Випробування будівельних конструкцій неруйнівними методами.

1.1. Механічні методи випробування:

1.1.1. визначення міцності матеріалів висмикуванням анкерів, методами сколювання і відриву;

1.1.2. метод пластичних деформацій;

1.1.3. методи пружного відскоку і ударного імпульсу.

 

Література:

[1], стор. 128-145;[2], стор. 70-86,

ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.

 

1. Контролювати якість будівельних матеріалів, виробів та конструкцій можна двома способами. Перший із них пов¢язаний з виявленням межі несучої здатності об¢єкта, після якої досліджувані конструкції остаточно руйнуються. Цей спосіб ефективний і необхідний під час стандартних випробувань зразків, дослідженні моделей конструкцій та їх фрагментів. Що стосується реальних об¢ектів, то руйнування їх з метою виявлення межі несучих властивостей економічно невиправдано. Тут велику увагу приділяють неруйнівним методам випробувань, які мають певні переваги, а саме: 1) збереження цілісності контрольованої конструкції або виробу, тобто під час випробувань не пошкоджують конструкцію чи виріб, а отже, не знижують їх несучу здатність; 2) можливість багаторазового випробування зразка чи конструкції в часі як в процесі виготовлення, так і в період експлуатації. Це дає можливість отримати точніші значення характеристик і встановити залежність зміни шуканого показника у часі; 3) порівняно мала трата часу на проведення досліджень; 4) можливість визначення необхідної характеристики в будь-якій доступній точці.

Поряд з вказаними перевагами неруйнівний метод має недолік - результати випробувань отримують не безпосередньо у вигляді шуканого фактора, яким може бути межа міцності, густина, модуль пружності матеріалу, а у вигляді побічних показників, якими є швидкість проходження ультразвуку, діаметр відбитка та ін. Ця обставина потребує додаткового встановлення взаємозв¢язку між показником, отриманим експериментально, та шуканою характеристикою (наприклад, швидкість проходження ультразвуку - межа міцності бетону).

Для класифікації неруйнівних методів необхідно врахувати ту фізичну основу, на базі якої розроблений метод випробування. Слід виділити механічні (фізико-механічні властивості матеріалів визначаються в результаті механічної дії на матеріал), акустичні (використовується звук різної частоти), радіаційні (проникаюче випромінювання дає можливість знайти дефекти та визначити показники міцності матеріалів), магнітні й електричні методи, методи інфрачервоної дефектоскопії.

 

1.1. Метод висмикування попередньо (під час бетонування конструкції) замонолічених або встановлених пізніше анкерів відноситься до методів місцевого руйнування і базується на залежності сили висмикування від міцності бетону.

Під час випробувань за допомогою гідравлічного прес-насосу ГПНВ-5 із тіла бетону 2 (рис. 5,а) висмикується анкер 1 та фіксується величина сили F, при якій анкер був висмикнутий. Межа міцності бетону на стиск визначається як

 

, (1)

де k - коефіцієнт, що визначається за ГОСТ 22690-88 і залежить від виду та умов твердіння бетону, типу та глибини занурення анкерного пристрою, передбачуваної міцності бетону; m - коефіцієнт, що дорівнює 1,0 при розмірах крупного заповнювача до 50 мм і 1.1 - при більших його розмірах; F - руйнуюча сила в кН.

 

а) б)

Рис. 5. Визначення міцності бетону: а - висмикуванням анкера (1 - анкер, 2 - бетон); б- відривом від поверхні бетону дисків (1 - сталевий диск, 2 - шар клею, 3 - бетон)

 

Принцип дії приладу ГПНВ-5 (рис. 6, б) полягає в наступному. Обертаючи ручку приладу, опускають поршень 1 насосу 2. При цьому масло подається по маслопроводу 3, 4 в робочий циліндр 5. Під тиском масла робочий поршень 6 піднімається, стискуючи зворотну пружину 7. Зміщуючись уверх, поршень 6, з¢єднаний за допомогою спеціального штоку і підвісної муфти з анкером, вириває останній із бетону. Манометр 8 фіксує тиск на робочий поршень. Зворотна пружина після висмикування стрижня забезпечує зворотній хід поршня. Анкер має на одному кінці потовщення, завдяки якому відбувається сколювання бетону, а на іншому - нарізку, за допомогою якої з¢єднується з приладом.

 

а)

 

б) в)

Рис. 6. Прилад ГПНВ-5: а - загальний вигляд; б - схема приладу в початковому (зліва) і в робочому (справа) положеннях (1- поршень; 2 - насос; 3, 4 - маслопроводи; 5 - робочий циліндр; 6 -робочий поршень; 7 - зворотна пружина; 8- манометр); в - типи анкерних пристроїв (1 - анкерний стрижень, що бетонується разом з конструкцією, 2 - анкерний стрижень з конусом, що розтискається; 3 - те саме з порожнистим конусом, що розтискається; 4 - сегментні рифлені щічки, 5 - опорний стрижень)

 

У разі, якщо анкерний пристрій не був встановлений під час бетонування, його слід розміщувати в зоні найменших напружень від експлуатаційного навантаження або зусилля попереднього обтиснення. В бетоні висвердлюється шпур, розміри якого визначаються типом анкерного пристрою, встановлюється анкер, отвір заповнюється цементним тістом на високомарочному цементі.

Існує конструкція анкера, яка складається із стрижня і трьох сегментних щік з рифленими зовнішніми поверхнями. Один кінець стрижня має конічну форму, інший закінчується нарізкою, за допомогою якої з¢єднується з приладом.

Стрижень повинен бути розташований від краю конструкції не ближче ніж 150 мм, відстань між стрижнями в місці проведення випробувань - не менш ніж 5 глибин висмикування, діаметр отвору 25 мм, глибина визначається типом анкера, товщина конструкції повинна перевищувати подвійну глибину анкера.

До приладів нового покоління відносяться ПОС-30МГ4 і ПОС-50МГ4.

Рис. 7. Вимірювач міцності бетону ПОС-30МГ4

 

Відмінністю цих приладів є електронний силовимірювач, який забезпечує індикацію поточного значення навантаження з фіксацією максимального значення, а також індикацію швидкості навантаження в процесі випробувань. З метою підвищення точності та зручності експлуатації передбачена можливість встановлення таких параметрів: виду бетону, виду твердіння, типорозміру анкерів. Вибір параметрів здійснюється з клавіатури приладів, при цьому забезпечується вибір коефіцієнтів для автоматичного підрахування міцності бетону за результатами випробування. Діапазон вимірювання міцності - 5-100 МПа, відносна похибка - 2% (порівняно з 5% для ГПНВ-5), застосовується ІІ тип анкера за ГОСТ.

До переваг методу слід віднести можливість дослідження бетону глибинних шарів, але поряд з тим метод пов¢язаний з певними складностями: визначенням місць дослідження конструкції в процесі її бетонування або пробиванням отворів, застосуванням одноразових анкерів, неможливістю визначати міцність тонкостінних конструкцій.

Менш трудомістким і більш доступним є метод відриву від поверхні бетону дисків (рис. 5, б). При цьому на поверхню дослідного бетонного зразка за допомогою клею (наприклад епоксидного) прикріплюють металевий диск. Поверхня бетону повинна бути старанно оброблена, а міцність клейового шва - не меншою за міцність бетону на відрив. Недопустимі напливи клею за межами диску, для виключення цього явища навколо дику вкладається паперове кільце. Для забезпечення кріплення диска з конструкцією у процесі твердіння епоксидної смоли контур диска обмазується гіпсовим розчином, який ліквідується під час випробування.

