признакам способа относится то, что искусственный отражатель выполняют без разрушения тела длинномерного объекта в виде наплыва из материала наполнителя с сечением в зоне дефекта большего, чем основное тело длинномерного объекта, при этом высота наплыва h, определяется величиной ожидаемого сигнала от искусственного отражателя, а длина L определяется из соотношения L=λ/4, где λ - длина акустической волны, определяемая основной частотой акустического сигнала ƒ и скоростью акустической волны с λ=ƒ/c.
Положительный технический результат, обеспечиваемый указанной совокупностью признаков, состоит в создании искусственного отражателя с увеличением площади сечения, большего, чем основное тело длинномерного объекта, в виде наплыва высотой h и длиной L=λ/4, где λ - длина акустической волны, определяемая основной частотой акустического сигнала ƒ и скоростью акустической волны с λ=ƒ/c, без нарушения внутренней структуры полимерного композитного материала, в упрощении и удешевлении конструкции устройства его нанесения, достигаемого за счет отсутствия при нанесении искусственного отражателя специальных приспособлений, в том числе режущих или пилящих.
Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан пруток с нанесенным на него отражателем, вид спереди; на фиг. 2 показан пруток с нанесенным на него отражателем, вид сбоку.
Способ осуществляют следующим образом. Первоначально определяют длину L искусственного отражателя в зависимости от длины акустической волны λ, затем определяют высоту отражателя h, в зависимости от величины ожидаемого отраженного сигнала. Далее осуществляют нанесение искусственного отражателя в виде наплыва из материала, аналогичного материалу образца, после чего осуществляют волноводную методику контроля эхо-методом.
В качестве примера искусственный отражатель нанесен на пруток композитной арматуры условным диаметром 8 мм. Длина искусственного отражателя составила L=40 мм, высота h=1 мм. Коэффициент отражения от искусственного отражателя составил 12%, что позволило настроить дефектоскоп, реализующий волноводную методику контроля эхо-методом для поиска дефектов типа «узел», «наплыв», «разрыв», «отслоение нитей», «утолщение» и других.