Однако неразрушающие методы контроля являются косвенными, т. е. не позволяют проводить прямой численный отсчет таких параметров, как прочность и структура. Для определения этих параметров неразрушающими методами необходима их трактовка при помощи разрушающих или аналитических методов. Даже при дефектоскопии для проверки правильности контроля производят вскрытие (трепанацию) отдельных изделий. Тарировка методов дефектоскопии проводится по специальным эталонам с заранее заложенными дефектами.
Точность и чувствительность неразрушающих методов контроля зависят от точности и чувствительности методов, при помощи которых проводится их тарировка, и оптимальности выбранного сравнительного эталона. Отсюда важнейшими задачами неразрушающего контроля являются анализ физических основ взаимодействия используемых излучений (ультразвука, радиоволн, радиации, магнитных и электрических полей и др.) с контролируемой средой и разработка методики контроля конкретных параметров технологических процессов и готовых изделий при их изготовлении и эксплуатации.
К НК предъявляются следующие основные общие требования:
– возможность осуществления эффективного контроля на различных стадиях изготовления, в эксплуатации и при ремонте изделий;
– возможность контроля качества продукции по большинству заданных параметров;
– согласованность времени, затрачиваемого на контроль, со временем работы другого технологического оборудования;
– высокая достоверность результатов контроля;
– возможность механизации и автоматизации контроля технологических процессов, а также управления ими с использованием сигналов, выдаваемых средствами НК;
– высокая надежность дефектоскопической аппаратуры и возможность использования ее в различных условиях;
– простота методики контроля, техническая доступность средств контроля в условиях производства, ремонта и эксплуатации.
1.2 Анализ эффективности методов контроля качества
Выбор того или иного метода контроля качества определяется следующими факторами [27]:
– агрегатным состоянием контролируемой среды (газообразное, жидкое, твердое);
– физическим состоянием контролируемой среды (диэлектрик, полупроводник, магнетик, парамагнетик и пр.);
– видом структуры контролируемой среды (аморфная, монокристаллическая, поликристаллическая, крупноструктурная неоднородная, изотропная или анизотропная и т. д.);
– способностью взаимодействовать с проходящим излучением (слабое или сильное поглощение, слабое или сильное рассеяние и т. д.);
– методологией контроля (в вакууме, в жидкости, при высокой температуре, под большим давлением и т. д.);
– размером, конфигурацией и конструктивными особенностями объекта контроля (мало-, средне-, крупногабаритный, простой или сложной формы, одно- или многослойная и т. д.);
– видом решаемой задачи (дефектоскопия, толщинометрия, диагностика прочности, контроль кинетики отвержения, контроль напряженно-деформированного состояния, контроль содержания компонентов и др.).
Композиционные материалы – весьма сложный объект контроля, так как характеризуются существенной неоднородностью структуры, анизотропией свойств, большим разнообразием типов армирования (однонаправленный, продольно-поперечный, комбинированный и др.), специфическими физическими свойствами: высокими электроизоляционными качествами, низкой теплопроводностью, звукоизоляцией, большим разбросом физико-механических характеристик, малыми значениями плотности (0,02-2,0 г/см
3
Радиационные методы более эффективны для контроля плотности или толщины композитов, чем для дефектоскопии, так как чувствительность их дефектоскопии данными методами при равнозначной энергии излучения в 3–4 раза ниже чувствительности дефектоскопии стали. Следует также отметить, что для этого метода контроля композиты могут находиться как в твердом, так и в пастообразном (полуфабрикат), жидком или гелеобразном (связующее) состояниях [22].
В результате анализа и оценки эффективности существующих методов нарушающего контроля установлено, что наиболее эффективными при неразрушающем контроле композитов являются следующие:
– низкочастотный ультразвуковой импульсный;
– радиационный;
– инфракрасный оптический;
– теплометрический;
– электрический.
Основные критерии, обусловливающие выбор данных методов контроля:
– безопасность для обслуживающего персонала, чувствительность контроля;
– точность и воспроизводимость результатов контроля;
– возможность механизации и автоматизации контроля;
– обеспечение высокой производительности контроля;
– сравнительная простота методики контроля;
– информационная способность и универсальность контроля;
– наличие и возможность использования серийной аппаратуры;
– сравнительно невысокая стоимость контроля;
– возможность использования обслуживающего персонала невысокой квалификации.
Указанные методы контроля можно использовать как индивидуально, так и в комплексе. Следует учитывать, что увеличение количества используемых методов наряду с повышением чувствительности и информативности контроля приводит также к повышению стоимости и снижению производительности контроля. Наиболее эффективным комплексом может быть совокупность низкочастотного ультразвукового и радиоволнового методов или низкочастотного ультразвукового и электрического методов. С повышением требований к контролю число методов в комплексе может возрастать.
В этом случае оптимальным будет сочетание низкочастотного ультразвукового, радиоволнового и теплометрического методов [4].
Выбранные методы позволяют определять непосредственно в изделии большое количество различных физических характеристик:
– скорость и затухание упругих волн (продольных, сдвиговых, изгибных, поверхностных);
– коэффициенты прохождения, отражения и преломления данных упругих волн;
– угол поворота плоскости поляризации сдвиговых волн;
– электропроводность;
– диэлектрическую проницаемость и тангенс угла электрических потерь; коэффициенты затухания, прохождения, отражения и преломления электромагнитных волн инфракрасного (ИК) диапазона;
– коэффициенты тепло- и температуропроводности и др.
Данные характеристики, определяемые непосредственно в изделии, могут быть использованы для прямой и косвенной оценки таких параметров, как прочность и жесткость изделий, прочность и упругие свойства материала, плотность, структура, состав компонент, вязкость, степень отверждения, геометрические размеры, влажность, напряженно-деформированное состояние и др.
Таким образом, при комплексном контроле решается ряд задач.
1. Определяется оптимальный комплекс физических параметров, по которому оцениваются прочность и другие физико-механические характеристики композита и изделий на их основе.
2. Разрабатывается и осуществляется оптимальный комплекс методов и средств контроля дефектов структуры.
3. Дается интегральная оценка работоспособности изделия по комплексу параметров, определенных неразрушающими методами.
Определение указанных характеристик в процессе переработки композитов в изделия позволяет устранить причины, вызывающие нарушения структуры, образование дефектов и изменчивость свойств материала в изделии.
1.3 Выбор методов неразрушающего контроля