Навантаження здійснюють за допомогою гідравлічного приладу ГПНВ-5 зі швидкістю не більше ніж 1 кН/с.

Клас бетону визначають за градуйованою залежністю умовного напруження при відриві

, (2)

де F - сила відриву, d - діаметр диска.

Зазначай на відрив випробовують дві протилежні грані зразків.

В процесі випробування бетону способом відриву міцність ставиться в залежність від фізико-механічних властивостей поверхневого шару бетону, а вони мають дещо гірші фізико-механічні характеристики, ніж основна маса бетону. Це вносить похибки у процес визначення міцності (хоча і в запас її).

При визначенні міцності бетону сколюванням (рис. 8) також використовують прилад ГПНВ-5 (ГПНВ-4).

Глибина ділянки відколу дорівнює 20 мм, ширина сколювання 30 мм, а ребро пошкоджується на довжині 80...100 мм. Для отримання вірогідного результату необхідно взяти не менше двох (на сусідніх гранях конструкцій) даних випробувань та знайти середнє арифметичне, а за ним міцність бетону при стискові в залежності від сили сколювання ребра конструкції. При цьому слід користуватися градуйованою залежністю.

, (3)

де m - коефіцієнт, що враховує розмір крупного заповнювача і приймається рівним 1 при крупнисті заповнювача менше ніж 20 мм; 1,05 - при крупнисті заповнювача від 20 до 30 мм і 1.1 - при крупнисті заповнювача від 30 до 40 мм; P - зусилля сколювання, кН.

 

 

1-1

Рис. 8. Схема визначення міцності бетону за зусиллям сколювання ребра конструкції: 1 - зразок; 2 - бетон, що сколюється; 3 -; 4 -

 

 

Рис. 9. Приклад градуйованої кривої для визначення міцності бетону за зусиллям сколювання

 

1.2. Метод пластичних деформацій сьогодні набув найбільшого поширення. Він побудований на оцінюванні місцевих деформацій матеріалів, викликаних прикладанням зовнішнього зосередженого навантаження. Суть методу полягає у визначенні міцності матеріалу за його твердістю. Переваги такого методу визначення фізико-механічних властивостей полягають у його простоті, технологічності та достатньо високій достовірності результатів, недолік - у тому, що досліджуються тільки поверхневі шари матеріалу.

Твердість за Брінелем (НВ) визначають шляхом вдавлювання сталевої кульки в тіло металу, що досліджується, й оцінюється виразом

, (4)

де F - навантаження на кульку; D - діаметр кульки, мм; d - діаметр відбитку, мм.

Між тимчасовим опором вуглецевої сталі та твердістю НВ існує кореляційна залежність:

,МПа. (5)

Рис. 10. Визначення твердості за Брінелем: 1 - сталева кулька; 2 - матеріал, що випробовується; D - діаметр кульки; d - діаметр відбитка на матеріалі

 

У ролі органа, що вдавлюється в метал, можна використовувати також алмазний конус із кутом біля вершин 120° (метод Роквела) або алмазну піраміду з двогранним кутом біля вершини, рівним 136° (метод Вікерса). Між цими трьома значеннями твердості встановлена функціональна залежність. І за допомогою спеціальних таблиць можна перейти від одного значення до іншого.

Під час визначення твердості приладом Польді немає необхідності вимірювати силу, прикладену до частини приладу, що вдавлюється в матеріал. Цей принцип полягає у зіставленні величини відбитка на металі та еталонному бруску. Під час удару по стрижню 1 (рис. 11) на поверхні металу 4 та еталонному бруску 3, твердість якого НВ₀ відома, залишаються відбитки. Діаметр кульки (D) відомий, замірюючи діаметри відбитків на поверхні металу (d) та еталонного бруска (d₀) можна визначити твердість першого

. (5)

Якщо твердості НВ₀ і НВ відмінні суттєво, то треба ввести поправкові коефіцієнти.

Рис. 11. Визначення твердості приладом Польді: 1 - стрижень; 2 - сталева кулька; 3 - еталонний брусок; 4 - метал, що випробовується; d₀ - діаметр відбитка на еталонному бруску; d - те ж на металі, що випробовується

 

Міцність бетону в конструкції визначають ударним випробуванням (метод відбитка). При застосуванні цього методу дотримуються таких правил:

- випробування необхідно проводити в найбільш напружених місцях, а також на ділянках із дефектами або зниженою міцністю бетону;

- бетонна поверхня має бути сухою, чистою, без затверділого цементного молока. У протилежному випадку верхній шар бетону товщиною 5...10 мм знімають шліфуванням або бурінням;

- кожна випробувальна ділянка повинна мати площу не менше ніж 400 см² повітряно-сухої поверхні і включати не менше ніж 10...12 точок вимірювання. Для достовірного судження про міцність бетону конструкції або споруди в цілому необхідно мати не менше ніж 15 ділянок (для окремих елементів конструкції, наприклад нижнього поясу ферми достатньо трьох ділянок);

- сусідні точки вимірювань повинні знаходитися одна від одної на відстані не менше 20 мм, а від грані елемента - не менше ніж 40 мм;

- у місцях, де залягає крупний заповнювач, а також там, де є пори, проведення випробувань не допускається.

Найпоширенішим методом польового оцінювання міцності бетону є кульковий молоток Фізделя. Молоток виготовляють із вуглецевої сталі. Ударний кінець його закінчується кулькою діаметром 17,463 мм, зробленою зі сталі твердістю 62...66 Rс. Кулька вільно закільцьована і легко крутиться у сферичному гнізді. Протилежний загострений кінець молотка піддається загартуванню.

Рис. 12. Конструкцій молотка Фізделя

 

Під час контролю якості бетону під дією ліктьового удару молотком кулька занурюється у бетон. За розміром одержаної лунки в бетоні можна судити про пластичні властивості матеріалу та його міцність. Діаметр лунок вимірюють за допомогою штангенциркуля з ціною поділки 0,1 мм або лупи з 10-ти кратним збільшенням.

Для зменшення похибки вимірювання в подальшому обробітку використовують середнє арифметичне двох взаємно перпендикулярних діаметрів. Використовуючи певну залежність можна визначити міцність бетону на стиск.

Недоліком цього методу є залежність величини діаметра лунки від сили удару.

Згаданий недолік ліквідовується використанням методу К.П.Кашкарова .. У середині головки молотка є порожній стакан та пружина. Еталонний стрижень має діаметр 10...12 мм та довжину 100...150 мм. Виготовлений він із круглої сталі марки Ст3сп2 або Ст3пс2 з тимчасовим опором розриву 420...460 МПа. Під час удару по поверхні бетону кулькою остання залишає відбиток на поверхні бетону та еталонного стрижня. Удар може виконуватися безпосередньо молотком, або за допомогою додаткового молотка. Після кожного удару еталонний стрижень повинен бути зсунутий не менш ніж на 10 мм. Для зручності вимірювання діаметра лунок на бетоні їх відбиток одержують на папері. Для цього необхідно на поверхню бетону покласти копіювальний папір (активним шаром догори), а на нього аркуш тонкого білого паперу. Удар наносять по цьому аркушеві.

