Печать
Опубликовано: 24 июня 2015 24 июня 2015
Просмотров: 5037 5037

Для определения наличия дефектов в полимерных композитах и слоистых материалах можно использовать метод сдвиговой спекл-интерферометрии (шерографии).

Метод сдвиговой спекл-интерферометрии основан на анализе поведения исследуемого участка материала при внешнем воздействии на неё.

Поскольку инспектирование деталей и покрытий из композиционных слоистых материалов становится в связи с их широким использованием все более и более актуальным, для дефектоскопии композитов в настоящее время адаптирован целый ряд методик, ранее успешно себя зарекомендовавших для металлических изделий. В качестве примера можно привести радиационную рентгеноскопию и томографию, ультразвуковой контроль или визуально-оптическое инспектирование. Все вышеприведенные методы, однако, не лишены своих недостатков. Так, для рентгеновских методов требуется сложное и дорогое оборудование, кроме того, размер инспектируемых деталей сильно ограничен. Ультразвуковой контроль требует наличия статистической базы для дефектов, которые требуется обнаружить, и выявляет далеко не все типы дефектов. Наконец, оптические и капиллярные методы применимы в основном для открытых дефектов, тогда как разрушение изделий из композитов часто начинается с закрытого внутреннего дефекта. Все эти недостатки привели к необходимости разработки для композиционных материалов специальных методов контроля, одним из которых является метод шерографии (от англ. “shear”- сдвиг; более правильное название – сдвиговая спекл-интерферометрия).

Сущность метода сдвиговой спекл-интерферометрии заключается в исследовании поведения инспектируемого участка композита ведёт себя при внешнем воздействии (например, нагреве, приложении повышенного или пониженного давления, акустическом или вибрационном воздействии). Исследуемая поверхность облучается до и после воздействия пучком когерентного излучения, которое затем через интерферометрическую систему попадает на ПЗС-матрицу. Интерферометрическая система настроена таким образом, чтобы в каждую точку матрицы попадал сигнал, отраженный от двух точек поверхности, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Это расстояние с учетом направления, в котором одна из точек смещена относительно другой, называют вектором сдвига (рис. 1). Вектор сдвига определяет чувствительность прибора к тем или иным типам и расположению дефектов. Таким образом, на ПЗС-матрице формируется интерференционная картина, соответствующая рассеянию когерентного излучения на инспектируемой поверхности (спекл-интерферограмма).

Рис. 1. Принципиальная схема установки для шерографического обследования с обозначением вектора сдвига (взято из стандарта ASTME 2581 – 07)

Чтобы определить наличие внутреннего дефекта, используется сравнение двух интерферограмм, полученных до и после приложения внешнего воздействия. В ходе цифровой обработки одна интерферограмма вычитается из другой; кроме того, специальные цифровые алгоритмы компенсируют линейную составляющую изменения формы объекта из-за воздействия (связанную, например, с тепловым расширением). Полученный результат (именуемый шерограммой) характеризует картину вздутий, впадин и прочих изменений формы объекта, которые могут возникать из-за наличия в нем дефектов внутренней структуры (например, пузырей или участков непроклея) (рис. 2).

 

Рис. 2. Шерограммы дефектных областей различных изделий (взято из стандарта ASTME 2581 – 07)

 

Каждый из методов воздействия лучше подходит для работы с одним типом композитов и хуже – для других. Например, тепловое воздействие определяет многие виды дефектов в углепластике и «сэндвич»-конструкциях, но практически не применяется при анализе защитных покрытий и композитов с пенистой структурой. Американский стандарт «ASTME 2581 – 07 Standard Practice for Shearography of Polymer Matrix Composites, Sandwich Core Material sand Filament-Wound Pressure Vessels in Aerospace Applications» рекомендует для различных материалов применять следующие типы воздействия:

Метод воздействия Объект контроля (контролируемая область)
Многослойные угле- и стеклопластики, тонкослойная резина «Сэндвич» -конструкции с сотовым заполнителем и полимерной матрицей «Сэндвич» -конструкции с сотовым заполнителем и металлической матрицей Защитные покрытия, пена, пробковое покрытие Сосуды давления, изготовленные намоткой
Тепловое воздействие

расслоения;

непроклеи;

пористость;

слипание

повреждения от удара;

расслоения;

непроклеи;

замятие заполнителя;

включения.

непроклеи;

замятие заполнителя;

включения.

не применяется не применяется
Воздействие повышенным давлением неприменяется

заполнитель, сообщающийся с атмосферой:

повреждения от удара;

непроклеи.

заполнитель, сообщающийся с атмосферой:

повреждения от удара;

непроклеи.

не применяется

повреждения от удара;

расслоения;

образование сгустков;

дефекты изготовления.

Воздействие пониженным давлением неприменяется

непроклеи;

смятый заполнитель;

включения;

непроклеи с другой стороны изделия.

непроклеи;

смятие заполнителя;

непроклеи стыкового соединения заполнителя;

непроклеи с другой стороны изделия

непроклеи;

отслоения;

пустоты;

повреждения.

непроклеи вкладышей (закладных).
Акустическое или вибрационное воздействие

повреждения от удара;

расслоения;

непроклеи

непроклеи;

смятие заполнителя.

непроклеи;

смятие заполнителя.

не применяется не применяется
             

 

Метод шерографии (сдвиговой спекл-интерферометрии) обладает рядом недостатков, например, сложностью в определении глубины залегания дефектов, высокими требованиями к оборудованию и обслуживающему персоналу, особенно на автоматизированных комплексах для поточного обследования габаритных деталей и т.д. Но следует учесть, что этот метод является относительно новым и постоянно развивается.

Применение метода шерографии (сдвиговой спекл-интерферометрии) для электрической изоляции.

Следует отметить, что метод шерографии позволяет определить типы и расположение дефектов, но этой информации явно недостаточно для определения долговечности электрической изоляции (например, слюдяных лент). Поскольку зависимость долговечности изоляции от размера и расположения дефектов носит крайне сложный характер, то при диагностике электрической изоляции следует пользоваться традиционными методами, такими как, высоковольтные испытания при переменном и постоянном напряжении, измерение частичных разрядов и тангенса угла диэлектрических потерь. Метод шерографии может быть полезен в этом случае только для обнаружения достаточно крупных дефектов в изоляции, когда речь идёт о явном браке изделия.