Виктор Маркин: Контроль качества изготовления и технология ремонта композитных конструкций

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). Большинство видов композиционных материалов в зависимости от используемого вида наполнителя относятся к диэлектрикам или плохим проводникам. Практически все композиты являются немагнитными материалами, поэтому методы контроля, используемые при дефектоскопии изделий из металла, например магнитные и токовихревые, в большинстве случаев не подходят для дефектоскопии изделий из композиционных материалов. Однако эти методы могут быть применены для толщинометрии таких изделий. Не эффективны для контроля композитов также высокочастотные ультразвуковые методы, так как ультразвуковые волны с частотой выше 1 МГц либо невозможно ввести в контролируемую среду из-за их сильного поглощения и рассеяния и существенной шероховатости поверхности, либо они значительно ограничивают диапазон контролируемых значений толщины.

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.