Рис. 13. Схема молотка К.П.Кашкарова: а - загальний вигляд; б - схема нанесення удару; 1 - бетон, що випробовується; 2 - індентор (кулька); 3 - еталонний стрижень; 4 - стакан; 5 - пружина; 6- корпус; 7 - головка; 8 - ручка

 

Вимірювання діаметрів видбитків виконують із точністю до 0,1 мм за допомогою штангенциркуля, мікроскопа, лупи, спеціального кутового шаблона тощо. За відношенням діаметрів відбитків на бетоні d_b і еталонному стрижні d_s за графіком можна визначити міцність бетону на стиск. Для одержання статистично достовірної міцності бетону необхідну кількість видбитків n слід одержувати за формулою

, (6)

де R_max, R_min, R - відповідно найбільше, найменше та середнє значення міцності бетону; k -поправковий коефіцієнт, що визначається за графіком залежно від n.

Похибка визначення міцності цим методом незначна і становить 10...15%.

Вогнепальний метод оцінювання міцності деревини, запропонований Кашкаровим, полягає у визначенні глибини проникнення кулі в масив деревини. За величиною цього проникнення, використовуючи емпіричні залежності, можна визначити міцність матеріалу.

 

1.3. Метод пружного відскоку базується на кореляційній залежності між пружними характеристиками матеріалу та його міцністю. Цю залежність визначають приладами, побудованими за двома принципами.

Один із них оснований на підскакуванні бійка від ударника - ковадла, притиснутого до поверхні бетону; другий - на підскакуванні бійка безпосередньо від бетону. Більш поширеним є перший метод, тому що, виконавши деталь ковадла, яке торкається бетонної поверхні, у вигляді кульки, можна отримати міцність як методом відскоку, так і методом відбитка, дублюючи виміри.

Для вимірювання відскоку використовують прилад, який називається склерометром. Склерометри розміщують на поверхні бетону, притискують до місця випробування з зусиллям, що зростає. При певному зусиллі звільняється ударна пружина, яка через бойок наносить удар по ударнику з однаковою енергією. За величиною відскоку бійка можна судити про міцність бетону на стиск. Випробування цим методом проводять у горизонтальному положенні. На Україні більш поширений прилад КМ (рис. 14).

 

Рис. 14. Пружинний прилад КМ: 1- ударник, 2- пружина, 3 - бойок, 4- показчик, 5 - шкала, 6 -тримач, 7 - заскочка, 8 - упорний болт, 9 - ручка

 

Основною частиною цього приладу є порожнистий циліндр, всередині якого знаходиться спіральна пружина 2. Всередині пружини поміщений металевий стрижень, на якому рухається бойок 3. Прилад закінчується ударником 1. Коли бойок займає початкове положення, що фіксується заскочкою 7, він розтягує пружину 2. При випробуванні прилад встановлюють перпендикулярно до поверхні. Тримаючи за рукоятку 9, натискують на ударник 1, бойок при цьому зводиться, розтягуючи пружину 2. Тримач 6 з заскочкою 7 упирається в упорний болт 5, звільнює бойок із зачеплення. Бойок під дією ударної пружини б¢є по ударнику і відскакує від нього. Показчик 4 фіксує за шкалою 5 значення відскоку бійка, яке характеризує його міцність. При випробуваннях бетону удари наносяться по поверхні не ближче 20 мм і не менше 50 мм від осі ударника до краю виробу.

Тарирувальні криві будуються для конкретних виробничих умов з встановленим технологічним режимом.

Застосовується також склерометр ОМШ-1.

При визначенні міцності бетону використовується метод ударного імпульсу (метод використання одного відбитка). До приладів, що працюють на цьому принципі відносяться склерометр ХПС.

 

Рис. 15. Склерометр ХПС: 1 - ударний стрижень; 2 - сегмент, який переключається; 3 - бойок; 4 - корпус приладу; 5 - ударна пружина; 6, 7 - заскочки; 8 - тримач заскочок; 9 - конічна гільза

 

Прилад складається із циліндричного корпуса 4, всередині якого розміщений пересувний ударний стрижень 1, який закінчується кулькою діаметром 10 мм, пружини 5, тримача заскочок, бойка, двох втулок і конічної гільзи 9.

Прилад встановлюють перпендикулярно по відношенню до поверхні бетонного зразка. Натискуючи рукою на кришку корпусу, ударний стрижень вдавлюють у внутрішній простір корпусу. При рухові він тягне за собою тримач із заскочками і бойок, одночасно стискуючи пружину до тих пір, поки заскочки не дійдуть до конічної гільзи, де вони розчіплюються, вивільнюючи бойок; останній під дією пружини ударяє по ударному стрижню.

В результаті удару на поверхні бетону з¢являється відбиток. Сегментом 2 встановлюється необхідна енергія удару.

Діаметр відбитка вимірюється спеціальною лупою в двох взаємно перпендикулярних напрямках.

Приладом можна визначити міцність бетону в межах 5...60 МПа.

До приладів також типу відноситься ИПС-МГ4.03 (ИПС-МГ4). На відмінність від ХПС він обладнаний пристроєм маркування вимірювань типом виробу (балка, плита, ферма); функцією підрахування класу бетону з можливістю вибору коефіцієнтів варіації; має 9 градуйованих характеристик, які враховують вид бетону. Прилади можуть використовуватися для визначення міцності цегли та кераміки. Діапазон вимірювань 3...100 МПа, межа похибки вимірювання 8%.

Рис. 16. Загальний вигляд приладу ИСС-МГ4.03

 

Прилад ОНИКС-2.3 дозволяє визначати твердість, однорідність, щільність, пластичність різних матеріалів (цегла, мармур, композити, кольорові метали). Діапазон вимірювання 5...120; 0.5...30 МПа, похибка метода 5%.

 

 

Рис. 17. Загальний вигляд приладу ОНИКС-2.3

 

1.2. Акустичні методи випробувань:

1.2.1. фізичні основи акустичних методів;

1.2.2. ультразвукові методи (тіньовий метод, луна-метод, метод наскрізного прозвучування та поздовжнього профілювання)

1.2.3. резонансний метод;

1.2.4. імпедансний метод;

1.2.5. метод акустичної емісії.

1.3. Радіаційні методи:

1.3.1. метод проникальної радіації (радіографічний, радіоскопічний, радіометричний, ксерографічний методи);

1.3.2. метод швидких нейтронів.

 

Література:

[1], стор. 138-148, [2], стор.77-91;

ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности;

ГОСТ 24332-88. Кирпич и камни силикатные. Ультразвуковой метод определения прочности на сжатие;

ГОСТ 23858-79. Соединения сварные стыковые и тавровые арматуры железобетонных конструкций. Ультразвуковые методы контроля качества. Методы приемки;

ГОСТ 23667-85 Контроль неразрушающий. Дефектоскопы ультразвуковые. Методы измерения основных параметров.

ГОСТ 17623-87. Бетоны. Радиоизотопный метод определения средней плотности.

ГОСТ 17625-83. Конструкции и изделия железобетонные. Радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения арматуры.

