Применение упругого удара при контроле качества материалов и конструкций Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 539+531

ПРИМЕНЕНИЕ УПРУГОГО УДАРА ПРИ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ

Е. С. Чернова Омский автобронетанковый инженерный институт

Россия, 644098, г. Омск, 14 в/городок; [email protected]

Контроль материалов и конструкций с помощью упругого удара позволяет определить наличие в них полостей и дефектов в зависимости от структуры, плотности, прочности изделий. Во время удара твердых тел от места их контакта распространяются упругие волны деформаций, которые отражаются от свободных поверхностей, влияя на величину скорости отскока бойка. Данный метод контроля является безвредным, охватывает значительную толщину исследуемого материала и позволяет контролировать широкий спектр изделий. В результате контроля получены зависимости изменения скорости отскока бойка от испытуемого материала при наличии в нем полостей, а также при изменении положения полостей относительно контролируемой поверхности.

Ключевые слова: упругий удар, отскок, контроль качества, боек, ударное устройство.

USING OF ELASTIC IMPACT IN THE QUALITY CONTROL OF MATERIALS

AND CONSTRUCTIONS

Chernova E. S.

Omsk Tank-Automotive Engineering Institute

The control of materials and constructions with elastic impact allows determining the presence of cavities in them depending on the structure, density and strength of the products. During the impact of solids from their place of contact, elastic waves propagate deformations, which are reflected from the free surface, affecting the magnitude of the velocity of the striker mark. This control method is harmless, covers a considerable thickness of the control material and allows you to control a wide range of products. Monitoring changes depending on the speed of the striker mark of the control material in the presence of cavities in it, as well as the position of the cavities relative to the control surface were obtained.

Keywords: elastic impact, recoil, quality control, striker, impactor.

Некоторые виды контроля зачастую способны привести к разрушению материалов. Например, при контроле с помощью радиоактивных излучений материал разрушается под

действием нейтронов, электронов и у-лучей. Даже небольшая доза излучения может повлечь за собой такие изменения в свойствах металлов, как снижение прочности, твердости, изменение электромагнитных свойств. Метод упругого отскока, предназначенный для контроля материалов и конструкций, не приводит к столь глобальным изменениям свойств контролируемых изделий, является безвредным по отношению к оператору, проводящему контроль, и не

требует применения специального сложного оборудования.

Величина отскока при ударе бойком по испытуемому объекту зависит от нескольких факторов: плотности, твердости, структуры материала, наличия в нем полостей и дефектов. При помощи данного метода контроля возможно не только выявлять наличие дефектов, но и их местонахождение под слоем материала. При ударе по объекту от места их контакта распространяются упругие волны деформации, которые отражаются от пустот и полостей в место взаимодействия тел, изменяя скорость отскока бойка [1, с. 313].

Для данного контроля предлагается использовать ударное устройство [2], ударный узел которого содержит боек, соединенный через шток с индуктивным датчиком. В корпусе устройства находится катушка соленоида двигателя и пружина, упирающаяся в тарелку штока. Через диод на катушку передается переменное напряжение, а выходной сигнал через второй диод регистрируется прибором [3, с. 172-174].

Ударный боек приводится в движение с помощью катушки и возвратной пружины, совершая многократный удар по испытуемому образцу. Скорость отскока бойка пропорциональна амплитуде сигнала датчика, магнито-провод которого разрывается при отскоке ферромагнитной головки. Основное назначение прибора состоит в измерении скорости отскока и. При этом возможно использовать различные модификации датчиков. Если при ударе по испытуемому объекту величина скорости отскока бойка изменяется в меньшую сторону, то это может являться основанием полагать, что в материале присутствуют полости и пустоты. Причем, чем ближе они располагаются к контактной зоне бойка с объектом, тем ниже будет скорость отскока и.

Тип используемого для контроля бойка во многом зависит от самого контролируемого материала. Он может быть изготовлен как из ферромагнитного материала, так и из капронового и деревянного. Спектр материалов, которые можно контролировать таким методом, также достаточно широк. При ударе по поверхности объекта ферромагнитная головка прибора разрывает магнитопровод датчика при мини-

мальном зазоре, что существенно влияет на информативность отскока. Тарировка сигнала изначально производится на сплошном образце, а потом на объекте, имеющем полости и дефекты в структуре. При таком контроле волны деформации охватывают большую толщину исследуемого материала, что является преимуществом наряду с существующими методами контроля. Объектами контроля могут быть изделия, изготовленные из легких материалов, таких как дерево и пластмасса, до тяжелых, таких как бетоны и металлы.

