| Тип дефекта | Метод создания | Размер (мм) | Глубина залегания | Применяемость |
|---|---|---|---|---|
| Плоскостное расслоение | Внедрение разделительной пленки | 10×10 до 50×50 | От 0,5 до 5 мм | Ультразвуковой, термографический НК |
| Плоскодонное отверстие | Механическое сверление | Ø 1-10 | Через толщину | Калибровка УЗ-дефектоскопов |
| Поры газовые | Воздушные включения при выкладке | Ø 2-8 | 0,5-3 мм | Радиографический, УЗ-контроль |
| Непропитанная зона | Локальное блокирование смолы | 5×5 до 20×20 | Межслоевая | Ультразвуковой импедансный метод |
| Включения инородных тел | Внедрение металлических частиц | 1-5 | Различная | Рентгеновский, томографический контроль |
| Метод НК | Выявляемые дефекты | Чувствительность | Ограничения | Стандарты |
|---|---|---|---|---|
| Ультразвуковой эхо-импульсный | Расслоения, поры, непропитки | Высокая (от 0,5 мм) | Требуется контактная среда | ГОСТ Р 56787-2015, ASTM E2533 |
| Радиографический | Поры, включения, неоднородности | Средняя (от 2% толщины) | Радиационная опасность | ГОСТ Р 56787-2015 |
| Термографический инфракрасный | Приповерхностные расслоения | Высокая (до 5 мм глубина) | Зависит от теплопроводности | ASTM E2582 |
| Шерография | Расслоения, отслоения | Очень высокая (микронный уровень) | Требуется нагружение | ГОСТ Р 56787-2015 |
| Компьютерная томография | Все типы внутренних дефектов | Максимальная (от 10 мкм) | Дорогостоящее оборудование | ASTM E1441 |
| Тип композита | Рекомендуемые дефекты | Частота калибровки | Условия хранения |
|---|---|---|---|
| Углепластик однонаправленный | Расслоения, плоскодонные отверстия | Перед каждым сеансом контроля | Комнатная температура, влажность 40-60% |
| Стеклопластик тканый | Поры, непропитки, расслоения | Не реже 1 раза в 3 месяца | Защита от УФ-излучения, температура +15...+25°C |
| Углеродно-эпоксидные преprегти | Включения, расслоения, поры | Ежедневно при серийном контроле | Герметичная упаковка, комнатная температура |
| Сотовые панели | Отслоения обшивки, дефекты сот | Перед началом работ | Вертикальное положение, без нагрузок |
Назначение эталонных образцов в системе контроля
Контрольные образцы с внесёнными искусственными дефектами представляют собой метрологическую основу системы неразрушающего контроля полимерных композитов. Согласно положениям ГОСТ Р 56787-2015, такие эталоны необходимы для настройки чувствительности аппаратуры, проверки работоспособности средств измерения и обеспечения воспроизводимости результатов диагностики. В авиакосмической промышленности применение стандартизированных образцов является обязательным требованием, регламентированным международным стандартом ASTM E2533.
Основная функция эталонных образцов заключается в установлении базового уровня отклика дефектоскопической аппаратуры на дефекты известных размеров и конфигурации. Это позволяет специалистам по неразрушающему контролю калибровать приборы перед инспекцией реальных конструкций, обеспечивая обнаружение несплошностей, соответствующих критериям браковки.
Практическое значение
При ультразвуковом контроле углепластиковых деталей настроечный образец с расслоениями позволяет установить минимальную глубину и площадь дефекта, которые будут надёжно выявляться при конкретных параметрах прозвучивания. Без такой калибровки возможны как ложные срабатывания, так и пропуск критических несплошностей.
Классификация искусственных дефектов
Плоскостные дефекты типа расслоений
Наиболее распространённым видом искусственных дефектов являются имитации межслоевых расслоений. Создаются путём внедрения разделительных плёнок толщиной 10-25 мкм между слоями препрега на стадии выкладки ламината. Размеры таких вставок варьируются от 10×10 мм до 50×50 мм, а глубина залегания программируется последовательностью укладки слоёв. Материал вставки выбирается исходя из его низкой адгезии к полимерным матрицам и стабильности акустических характеристик.
Объёмные дефекты и включения
Для имитации пористости применяют контролируемое создание воздушных пузырьков при выкладке препрега либо добавление сферических полых микросфер диаметром 100-500 мкм. Плоскодонные отверстия, выполняемые прецизионным сверлением перпендикулярно плоскости образца, моделируют объёмные концентраторы с известной эквивалентной площадью. Диаметры отверстий стандартизированы: 1, 2, 3, 5 и 10 мм при глубине от донной поверхности 0,5-5 мм.
Зоны непропитки и сухие участки
Непропитанные волокном области создаются локальным блокированием проникновения связующего на заданных участках. Технически это достигается нанесением разделительного состава на ограниченную зону препрега перед автоклавным формованием или инфузией. Размеры непропитанных участков составляют от 5×5 до 20×20 мм, что соответствует типичным производственным дефектам процессов RTM и вакуумной инфузии.
↑ К оглавлениюТехнологии изготовления контрольных образцов
Препреговая технология внедрения дефектов
Изготовление эталонов на основе однонаправленных или тканых препрегов обеспечивает максимальную близость контрольного образца к реальным конструкциям. Процесс включает выкладку монослоёв с размещением дефектоимитаторов на расчётных глубинах. Для углеродно-эпоксидных систем применяют режимы отверждения при температуре 120-180°C и давлении 0,5-0,7 МПа в течение 90-180 минут в зависимости от системы связующего. Критически важно обеспечить полную полимеризацию матрицы, исключающую дополнительную пористость.