 

1.2.1. Акустичні методи побудовані на дослідженні характеру розповсюдження звуку в конструкційних матеріалах. Звук - коливальний рух частинок пружного середовища, що розповсюджується у вигляді хвилі в газоподібному, рідкому та твердому середовищах. Пружні хвилі прийнято розділяти на інфразвукові частотою до 20 Гц, звукові, частота яких лежить в межах від 20 Гц до 20 кГц, ультразвукові частотою від 20 кГц до 1000 МГц та гіперзвукові, частота яких перевищує 1000 МГц. Під час дослідження бетонів і керамік використовують ультразвукові коливання частотою від 20 до 200 кГц, а металу та пластмаси - частотою від 30 кГц до 10 МГц..

Існує ряд методів використання ультразвуку на практиці. Найбільше поширення одержали ультразвуковий імпульсний, резонансний, імпедансний методи та метод акустичної емісії. Акустичні методи будуються на відомих залежностях, що визначають характер розповсюдження хвиль у суцільних середовищах. Малюнок розповсюдження хвиль досить складний, тому під час дії на середовище швидкоплинних процесів збуджуються хвилі різного типу.

Коливання виникають за допомогою генераторів, що працюють як п¢єзометричні та магнітострикційні перетворювачі. В перших - кристал, що має п¢єзометричні властивості (кварц, турмалін, титанат барію, сегнетова сіль) перетворює механічну енергію в електричну і навпаки. В других - магнітостріктер, який збирається з тонких ізольованих одна від одної металевих пластинок і має властивість стискуватися або розтягатися під впливом дії магнітного поля, також дає можливість виконати перетворення енергії із однієї в іншу.

Ультразвукові коливання в твердих тілах поділяються на поздовжні, поперечні та поверхневі. Їх утворення залежить від місця розташування генератора відносно геометричних форм конструкції.

Рис. 18. Утворення ультразвукових коливань: а - поздовжніх; б - поперечних; в - поверхневих; 1 - хвилі; 2 - напрям вібрації; 3 - генератор

 

Збуджувачі коливань створюють хвилю поздовжнього типу. Для отримання поперечних хвиль використовують явище трансформації поздовжньої хвилі на межі розподілу двох середовищ.

На межу розподілу двох середовищ під кутом a падає поздовжня хвиля. На межі вона трансформується в проникальні та відбиті поздовжні і поперечні хвилі. Кут заломлення b_long поздовжньої хвилі більший за кут заломлення b_lat поперечної. Збільшуючи кут a, можна досягнути такого положення, коли проникальна поздовжня хвиля розповсюджуватиметься лише по поверхні, а в іншому середовищі існуватиме лише поперечна. Подальше збільшення кута a дозволить досягти такого стану, коли поперечна хвиля другого середовища буде проходити на межі розподілу.

Рис. 19. Схема проходження хвиль через межу середовищ: 1, 3 - поздовжні хвилі; 2 - відбиті; 4 - поперечна хвиля

Існують залежності між параметрами коливань, густиною та пружністю середовища:

, (7)

де l - довжина хвилі; n - швидкість; f - частота; E_d - динамічний модуль пружності; r=g/g (тут g - густина матеріалу; g - прискорення сили тяжіння); n_long, n_lat - швидкості поздовжніх і поперечних хвиль; m - коефіцієнт Пуассона.

Акустичними методами контролюють суцільність (виявляють тріщини, раковини, включення), товщину, структуру, фізико-механічні властивості (міцність, густину, модуль пружності, модуль зсуву, коефіцієнт Пуассона), вивчають кінетику руйнування.

За неруйнівного контролю акустичними методами реєструють частоту, амплітуду, час, механічний імпеданс (опір), спектральний склад коливань. Режим коливань може бути безперервним або імпульсним.

 

1.2.2. Суть ультразвукового методу полягає в тому, що швидкість розповсюдження ультразвукових хвиль у бетоні залежить від модуля пружності, який в свою чергу пов¢язаний з міцністю.

Рис. 20. Спрощена схема ультразвукового приладу: 1 - генератор; 2 - випромінювач; 3 - дослідний зразок; 4 - приймач; 5 - підсилювач; 6 - осцилограф

 

Високочастотний генератор 1 періодично надсилає електричні імпульси на випромінювач 2, який перетворює їх в ультразвукові. Далі імпульси, проходячи через дослідний зразок 3, вловлюються приймачем і підсилені за амплітудою підсилювачем 5 направляються на вхід осцилографа 6. Одночасно такий самий імпульс безпосередньо від випромінювача потрапляє на вхід осцилографа. Він формує на екрані початкову мітку у вигляді кривої а. Така ж крива b утворюється на екрані після проходження імпульсу через дослідний зразок. Одночасно осцилограф виробляє так звані мітки часу, які спостерігаються на екрані. Підраховуючи кількість міток часу, розташованих між кривими а і b, і знаючи ціну однієї мітки, можна встановити проміжок часу t, за який ультразвукова хвиля пройшла бетон. Тепер неважно визначити швидкість поширення ультразвуку, а відтак і міцність бетону.

З ультразвукових методів найбільш широко застосовується тіньовий та ехо-метод.

У металевих конструкціях за допомогою ультразвуку виконується контроль дефектів у металі та контролюється якість зварних швів (знаходяться шлакові включення, тріщини, раковини, газові чарунки і непровари). Тіньовий метод базується на фіксуванні акустичної тіні, що утворюється за дефектом внаслідок відбиття або розсіювання акустичного променя. Під час використання тіньового методу сигнал від випромінювача 1 та приймача 2 подається на екран осцилографа, причому за наявності дефектів 3 виникає зниження або повне зникнення сигналу, що відтворюється приймачем.

Рис. 21. Використання тіньового методу при виявленні дефектів: 1 - випромінювач; 2 - приймач; 3 - дефект; 4 - дослідний зразок

 

Так можна відтворити малюнок дефекту у горизонтальній площині. Однак відтворити глибину знаходження дефекту у тілі матеріалу нереально.

Траси прозвучування конструкцій можуть мати довільний напрям. Так крім наскрізного (рис. 21) може використовуватися метод похилого прозвучування поздовжньою хвилею або поверхневого прозвучування поперечною хвилею.

Рис. 22. Похиле (а) та поверхневе (б) прозвучування: 1 - випромінювач; 2 - приймач; 3 - дослідний зразок

 

За неможливості одночасного доступу до двох співісних точок на різних поверхнях виробу використовують імпульсний ехо-метод (луна-метод). Тут випромінювач та приймач конструктивно виконані як єдиний прилад - перетворювач. Цей метод дозволяє не лише виявити місце розташування дефекту в тілі бетону, а й визначити відстань до місця його знаходження, а також виміряти товщину виробу.

Рис. 23. Схема прозвучування виробу ехо-методом: 1 - перетворювач; 2 - виріб; 3 - дефект

 

Для стикових з¢єднань, використовують призматичні перетворювачі з різними кутами падіння ультразвукових хвиль. Оскільки в стикових з¢єднаннях дефекти звичайно розвиваються вздовж поверхонь виробів, що з¢єднуються, то в процесі контролю перетворювач переміщують уздовж шва по змієподібній ламаній лінії.

При зварних швах товщиною 250...300 мм та більше використовують перетворювачі з кутом 30°, при товщині 200...250 мм - перетворювачі з кутом 40 °, при більш тонких швах - перетворювачі з кутом 50...55°.

