Новые низкочастотные акустические дефектоскопы для неразрушающего контроля многослойных конструкций

Ю. В. Ланге, С. И. Воропаев, В. Ф. Мужицкий, А. П. Ермолаев, В. С. Лапшин, С.В. Нефедов, МНПО "СПЕКТР", Москва.

Для НК многослойных конструкций применяют низкочастотные акустические методы - импедансный (ИМ) и локальный метод свободных колебаний (МСК) [1,2]. Оба метода используют изгибные колебания звукового и низкого (до 40 кГц) ультразвукового диапазона частот. Контроль производится с односторонним доступом по сухим поверхностям контролируемых объектов (КО).Низкочастотными методами контролируют сотовые панели, лопасти воздушных винтов и вертолетов, обтекатели антенн и другие подобные объекты, изготовленные из различных полимерных композиционных материалов и металлов, применяемых в различных сочетаниях.

Переход к предложенному МНПО "Спектр" импульсному режиму работы позволил создать портативные (0,7-1,6 кг) и простые в эксплуатации импедансные дефектоскопы АД-42И, АР-42 1М, SOFI-41 и др.

В МСК в КО ударно возбуждают импульсы свободных колебаний. Информативным параметром служит спектр этих импульсов, меняющийся в зоне дефекта. В известных дефектоскопах АД-60С анализ спектров и обработка информации проводится в аналоговой форме.

В МНПО "Спектр" на базе персонального компьютера НОУТБУК разработан низкочастотный дефектоскоп АД-64М с цифровой обработкой информации. В этом приборе, работающим со всеми применяемыми в ИМ и МСК преобразователями, используемыми в импульсном режиме, объединены возможности обоих методов контроля. Основой обработки информации служит спектральный анализ с помощью быстрого преобразования Фурье. Усредненный спектр, соответствующий бездефектной зоне КО (опорный спектр), заносится в память прибора и вычитается из текущего спектра. Признаком дефекта служит превышение разностью этих спектров пороговых значений. Контроль в реальном масштабе времени, частота следования импульсов 25 Гц. Анализ спектров выполняется в диапазонах 0,3-5 кГц и 0,3-20 кГц. Разрешающая способность - 64 гармоники, из которых можно выбрать те, которые в зоне дефекта изменяются наиболее резко. Это повышает чувствительность и информативность контроля.

Дефектоскоп обладает широкими сервисными возможностями, в том числе позволяет:

представлять полученную информацию в форме импульса на выходе преобразователя, текущего и опорного спектров и их разности, одного или двух обобщенных параметров разности спектров в функции времени, обобщенного параметра разности спектров в виде изображающей точки на плоскости;
запоминать и воспроизводить режимы настройки для контроля типовых изделий, что исключает вторичную настройку по контрольным образцам;
заносить в базы данных результаты контроля изделий (тип изделия, параметры настройки, спектры, координаты дефектов);
усреднять опорный (до 550 выборок) и текущий (от 1 до 32 выборок) спектры; получать сертификат о результатах контроля;
распечатывать текстовую и графическую информацию на принтере.

В пьезоэлектрических совмещенных и раздельно-совмещенных преобразователях, аналогичных применяемым в импедансных дефектоскопах, вибраторы имеют с КО постоянный контакт. В диапазоне частот до 20 кГц импульсы, возбуждаемые в системе вибратор - КО, имеют две несущие частоты. Изменение характера нагрузки в зоне дефекта меняет амплитуды и несущие частоты возбуждаемых импульсов, а значит и спектр выходного сигнала. При работе пьезоэлектрическими преобразователями повышение чувствительности и достоверности контроля достигается благодаря использованию колебаний с обеими несущими частотами (в импульсных импедансных дефектоскопах информативна только одна из них).

При работе преобразователями с электромагнитными ударниками и микрофонными приемниками ударник кратковременно контактирует с КО, после чего преобразователь уже не влияет на характер свободно затухающих колебаний. Поэтому спектр последних определяется только параметрами КО. Ударные преобразователи превосходят пьезоэлектрические при контроле изделий из материалов с низкими модулями упругости или легкими (например, пенопластовыми) заполнителями. Использование нескольких типов преобразователей расширяет эксплуатационные возможности дефектоскопа.

Благодаря рассмотренным особенностям дефектоскоп АД-64М особенно полезен при отработке методик контроля, наблюдении за развитием дефектов, сертификации готовой продукции и использовании в качестве арбитражного прибора.

Опробование дефектоскопа АД-64М на нескольких предприятиях авиакосмической промышленности подтвердило его высокую чувствительность к дефектам многослойных конструкций различных типов и удобство его сервисных возможностей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ланге Ю.В. Акустические низкочастотные методы и средства неразрушающего контроля многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1991, 272с.

2. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник под ред. В. В. Клюева. М. Машиностроение, 1995, 488 с.