внутренние дефекты — это… Что такое внутренние дефекты?

внутренние дефекты

3.21 внутренние дефекты: Внутренние особенности, целиком находящиеся внутри бриллианта или частично выходящие на его поверхность, видимые невооруженным глазом или при увеличении 10^×.

Смотри также родственные термины:

4.4.4 Внутренние дефекты любого характера, обнаруженные в отливках при радиографическом контроле, подлежат выборке с последующей заваркой.

3.3.6 Внутренние дефекты сварного шва (внутренние поры, шлаковые включения) .

3.3.6.1 Измеряемыми параметрами внутренних пор и шлаковых включений (цепочек и скоплений пор и шлаковых включений) являются:

— максимальная глубина залегания;

— условная протяженность.

3.3.6.2 Для выявления дефектов применяют ультразвуковой контроль.

3.3.6.3 По результатам ультразвукового контроля недопустимыми считают:

— непротяженные дефекты, амплитуда эхо-сигнала от которых превышает амплитуду эхо-сигнала от контрольного отражателя в СОИ, или/и суммарная протяженность которых в шве превышает 1/6 периметра этого шва;

— цепочки и скопления, для которых амплитуда эхо-сигнала от любого дефекта, входящего в цепочку (скопление), превышает амплитуду эхо-сигнала от контрольного отражателя в СОП или суммарная условная протяженность дефектов, входящих в цепочку (скопление), более 30 мм на любые 300 мм шва.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• Внутренние блоки
• Внутренние дефекты любого характера, обнаруженные в отливках

Смотреть что такое «внутренние дефекты» в других словарях:

• Внутренние дефекты сварного шва (внутренние поры, шлаковые включения) — 3.3.6 Внутренние дефекты сварного шва (внутренние поры, шлаковые включения) . 3.3.6.1 Измеряемыми параметрами внутренних пор и шлаковых включений (цепочек и скоплений пор и шлаковых включений) являются: максимальная глубина залегания; условная… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Внутренние дефекты любого характера, обнаруженные в отливках — 4.4.4 Внутренние дефекты любого характера, обнаруженные в отливках при радиографическом контроле, подлежат выборке с последующей заваркой. Источник: СТ ЦКБА 052 2008: Арматура трубопроводная. Требования к материалам а …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Внутренние факторы коррозии — – факторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с природой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состояние поверхности). [ГОСТ 5272 68] Рубрика термина: Виды испарений Рубрики энциклопедии: Абразивное… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• Внутренние вибраторы — – обычно бывают с гибким валом на одном конце двигатель, на другом эксцентрик, закрытый кожухом и являющийся рабочим наконечником. В процессе работы вибратора перемещается только этот наконечник. [Баженов Ю. М. Технология бетона. Учебное… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• Дефекты металлов —         несовершенства строения металлов и сплавов. Д. м. ухудшают их физико механические свойства (например, электропроводность, магнитную проницаемость, прочность, плотность, пластичность). Различают Д. м. тонкой структуры (атомарного масштаба) …   Большая советская энциклопедия

• ДЕФЕКТЫ РЕЦЕПТОРА АНДРОГЕНОВ — мед. Дефекты рецептора андрогенов (рецептор дигидротестостеро на, {{}}• 313700, Xqll Xql2, nttAR[DHTR], множество дефектных аллелей, кариотип 46,XY, к) приводят к развитию ряда синдромов и заболеваний; • Синдром тестикулярной феминизации •… …   Справочник по болезням

• Издержки внутренние — – альтернативные издержки использования ресурсов, принадлежащих фирме или находящихся в собственности фирмы как юридического лица. [Любимов Л. Л. Раннева Н. А. Основы экономических знаний, М., 1997] Рубрика термина: Экономика Рубрики энциклопедии …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• Подмости внутренние — – подмости, навешиваемые на скользящую, подъемно переставную и другую опалубку с внутренней стороны стены для обеспечения технологических процессов, в том числе отделки поверхности. [ГОСТ Р 52086 2003] Рубрика термина: Опалубка Рубрики… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• Усилия внутренние — – силы, возникающие в поперечных сечениях элементов конструкции от внешних нагрузок и воздействий (моменты, нормальные и поперечные силы и т. д.) [Справочник проектировщика. Металлические конструкции. ЗАО ЦПИИПСК им. Мельникова, 1998 г,… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• РД 08.00-60.30.00-КТН-046-1-05: Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов — Терминология РД 08.00 60.30.00 КТН 046 1 05: Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных нефтепроводов: 1.4.15 Бригада сварщиков группа аттестованных в установленном порядке сварщиков, назначенных… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ ШВОВ. И ИХ КОНТРОЛЬ

§ 73. Дефекты сварных соединений
и причины их образования

Дефектами в сварных шйах принято называть откло­нения от норм, предусмотренных ГОСТами и техничес­кими условиями на сварные соединения. Дефекты умень­шают прочность сварных швов и могут привести к раз­рушению сварных соединений.