При визначенні глибини тріщини в бетоні випромінювач і приймач розташовують в точках А і В симетрично відносно видимої тріщини.

Коливання з точки А в В проходить найкоротшим шляхом АСВ за час t:

. (8)

На бездефектній ділянці поверхні бетону визначають швидкість розповсюдження в ньому ультразвуку. Для цього на певній відстані р розташовують випромінювач і приймач і фіксують час t₂ проходження хвилі ,

, (9)

де V - швидкість; t - час, визначений у досліді.

 

Рис. 24. Схема визначення глибини тріщини: 1 - випромінювач; 2 - приймач; 3 - дослідний зразок

Під час дефектоскопії бетону ультразвуковим методом виконують наскрізне прозвучування та поздовжнє профілювання.

При наскрізному послідовно прозвучують ділянки конструкції і відмічають на координатній сітці точки, а потім лінії рівних швидкостей - ізоспіди, або лінії рівного часу - ізохори, відділяючи ділянку конструкції, на якій знаходиться дефектний бетон (зона зниження швидкостей).

 

Рис. 25. Ультразвуковий метод при наскрізному прозвучуванні бетону: 1- випромінювач; 2 - приймач; 3 - виріб, що контролюється; 4 - дефект; 5 - напрям прозву чування; 6 - графік швидкостей розповсюдження ультразвуку; 7 - зона різкого зниження швидкості ультразвука на ділянці з дефектом

 

Метод поздовжнього профілювання дозволяє проводити дефектоскопію при розташуванні випромінювача і приймача на одній поверхні (дорожнє покриття, фундаментні плити, монолітні плити перекриття) Цим способом можна визначити глибину (від поверхні) руйнування бетону корозією.

Під час дослідження матеріалів ультразвуковими методами використовують вітчизняні ультразвукові прилади УП-4, УКБ-1, ДУК-20, УКБ-1М, ІСІ-66, Бетон -3М.

 

Рис. 26. Застосування ультразвукового методу при поздовжньому профілюванні: 1 - випромінювач; 2 - приймач, послідовно встановлюється в різних точках; 3 - виріб, що контролюється; 4 - дефект; 5 - годограф швидкості ультразвукових коливань; 6 - зона, в якій порушена пропорційність залежності t=f(x)

 

Рис. 27. Визначення товщини зруйнованого поверхневого шару бетону: V₁, V₂ - швидкість розповсюдження ультразвуку відповідно у шарі з порушеною структурою і в масиві; 1 - випромінювач; 2 - приймач, який послідовно встановлюється в різних точках; 3 - виріб, що контролюється; 4 - зруйнований шар

 

До приладів нового покоління відносяться ультразвуковий вимірювач міцності бетону УК1401 (застосовується для вимірювання часу і швидкості розповсюдження поздовжніх ультразвукових хвиль в твердих тілах при поверхневому прозвучуванні з метою визначення міцності і цілісності матеріалів і конструкцій); дефектоскоп УД2-12 (застосовується для контролю продукції тіньовим і ехо-методом на наявність дефектів типа порушення суцільності і однорідності матеріалів і зварних з¢єднань, для вимірювання глибини і координат їх закладання); прилад Бетон-22 (застосовується для визначення міцності бетону при наскрізному і поверхневому прозвучуванні); прилад УИС-23 (застосовується для визначення міцності бетону, цегли і каменів силікатних, виявлення дефектів); прилад УК-10ПМС (застосовується для неруйнівного контролю фізико-механічних характеристик виробів із склопластиків, пластмас, бетону методом поверхневого прозвучування); прилад УК-14ПМ (застосовується для визначення відпускної, передаточної, проектної міцності важкого і легкого бетону тіньовим методом).

Ударний метод визначення міцності бетону за своєю фізичною суттю не відрізняється від ультразвукового і побудований на тій самій залежності, що існує між міцністю бетону та швидкістю розповсюдження в ньому звукової хвилі.

Звукові хвилі в бетоні збуджуються ударом молотка. На поверхні елемента встановлюють два приймачі на певній відстані. Звуковий імпульс, прийнятий приймачем А і підсилений підсилювачем, передається на лічильник часу і запускає його.

Звукова хвиля, досягнувши приймача В, підсилена підсилювачем зупиняє лічильник часу. Так вимірюється час t проходження хвилі на базовій відстані а. Межу міцності бетону залежно від швидкості розповсюдження ударної хвилі визначають за допомогою тарувальної кривої або за спеціальними таблицями, що будують під час паралельних досліджень зразка.

Для випробувань використовують прилади АМ-5, ПІК-6, МК-1.

 

Рис. 28. Схема дослідження ударним методом: 1 - приймач; 2 - підсилювач; 3 - лічильник часу; 4- дослідний зразок; 5 - молоток

 

 

1.2.3. Резонансний метод полягає в збудженні у зразках коливань змінної частоти і побудові резонансної кривої, за якою визначають динамічний модуль пружності, модуль зсуву, логарифмічний декремент коливань та міцність бетону.

Залежно від мети дослідження використовують поздовжні, крутильні та прогинні коливання. Отримання одного з видів залежить від місця розташування випромінювача та приймача на досліджуваному зразку. Враховується і умова розташування опор.

 

а) б)

Рис. 29. Ультразвукові прилади: а - УК-10ПМСБ; б - УК-14ПМ

 

До виходу приймача під¢єднується реєструвальний пристрій - осцилограф. Електронний промінь на екрані осцилографа накреслить криву, яка відповідає коливанням зразка.

Рис. 30. Схеми дослідження коливань: а -поздовжніх; б - прогинних; в- крутильних; 1 - зразок; 2 - випромінювач; 3 - приймач; 4 - опори

 

Зі зміною частоти вимушених коливань міняється амплітуда кривої на екрані і за деякого значення частоти амплітуда кривої буде найбільшою. Це відповідає моменту утворення резонансу, тобто збігаються частоти власних і вимушених коливань. Значення резонансної частоти визначають за шкалою генератора.

Логарифмічний декремент коливань знаходять за шириною резонансного піку кривої на рівні половини максимальної амплітуди коливань за формулою

, (10)

де f₀ - резонансна частота коливань зразка; f₁ та f₂ - частоти коливань, що відповідають амплітудам, рівним половині максимальної до і після резонансу.

Залежність між динамічним модулем пружності та частотою власних поздовжніх коливань виражається формулою

, (11)

де l - довжина зразка; r - акустична густина бетону; f_n - частота власних коливань зразка.

 

Рис. 31. Резонансна крива

 

У практиці користуються такими приладами, як вимірювач частоти коливань ІЧМК-2, вимірювач резонансної частоти ІРЧ-1, вимірювач амплітудного загасання ІАЗ, УЗ-5, ПІК-8.

 

1.2.4. Імпедансний метод базується на реєстрації величини акустичного імпедансу (опору) ділянки виробу, що контролюється. Зміна вхідного імпедансу може бути виявлена за зміною амплітуди або фази сили, що діє на датчик та збуджує в ньому пружні коливання. Датчиком 1 є стрижень, який має контакт із поверхнею і здійснює поздовжні коливання. Якщо обшивка 2 жорстко склеєна з основним матеріалом 4, то вся конструкція коливається як одне ціле й імпеданс системи “обшивка-клей-конструкція-датчик” визначається жорсткістю всієї конструкції. При цьому сила взаємодії датчика та конструкції буде суттєвою. Якщо стрижень попадає в зону, де відсутній клей 5, то ділянка обшивки коливається як тонкий елемент. Оскільки жорсткість обшивки суттєво нижча, ніж жорсткість системи в цілому, то сила взаємодії суттєво зменшиться.

