УДК 621.891:620.178.3

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО МЕТОДА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРИ ДЕФЕКТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ИЗ ДИСПЕРНО-НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

APPLICATION OF THERMAL METHOD OF NON-DESTRUCTIVE TESTING WHILE INSPECTING PARTS OF MACHINES OF DISPERSED-FILLED POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS

 

Зорин В.А., Баурова Н.И., Косенко Е.А.

(Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), г. Москва, РФ)

Zorin V.A., Baurova N.I., Kosenko K.A.

(The Moscow automobile and road construction state technical university (MADI))

 

В статье описан метод и представлены результаты теплового неразрушающего контроля, позволяющего при помощи тепловизора определить наличие скрытых дефектов в деталях машин, изготовленных с применением полимерных композиционных материалов.

The article describes the method and results of thermal non-destructive testing systems using a thermal imager to determine the presence of hidden defects in machine parts made using polymer composite materials.

 

Ключевые слова: дефект, инфракрасное излучение, неразрушающие методы контроля, полимерный композиционный материал, тепловизор.

Key words: defects, infrared, non-destructive testing methods, polymer composite material, thermal imager.

 

Развитие дорожно-строительного машиностроения требует постоянного совершенствования существующих и внедрение новых материалов при производстве и ремонте машин, которые удовлетворяли бы таким противоречивым требованиям, как надежность, простота технологического процесса производства и возможности автоматизации процесса. В настоящее время перспективы развития в этой области во многом связаны с использованием полимерных композиционных материалов (ПКМ) [1-2]. Однако применение методов неразрушающего контроля к деталям машин, изготовленным с применением ПКМ, изучены не достаточно глубоко и при широком внедрении новых материалов в машиностроительное производство требует дополнительного внимания.

Для проведения исследований по обнаружению скрытых дефектов в деталях машин, изготовленных с применением дисперсно-наполненных ПКМ, были созданы образцы материала, в котором связующим является ЭДП универсальный эпоксидный клей, а наполнителем - порошок шунгита с содержанием углерода 30,9%. Количество наполнителя принято 20 масс. ч. В образцах были созданы на глубине до 1мм следующие дефекты: трещины, пустоты, включения инородного материала (углеволокно и стекловолокно), поры.

Тепловое нагружение образцов дефектного дисперсно-наполненного ПКМ осуществлялось с помощью воздушной пушки по односторонней процедуре схемы активного теплового контроля, а также путем быстрого сообщения образцам высоких и низких температур.

Информативным параметром является количественная характеристика динамической теплопередачи в дефектных структурах образцов, фиксируемая тепловизором (Testo 875-1i, оснащенным матрицей 160х120 пикселей и разрешением термограммы 320х240) с поверхности образца в период оптимального времени наблюдения – в момент времени, при котором обеспечивается оптимальное значение информативного параметра [3-4].

Малый период оптимального времени наблюдения значительно усложняет процесс обнаружения и распознавания дефектов и характерен для активного метода теплового контроля, при котором образец подвергается быстрому воздействию высоких и низких температур (рисунок 1).

                          а)                                                          б)

                         в)                                                            г)

Рисунок 1 – Термограммы, полученные при сообщении образцам низких температур (а, в) и высоких температур (б, г)  при обнаружении дефектов типа поры (а, б) и типа пустоты (в, г)

 

Однако при этом методе теплового нагружения можно наиболее точно определить форму и размер дефекта, чем при сообщении избыточной температуры образцу с помощью воздушной пушки по односторонней процедуре схемы активного теплового контроля (Рисунок 2), при котором оптимальное время наблюдения выше, однако форма и конфигурация дефекта просматривается слабо (на термограмме «точка» в центре образца) [5-6].

            а)                                                             б)     

              в)                                                         г)           

Рисунок 2- Термограмма образца с дефектом типа пустоты: а) T=1 минута наблюдения, б) T=5 минут наблюдения, в) T=10 минут наблюдения, г) T=15 минут наблюдения

 

При проведении исследований, оказалось, что обнаружить внедренный в образец пучок углеродного волокна можно только при односторонней процедуре нагрева образца воздушной пушкой (Рисунок 3).

                  а)                                                               б)           

Рисунок 3 – Термограммы образца с включением углеродного волокна: а) T=5 минут наблюдения, б) T=10 минут наблюдения

 

На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что способ сообщения избыточных температур образцу из дисперно-наполненных ПКМ при активном методе теплового неразрушающего контроля оказывает значительное влияние на выявление скрытых дефектов, определение их формы и размеров.

Дефекты типа трещины и включение стекловолокна в образцах обнаружить рассмотренными методами при помощи тепловизора Testo 875-1i не удалось по причине малых поперечных размеров трещины и стекловолокна.

Мы считаем, что перспективным направлением в изучении технического состояния деталей машин, изготовленных с применением ПКМ, является определение таких труднодиагностируемых дефектов, как участки недоотвержденного связующего в пакете ПКМ, а также замятие тканевого наполнителя в пакете ПКМ методами теплового неразрушающего контроля.

Определить границу раздела отвержденного и недоотвержденного участка удалось при непродолжительном (T=5-7 сек) времени нагрева путем сообщения образцу избыточных температур воздушной пушкой по односторонней процедуре нагрева. Разница температур отвержденного и недоотвержденного участков образца обусловлена разницей их теплофизических свойств и составляет всего около 1°С (температура отвержденного участка образца t=39,4°С, недоотвержденного t=40,2°С) (Рисунок 4).

 

Рисунок 4 – Термограмма образца эпоксидного клея с отвержденными и недоотвержденными участками

 

Проведенное исследование по определению границы раздела отвержденного и недоотвержденного участков связующего ПКМ, дает право считать возможным применение методов теплового неразрушающего контроля при дефектации деталей, имеющих участки недоотвержденного связующего в пакете ПКМ.

 

Список использованных источников

1.        Клюев, В.В. Технологии и средства неразрушающего контроля и технической диагностики НИИ интроскопии МНПО «Спектр»/ В.В. Клюев, Н.Р. Кузелев // Ремонт, восстановление, модернизация. 2014. №1. С. 3-6.

2.        Баурова, Н.И. Применение полимерных композиционных материалов при производстве и ремонте машин /Н.И. Баурова, В.А. Зорин. – М.: МАДИ, 2016. – 264с.

3.        Нестерук, Д.А. Тепловой контроль и диагностика / Д.А. Нестерук, В.П. Вавилов. – Томск: ТПУ, 2007. – 104с.

4.        Баурова, Н.И. Проявление синергетического эффекта в технологической наследственности, Н.И. Баурова, В.А. Зорин, В.М. Приходько // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2015. №10. С. 3-7.

5.        Baurova, N.I. Technological heredity and identification of technological processes / N.I. Baurova, V.A. Zorin, V.M. Prikhodko // Polymer Science - Series D. 2015. 8(3). рр. 219-222.

6.        Малышева, Г.В. Оптимизация выбора параметров, характеризующих состояние объекта, при решении задач надежности / Г.В. Малышева, И.К. Романова // Ремонт, восстановление, модернизация. 2015. №6. С. 33-38.