Механическая обработка после формования
Плоскодонные отверстия выполняются на прецизионных сверлильных станках с ЧПУ. Сверление композитов требует специализированного инструмента с алмазным или твердосплавным покрытием, скорости вращения 3000-6000 об/мин и принудительного охлаждения для предотвращения термодеструкции матрицы. Глубина сверления контролируется с точностью ±0,05 мм, что обеспечивает воспроизводимость акустического отклика образца.
Технологические ограничения
При механической обработке отверждённых композитов существует риск создания дополнительных микротрещин и расслоений в зоне обработки. Для минимизации краевых дефектов применяют поэтапное сверление с уменьшающимся диаметром инструмента и финишную обработку шлифованием.
Валидация геометрии дефектов
После изготовления каждый контрольный образец подвергается инструментальной верификации. Размеры плоскостных вставок подтверждаются ультразвуковым С-сканированием с фазированными решётками. Глубину плоскодонных отверстий измеряют контактными методами с разрешением 0,01 мм. Структура ламината оценивается микроскопией шлифов, что позволяет убедиться в отсутствии непредусмотренной пористости или отклонений укладки слоёв.
↑ К оглавлениюМетрологическое обеспечение неразрушающего контроля
Стандартные и рабочие образцы
Согласно метрологической иерархии, различают контрольные эталоны первого уровня и рабочие образцы. Контрольные эталоны изготавливаются централизованно в специализированных лабораториях, проходят аттестацию и служат для периодической поверки рабочих образцов. Рабочие образцы применяются непосредственно операторами НК для ежедневной настройки аппаратуры. Интервал поверки рабочих образцов составляет три месяца при интенсивной эксплуатации.
Критерии соответствия при калибровке
При ультразвуковой дефектоскопии амплитуда эхо-сигнала от искусственного дефекта должна воспроизводиться с отклонением не более ±2 дБ. Превышение этого допуска указывает на износ образца, деградацию поверхности или изменение свойств матрицы. Для радиографического контроля используют критерий оптической плотности изображения дефекта, который должен обеспечивать контрастность не менее 5% относительно фона.
Трассируемость метрологических характеристик
Все контрольные образцы должны иметь паспорта с указанием номинальных параметров дефектов, условий изготовления, результатов приёмочного контроля и сведений о периодических поверках. Это обеспечивает прослеживаемость метрологической цепочки от исследуемой детали до первичного эталона.
Специфика калибровки для различных методов НК
Для импульсной термографии применяют образцы с расслоениями на глубинах 0,5, 1, 2 и 3 мм. Калибровка заключается в определении минимального размера дефекта, обнаруживаемого на каждой глубине при заданной энергии импульса. Шерографические системы настраивают по образцам с расслоениями площадью 10×10 мм, нагружаемым вакуумом 50-100 мбар. Амплитуда деформации поверхности над дефектом фиксируется как опорное значение.
↑ К оглавлениюТребования к хранению и эксплуатации
Условия хранения эталонных образцов
Контрольные образцы из полимерных композитов чувствительны к воздействию влаги и ультрафиолетового излучения. Рекомендуемые условия хранения: температура +18...+22°C, относительная влажность 45-55%, защита от прямого солнечного света. Образцы с углепластиком требуют размещения в герметичных контейнерах с силикагелем для предотвращения влагопоглощения матрицей, которое изменяет скорость ультразвука и затухание.
Обслуживание контактных поверхностей
Поверхности образцов, используемые для контактного ультразвукового контроля, должны поддерживаться в состоянии с шероховатостью Ra не более 3,2 мкм. После каждого сеанса контроля рабочую поверхность очищают от остатков контактной среды изопропиловым спиртом. Загрязнения или царапины вызывают рассеяние ультразвука и искажение калибровочных данных. При обнаружении повреждений поверхность восстанавливают мелкоабразивной шлифовкой.
Документирование истории использования
Для каждого рабочего образца ведётся журнал эксплуатации с фиксацией дат калибровки, результатов измерений контрольных параметров, замеченных отклонений и проведённых корректирующих действий. Статистический анализ данных журнала позволяет прогнозировать момент вывода образца из эксплуатации и планировать изготовление замены.
↑ К оглавлениюЧасто задаваемые вопросы
Разделительные плёнки обладают минимальной адгезией к эпоксидным и полиэфирным матрицам, что создаёт акустически контрастную границу, имитирующую реальное расслоение. Их стабильность при температурах отверждения до 180°C и неизменность свойств в процессе эксплуатации делают такие материалы идеальными для долговременных эталонов.
Периодичность замены определяется интенсивностью использования и условиями хранения. При ежедневном применении и соблюдении требований по эксплуатации срок службы составляет 2-3 года. Критерием для замены служит отклонение контролируемых параметров за установленные допуски при поверке по эталону первого уровня.
Технически возможно создание универсальных образцов с набором различных типов дефектов. Однако на практике для каждого метода контроля изготавливают специализированные образцы, оптимизированные под физические принципы метода. Это обеспечивает более точную калибровку и исключает взаимное влияние дефектов при настройке аппаратуры.
Эталон должен максимально соответствовать контролируемому объекту по типу армирующих волокон, матрице, схеме армирования и технологии изготовления. Для углепластиков используют образцы из того же препрега или аналога с идентичной объёмной долей волокон. Это обеспечивает совпадение акустических и теплофизических свойств.
Полимерные матрицы подвержены долговременным процессам постотверждения и старения, изменяющим модуль упругости и коэффициент затухания ультразвука. При правильном хранении эти изменения минимальны и происходят в течение первых шести месяцев после изготовления. Именно поэтому новые образцы вводят в эксплуатацию после выдержки и аттестации.