 

Рис. 32. Схема імпедансного методу: 1 - датчик; 2 - обшивка; 3 - клейовий шов; 4 - основний матеріал; 5 - дефект

 

1.2.5. Основою методу акустичної емісії є вловлювання та підсилен­ня пружних хвиль, що випромінюються дефектами, а також дислокаціями під час перебудови структури в момент навантаження конструкції.

Під повільним навантаженням у твердому тілі поступово зростає механічна напруженість, кристалічна решітка твердого тіла накопичує пружну потенціальну енергію. Оскільки здебільшого навантажувані об'єкти неоднорідні за своїми фізико-механічними властивостями, в деякій ділянці твердого тіла локальне напруження досягає у визначе­ний момент своєї межі і внутрішні зв'язки кристалічної решітки роз­риваються. В цей момент активно виділяється частина пружної енергії, накопичена раніше, значна доля якої використовується на швидке пе­реміщення частинок у локальній зоні з порушеними зв'язками. Пруж­на хвиля випромінюється, а напруження, сконцентровані в зоні неоднорідності, релаксують.

Головна особливість тіл з дефектами полягає в тому, що в дефектах концентруються напруження під навантаженням. Тому в таких зонах в першу чергу протікають пластична деформація, деформаційне зміцнення і руйнування.

Про присутність дефекту судять за появою сигналів акустичної емісії, про рівень напруженого стану - за їх інтенсивністю (кількість сигналів за 1 с).

Експериментально встановлено, що окремі сигнали акустичної емісії являють собою імпульс високочастотних коливань у мегагерцевому діа­пазоні тривалістю декілька мікросекунд.

Два процеси - пластична деформація і ріст тріщин - розрізняються за амплітудним розподілом сигналів. Під час руйнування шляхом росту тріщин сигнали акустичної емісії мають більші амплітуди і рідші, ніж за пластичної деформації.

Характерною особливістю акустичної емісії під циклічним навантажен­ням є швидке зменшення кількості імпульсів та їх амплітуд після повтор­них за першим навантаженням. Абсолютне зникнення акустичної емісії під час повторного навантаження свідчить про те, що матеріал не руйнується.

Апаратура для акустичної емісії складається з приймача коливань, системи фільтрів та підсилювачів, реєструвальних приладів, лічильника сигналів за одиницю часу, графобудувача.

Встановлюється визначений мінімальний рівень сигналу (поріг), вище якого враховуються сигнали, їх реєструють записом на магнітну плівку, висвітленням порахованих сигналів па екран дисплея, звуковим відтворен­ням у вигляді потріскування, інтенсивність якого зростає з розвитком дефектів, або на екран осцилографа чи на вхід графобудувача.

Метод акустичної емісії дозволяє значно точніше визначити коорди­нати дефекту. Для цього встановлюють принаймні три приймачі. Коорди­нати визначаються на основі аналізу різниці часу надходження сигналу акустичної емісії на різні приймачі. Розроблені комп'ютерні програми такого аналізу дозволяють миттєво знайти місцезнаходження дефекту та графічно побудувати рисунок.

Через значну залежність інтенсивності акустичної емісії від структу­ри і механічних властивостей матеріалу метод має недостатні метрологічні властивості.

Використовують його здебільшого для визначення моменту ініціювання руйнування, оскільки відомо, що старт тріщини і навіть передстартовий стан супроводжуються початком інтенсивної акустичної емісії.

 

1.3. Досягнення атомної фізики використовуються і в області неруйнівних методів досліджень. Вагомі практичні результати отримано за допо­могою так званих "закритих" джерел випромінювання, під якими розуміють радіоізотоп, закритий непроникною оболонкою та не зв'язаний з досліджуваним матеріалом.

У випробуваннях за допомогою проникальних випромінювань використовують два методи:

1) проникальної радіації, в якому застосовують потік фотонів, здат­ний проникати крізь товщу матеріалу, і які відносяться до рентгенівсь­кого та гамма-випромінювань;

2) зі швидкими нейтронами.

1.3.1. Випромінювання, що проникає крізь бетон, повітря, воду, арматуру тощо, є проникальною радіацією, взаємодіє з атомами матеріалу, який знаходиться на шляху, і частково поглинається ними або розсіюється. Взаємодія між випромінюванням та атомами матеріалу тим більша, що щільніший матеріал.

На цьому простому принципі, аналогічно розповсюдженню світла в непрозорих тілах, базується метод радіаційної дефектоскопі, (визначення ступенів корозії та ущільнення бетону, товщини, діаметра, профілю, розташування арматури в бетоні та ін).

Рентгенівське та гамма-випромінювання, подібно радіохвилям та світлу мають спільну природу - вони електромагнітні і відрізняються лише частотою коливань.

Для досліджень використовують рентгенівські випромінювання, які отримують гальмуванням попередньо прискорених в електричному полі електронів. На шляху електрони взаємодіють з екраном, виготовленим з важкого металу, який відіграє роль гальма. При гальмуванні електронів у речовині виникає неперервний спектр рентгенівських променів. Кван­ти рентгенівського випромінювання мають властивості часток (фотоефект, розсіювання) та хвиль (інтерференція, дифракція, за­ломлення). Довжина хвилі випромінювання залежить від частоти ко­ливань. Що коротша довжина хвилі, то більша енергія випромінювання, а відповідно, проникальна здатність.

Для отримання рентгенівських променів використовують рентгенівські трубки зі значною енергією випромінювання. Для менш потужних випромінювань - бетатрон (індукційний прискорювач електронів). В останній час широко вживають лінійні прискорювачі електростатичної дії та прискорювачі з хвилею, що біжить. Мікротрон - резонансний циклічний прискорювач. Це малогабаритні джерела випромінювання.

Інтенсивність рентгенівських променів зменшується зі збільшенням товщини перешкоди, а також за наявності щільніших включень у тілі. Присутність пустот рівноцінна зменшенню товщини перепони.

Гамма-випромінювання утворюється завдяки переходу нестабільних радіоізотопів у стійкий стан. Воно супроводжується випромінюванням альфа- (ядра гелію) та бета-часток (електрони).

Існують різні способи реєстрації рентгенівського та гамма-випромінювання.

Радіографічний спосіб полягає у фіксації інтенсивності випромінювання, що пройшло крізь досліджуваний об¢єкт. Для цієї мети використовують рентгенівську плівку, на якій фіксується, після відповідної обробки, результат. Перевагою способу є те, що в руках дослідника залишається об¢єктивний документ, що характеризує стан об¢єкта в момент дослідження.

Так, контроль якості зварювання виконується радіографічним методом. Джерело випромінювання 1 розміщується над швом, що досліджується, а касета з плівкою 2 - під ним. Пучок випромінювання проходить через шов і діє з інтенсивністю, прямо пропорційною щільності шва. Для оцінювання якості знімків та визначення чутливості радіографічного методу контролю використовують пластинчасті еталони з канавками й дротяні еталони, які розміщують в місцях просвічування. Пластинчасті еталони з канавками 4 використовують для просвічування виробів, у яких можуть бути дефекти у вигляді раковин, різноманітних включень, газових пор. Дротяні еталони використовують під час радіографії виробів, у котрих можуть бути дефекти у вигляді непроварів та мікротріщин.