В данной работе было проконтролировано несколько образцов, выполненных из бетона, сплошных и имеющих полости в структуре. Образцы с полостями контролировались в различных положениях, чтобы оценить изменение величины отскока и при удалении и приближении расположения полостей к контактной зоне.

Железобетонный образец № 1 с полостями (рис. 1). Расположение полостей близкое к контактной зоне бойка с поверхностью. Данные регистрировались с помощью милливольметра. Размеры объекта 100x100x100 мм.

Железобетонный образец № 1 с полостями (рис. 2). Расположение полостей удаленное от контактной зоны бойка с поверхностью. Железобетонный образец № 1 с полостью (рис. 3). Положение объекта изменено.

Железобетонный образец № 2 без полостей. Размеры объекта 100x100x100 мм (рис. 4). На изменение величины отскока влияет не только наличие в структуре объекта полостей и дефектов, но и изменение марки бетона, нанесение на его поверхность различных покрытий, массы.

Рис. 1. Расположение полостей в железобетонном образце № 1 (полости близко к контактной зоне)

Рис. 2. Расположение полостей в железобетонном образце № 1 (полости удалены от контактной зоны)

Рис. 3. Расположение полости в железобетонном образце № 1 (полость удалена от контактной зоны)

Железобетонный образец № 3 без полостей. Размеры объекта 100x100x100 мм. Масса объекта меньше, чем у образца № 2 (рис. 5). Результаты контроля образцов, изготовленных

из бетона с помощью электромагнитного ударного устройства методом упругого отскока, представлены в табл. 1.

Рис. 4. Железобетонный образец № 2 сплошной

Рис. 5. Железобетонный образец № 3 сплошной

Таблица 1

Результаты контроля

№ этапа Измерение величины скорости отскока U,

контроля цА

1 2 3 4 5

1 4 6 6 10 10

2 5 8 6 10 8

3 4 6 5 8 9

Ц„ 4,33 6,67 5,67 9,33 9

Из полученных результатов видно, что расположение дефектов в материале влияет на ве-

личину отскока. В железобетонных образцах, где отсутствовали полости в структуре, величина отскока была выше, чем в образцах, где они присутствовали. Причем величина отскока зависит и от того, как расположены дефекты относительно контактной зоны бойка инструмента и поверхности объекта. В образце № 1 в положении, когда полости ближе к зоне контакта, скорость отскока меньше. В сплошных образцах № 2 и № 3 величина скорости отскока отличается за счет разницы в марке материала.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Стихановский Б.Н. Процессы удара / Б.Н. Стихановский. - Омск: ОмГТУ, 2010. - 322 с.

Stikhanovskiy, B.N. Processy udara / B.N. Sti-khanovskiy. - Omsk: OmGTU, 2010. - 322 s.

2. Стихановский Б.Н., Стихановская Л.М. Устройство для определения полостей и дефектов в материалах. А.с. № 1262341, Бюл. № 37 от 07.10.86; № 1597688, Бюл. № 37 от 07.10.90; № 1758502, Бюл. № 32 от 30.08.92 и др.

Stikhanovskiy, B.N., Stikhanovskaya, L.M. Ustroystvo dlya opredeleniya polostey i defektov v mate-rialakh. A.s. № 1262341, Byul. № 37 ot 07.10.86; № 1597688, Byul. №37 ot 07.10.90; № 1758502, Byul. № 32 ot 30.08.92 i dr.

3. Стихановский Б.Н., Чернова Е.С., Смирнов А.М. К вопросу контроля веществ и материалов методом ударного отскока // Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве : материалы II Междунар. заочной конф. -Орск: Изд-во Орского гуманитарно-технол. ин-та (филиала), 2013. - С. 172-174.

Stikhanovskiy, B.N., Chernova, E.S., Smirnov, A.M. K voprosu kontrolya veschestv i materialov metodom udarnogo otskoka / Innovacionnye materialy i tekhnologii v mashinostroitel'nom proizvodstve: materialy II Mezhdunar. zaochnoy konf. - Orsk : Izd-vo Orskogo gumanitarno-tekhnolog. instituta (filiala) OGU, 2013. - S. 172-174.

Чернова Елена Сергеевна - преподаватель кафедры технологии производ- Статья поступила

ства ОАБИИ в редакцию 4 июня

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

© Е.С. Чернова, 2014

2014 г.