Рис. 33. Дефектоскопія зварних швів: 1 - джерело випромінювання; 2 - досліджуваний матеріал; 3 - фотоплівка в касеті; 4 - еталон чутливості; 5 - дефект

 

Дефекти ділянки шва характеризуються викривленим зображенням на плівці. Ступінь затемнення, форма та положення затемнених ділянок указують на місце розміщення тріщин, непроварів, шлакових включень та інших дефектів. Для виявлення тріщин необхідно, щоб напрям випромінювання збігався з напрямом тріщин. Непровари в зварних з¢єднаннях можуть виявлятися під час просвічування виробів перпендикулярно шву і під кутом 45°. Газові пори й шлакові включення в зварних швах виявляються при спрямуванні променів перпендикулярно шву.

Оцінювання однорідності матеріалів та виявлення в них де­фектів здійснюється аналогічно дефектоскопії зварних з'єднань. Дефектні місця матеріалів (тріщини, раковини, каверни тощо) бу­дуть менше ослаблювати потік випромінювання порівняно з безде­фектними ділянками. Наявність більш щільних включень призво­дить до послаблення інтенсивності випромінювання. Під час де­фектоскопії неоднорідних матеріалів (у тому числі і бетону) слід мати на увазі, що вони за своєю структурою неоднорідні, тому де­фекти доводиться визначати на фоні цієї неоднорідності. В зв'язку з цим у бетонних конструкціях удається визначати дефекти, розмі­ри яких в два-три рази більші від розмірів крупного заповнювача. Необхідно зауважити, що орієнтація однакових дефектів відносно напряму просвічування відчутно впливає на інтенсивність затемнення зображення. Тонкі дефекти, перпендикулярні напряму просвічування, можуть бути не виявленими під час радіаційного контролю. Тому де­фекти у вигляді тріщин фіксуються тоді, коли напрям просвічування не відхиляється від напряму розповсюдження (росту) тріщини на кут більше ніж 5°.

Просвічування дає також можливість виявити внутрішні дефекти пластмаси у вигляді тріщин, раковин тощо і деревини - сучки, тріщини, місця її загнивання.

Під час використання радіаційних випромінювань можливі два способи просвічування: наскрізний (рис. 34, а), коли можливий двосторонній доступ до конструкції, й розсіяний (рис. 34, б), який базується на реєстрації інтенсивності випромінювання, що розсіюється матеріалом.

Рис. 34. Способи дефектоскопії: а - при двосторонньому доступі до конструкції; б - при односторонньому доступі до конструкції; 1 - джерело випромінювання; 2 - детектор; 3 - прилад, що реєструє випромінювання; 4 - дефекти

Радіоскопічний спосіб - перетворення прихованого рентгенівського або гамма- зображення досліджуваного об'єкта в видиме на екрані перетворювачів. Це можуть бути перетворювачі флюороскопічного, рентгенівського, електролюмінісцентного, електронно-оптичного типів. Недоліком способу є пониження точності отриманих результатів.

При визначенні товщини захисного шару бетону, розмірів и розташування арматури в залізобетонних конструкціях роблять два знімки з двох положень випромінювача 1 і 1¢ (рис. 35). За цими знімками можна визначити шукані величини

(12)

де d - шуканий діаметр; b - товщина захисного шару; C - відстань між двома положеннями випромінювача; C¢, d¢ - визначаються за рентгенограмою.

Рис. 35. Застосування радіаційного методу: 1, 1¢ - джерела випромінювання; 2 - досліджуваний матеріал; 3 - арматура

 

Глибину розташування дефекту можна визначити з двох позицій випромінювача (рис. 36).

З елементарних міркувань отримуємо

, (13)

Рис. 36. Схема визначення глибини розташування дефекту:

1 - випромінювач; 2 - дефект; 3 - дослідний зразок; 4 - реєструвальний прилад

 

Знаючи розмір відбитка на реєструвальному приладі, можна визначити і розмір дефекту:

, (14)

де d - розмір дефекту; D - розмір його зображення.

 

Радіометричний спосіб базується на оцінці зміни інтенсивності пучка випромінювання, що пройшов через об'єкт. Для вимірювання інтенсив­ності пучка променя за об'єктом використовують сцинтиляційні, напівпро­відникові, газорозрядні лічильники або так звані іонізаційні камери. Радіометричний спосіб найбільш розповсюджений.

Ксерографічнгій метод полягає в тому, що результат просвічу­вання фіксується на ксерорадіографічній або електрорадіографічній пластинці, яка складається з алюмінієвої підкладки та нанесе­ного на неї шару фотопровідного матеріалу з аморфного селену. Щоб зробити пластинку чутливою до іонізуючого випроміню­вання, поверхні селенового шару дають електричний заряд, після чого її, подібно рентгенівській плівці, розміщують у світлонепро­никну касету. При просвічуванні елементів конструкції на поверхні селенового шару утворюється приховане електростатичне зображення. Це зображення проявляють, спилюючи селеновий шар дрібним наелектризованим порошком крейди. Частинки порошку, заряджені електричним зарядом протилежного знаку, прилипають до поверхні селенового шару, утворюючи при цьому видиме зображення об'єкта, що просвічується.

1.3.2. Метод швидких нейтронів використовується в основному для визначення вологості матеріалу і побудований на взаємодії нейтронів з ядрами водню, оскільки основна кількість цього елемента в будівельних матеріалах знаходиться в складі молекули води.

Нейтронним методом можна визначити кількість атомів водню, що знаходяться в масі матеріалу, введенням в нього швидких нейтронів та вимірюванням кількості повільних, що утворилися в результаті взаємодії швидких нейтронів з атомами матеріалу.

На практиці швидкі нейтрони отримують бомбардуванням ядрами гелію (альфа-частинки) легких елементів, в результаті чого утворюються вільні нейтрони.

Дослідницька апаратура складається з джерела швидких нейтронів, детек­тора теплових нейтронів, лічильника з індикатором. Для визначення вологості матеріалу використовують глибинні та поверхневі зонди.

Недоліком цього методу є те, що не можна розрізнити вільну та зв'язану воду.

Усі роботи з використанням радіоактивних речовин і джерел іонізуючих випромінювань регламентуються відповідними документами.

Використовувані в роботі радіоактивні речовини поділяють на відкриті і закриті. До відкритих відносяться порошки, рідини і т.п. речовини, при використанні яких можливе вилучення радіоактивних речовин у навколишнє середовище. Всі роботи з відкритими речовина слід проводити в спеціально обладнаних лабораторіях. При роботі з закритими речовинами, які розміщені в захисні металеві ампули, необхідно дотримуватися заходів, що забезпечують захист від випромінювання.

 

Рис. 37. Схема визначення вологості нейтронним методом: а - при двосторонньому доступі до конструкції; б - при односторонньому доступі до конструкції; в) - у середині конструкції: 1 - джерело швидких нейтронів; 2 - детектор; 3 - прилад, що вимірює випромінювання

 

Експлуатація промислових приладів із джерелами випромінювання повинна здійснюватися у строгій відповідності до інструкцій; на підприємстві, наказом адміністрації, назначається особа, відповідальна за дотримання інструкцій.

Санітарні правила передбачають, що до роботи з джерелами випромінювання допускаються особи у віці не молодше 18 років, що попередньо пройшли медичний огляд.

Всі працюючі повинні періодично проходити медичний огляд і перевірку знань про безпечні методи роботи, захисні пристосування та правила особистої гігієни.

При всіх роботах, незалежно від їхньої кількості, повинний здійснюватися радіометричний контроль. Встановлено граничні дози опромінення персоналу й окремих осіб із населення.

 

 

1.4. Магнітні методи (магнітопорошковий, магнітографічний, ферозондовий, пондемоторний);

1.5. Електромагнітні методи (індукційний, метод поглинання електромагнітних хвиль, термоелектричний, діелектричний, електростатичний, термоелектричний, електроіндуктивний);

1.6. Інфрачервона дефектоскопія.

1.7. Метод капілярної дефектоскопії.

 

Література:

[1], стор. 59-65; [2], стор.91-104;

ГОСТ 21104-75 Контроль неразрушающий. Феррозондовый метод;

ГОСТ 21105-87 Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод;

ГОСТ 18442-80 Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования;

ДСТУ Б В.2.6-4-95 Конструкції будинків і споруд. Конструкції залізобетонні. Магнітний метод визначення товщини захисного шару бетону і розташування арматури.

 

1.4. Магнітні методи контролю базуються на реєстрації магнітних полів розсіювання, що виникають над дефектами, або на визначенні магнітних властивостей досліджуваних виробів.

Серед них можна виділити найбільш уживані у практиці: магнітопорошковий, магнітографічний, ферозондовий. Менш уживаними, але ціка­вими є такі: перетворювач Холла, пондеромоторний, з використанням ефекту Баркгаузена, магнітних позначок та ін.

Магнітопорошковий метод - найбільш розповсюджений для знаходження дефектів, що порушують суцільність металу. Він дозволяє виявити неметалічні та шлакові включення, пустоти, розшарування, дефекти зварювання та тріщини.

Якщо досліджувану деталь помістити в магнітне поле, то в резуль­таті орієнтації магнітних полів доменів за напрямом зовнішнього магніт­ного поля вона намагнічується.

Магнітний потік у бездефектній зоні не міняє напряму. Якщо на його шляху зустрічаються ділянки з пониженою магнітною проникливі­стю через відкритий або прихований дефекти, то частина магнітних ліній виходить за межі деталі (рис.38). Там, де вони виходять з деталі і входять в неї, виникають місцеві магнітні полюси М, N і магнітне поле над дефектом. Після зняття зовнішнього магнітного поля магнітне поле над дефектом та місцеві полюси залишаються (залишкова індукція).

Для виявлення таких магнітних полів на досліджувані ділянки виро­бу наносять феромагнітні частинки (порошок), які орієнтуються за маг­нітними силовими лініями поля, через що виникає малюнок, який харак­теризує тип дефекту. Так, зовнішня тріщина утворює чітке скупчення порошку вздовж своїх країв. Внутрішні тріщини ініціюють розмиті сму­ги, орієнтовані вздовж них.

 

а) б)

 

Рис. 38. Схема утворення магнітного поля над дефектом: а - прихований дефект; б - відкритий

 

Магнітопорошковий метод дозволяє виявити тріщини з шириною розкриття 0,001мм, глибиною 0,01мм і більше. Однак він використовуєть­ся тільки для повільних тріщин і дуже незручний для вимірювання під час дослідження.

Магнітографічний метод контролю полягає в записуванні магнітних полів розсіювання над дефектом на магнітну стрічку шляхом намагнічування досліджуваної ділянки деталі разом з притиснутою до її поверхні магнітною стрічкою з подальшим відтворенням і розшифруванням отри­маного запису (рис. 39).

Рис. 39. Магнітографічний метод контролю: 1 - електромагніт; 2 - магнітна стрічка; 3 - дефект; 4 - деталь, що контролюється

 

Неабияке значення має напрям силових ліній магнітного поля стосовно орієнтації тріщини. Тріщини, паралельні силовим лініям магнітного поля, не взаємодіють з ними зовсім. Найбільш чітко відображаються тріщини, перпендикулярні до таких ліній.

Для запису на магнітну стрічку розкриття тріщини необхідно, щоб вона переміщалась відносно зразка, наприклад, в напрямі, перпендикуляр­ному росту тріщини. Використовуючи імпульсне намагнічування зразка з деякою частотою, отримаємо на стрічці ряд послідовних магнітних зоб­ражень розкриття (росту) тріщини.

Відтворюють запис за допомогою магнітофона з подальшим перетво­ренням сигналу і візуальним спостереженням його на екрані осцилографа.

Ферозондовий метод базується на перетворенні градієнта магнітно­го поля в електричний сигнал. Ним можна виявити поверхневі дефекти глибиною 0,1 мм та приховані на глибині до 10 мм.

Ферозонд (магнітоскоп) (рис.40) являє собою магнітний підсилю­вач з розімкнутим магнітопроводом, в якому під час дії зовнішнього магнітного поля виникає ЕРС.

За відсутності дефекту магнітні силові лінії не виходять на поверхню досліджуваного об'єкта і не взаємодіють з магнітоскопом. В зоні дефек­ту силові лінії огинають його і виходять на поверхню об'єкта. При суміщенні дефекту з розімкнутим магнітопроводом у магнітоскопі вини­кає ЕРС, що реєструється приладом.

Ферозондовим методом можна вимірювати та контролювати товщи­ну деталей на поточних лініях. Принцип роботи такого устаткування показано на рис.41.

Рис. 40. Схема магнітоскопа: 1 - електромагніт; 2 - ферозонд; 3 - дефект: 4 - дослідний зразок

 

З однієї сторони виробу та справа встановлено постійні магніти. Між ними розміщені два ферозонди, з яких сигнали надходять на вимірювальну схему (міст), яка балансується. При заданій товщині виробу струм нульовий. У разі відхилення товщини схема розбалансовується і струм набуває якогось значення. Шкала приладу може бути проградуйована у відповідних одиницях.

Пондемоторний метод використовується для контролю товщини немагнітного покриття на матеріалах, що намагнічуються. Принцип дії приладу (магнітний товщиномір) базується на зміні зусиль відриву магніту від матеріалу залежно від товщини покриття. Величину зусилля можна визначити пружинним динамометром або вимірюючи струм намагнічування електромагніту. Шкала приладу проградуйована в одиницях товщини покриття.

Метод, оснований на ефекті Холла, застосовують для виявлення дефектів та в приладах для вимірювання товщини, контролю структури та механічних властивостей. Ефект Холла полягає в тому, що коли прямокутну пластинку з напівпровідникового матеріалу помістити в магнітне поле перпендикулярно до вектора напруженості і пропустити крізь неї струм в напрямі двох протилежних граней, то на двох інших гранях виникне ЕРС, пропорційна напруженості магнітного поля. Використовуючи такі пластинки як давачі, розташувавши в одній площині значну їх кількість, можна створити екран, який, подібно рентгенівському, відображатиме матеріал з дефектами, “просвічений” магнітним полем.