Основными причинами образования дефектов явля­ются нарушения технологии сборки и сварки, примене­ние несоответствующих сварных материалов, неправиль­ный выбор режима сварки, низкая квалификация свар­щика. Дефекты могут быть наружные и внутренние. К наружным дефектам относятся дефекты формы и раз­меров сварных швов. К внутренним — дефекты макро — н микроструктуры. Формы и размеры сварных швов ус­танавливаются техническими условиями или счандаріз —

мн (ГОСТ 5264—69) и обычно указываются в рабочих чертежах.

При газовой сварке наиболее частыми дефектами сварных швов являются неполномернасть шва, неравно­мерность ширины и высоты шва (рис. 114), крупная буг­ристость, наличие седловиц. Эти дефекты возникают вследствие плохого качества присадочной проволоки и

горючих газов, непра­вильной подготовки кромок, недостаточ­ной квалификации сварщика. Нарушение формы и размеров швов сопровождается часто такими дефек­тами, как наплывы, подрезы, непровары и др. (рис. 115).

Наплывы обра­зуются в результате натекания жидкого металла на кромки недостаточно прогретого основного металла (рис. 115,а). Наплывы чаще всего образуются при сварке горизонтальных швов. Они могут быть в от­дельных местах и иметь значительную протяженность. Причинами возникновения наплывов могут быть непра­вильный наклон мундштука горелки и присадочной про­волоки к поверхности свариваемого металла. Обнару-

женные наплывы срубают и проверяют, нет ли в этом месте непровара.

Подрезом (рис. 115,6) называют уменьшение толщины основного металла в месте его перехода к усилению шва. При газовой сварке подрезы образуют­ся из-за применения повышенной мощности сварочного пламени. Подрезы приводят к ослаблению сечения ос­новного металла и могут явиться причиной разрушения сварного соединения, а также вызвать местную концен­трацию напряжений от рабочих нагрузок. Подрезы ис­правляют подваркой ниточного шва. Во избежание под­резов следует правильно выбирать режимы сварки.

Прожоги — это проплавление основного металла с образованием сквозных отверстий и натеками с обрат­ной стороны свариваемого металла. Они возникают вследствие большого зазора между свариваемыми кром­ками, недостаточного притупления кромок, завышенной мощности сварочного пламени, недостаточной скорости сварки. Прожоги исправляют вырубкой дефектных мест с последующей заваркой.

Незаваренные кратеры образуются в ре­зультате резкого обрыва пламени в конце сварки. Кра­теры уменьшают рабочее сечение шва, снижают проч­ность шва и могут явиться причинами образования тре­щин. Кратеры исправляют заваркой с предварительной вырубкой до основного металла.

Непроваром (рис. 115,а) называется местное не — сплавление основного металла с наплавленным, а также несплавление между собой слоев шва при многослойной сварке. Непровар образуется из-за неправильной подго­товки кромок под сварку, недостаточной мощности сва­рочного пламени, большой скорости сварки, плохой за­чистки кромок перед сваркой от окалины, шлака, ржав­чины, грязи и других загрязнений. Непровары, особенно по кромкам и между слоями, являются самыми опасны­ми, так как влияют на прочность сварочного шва. Обна­руженные участки с непроваром вырубают до основного металла, зачищают и заваривают вновь.

Шлаковые включения (рис. 115, в) в свар­ном шве возникают из-за плохой зачистки свариваемого металла и присадочной проволоки, а также неправиль­ного выбора режимов сварки. Шлаковые включения ос­лабляют сечение шва, вызывают снижение прочности и являются зонами концентрации напряжений. Места швов со шлаковыми включениями вырубают и завари­вают вновь.

Трещины (рис. 115, с)) являются наиболее опас­ными дефектами сварных швов Трещины могут возни­кать в сварном шве и в околошовной зоне Трещины по происхождению делятся на холодные и горячие, по расположению — на поперечные и продольные, по раз­мерам— на макро — и микроскопические Трещины в сварных швах образуются во время сварки и после свар­ки Образованию трещин способствует повышенное со­держание углерода в наплавленном металле, а также серы, фосфора и водорода Холодные трещины возника­ют при температурах 100—300° С в легированных ста­лях и при нормальных температурах в углеродистых сталях

Причинами образования трещин являются несоблю­дение технологии и режимов сварки, неправильное рас­положение швов в сварной конструкции, что вызывает высокою концентрацию напряжений, приводящих к пол­ному разрушению изделия Большие напряжения в свар­ных конструкциях возникают при несоблюдении заданно­го порядка наложения швов Поверхностные трещины в сварных швах вырубаются полностью и заварива­ются вновь. Чтобы в процессе вырубки трещина не рас­пространялась дальше по шву, необходимо перед вы­рубкой засверливать трещины по концам

Пористость в сварных швах появляется в резуль­тате того, что газы, растворенные в жидком метал­ле, не успевают выйти наружу до затвердевания поверх­ности шва. Поры делают сварной шов неплотным и уменьшают его механическую прочность Причинами об­разования пор являются плохая зачистка свариваемых кромок и присадочной проволоки от грязи, ржавчины, масла, повышенное содержание углерода в основном ме­талле, большая скорость сварки, неправильный выбор характера сварочного пламени и марки проволоки.

Газовые поры располагаются цепочкой на некото­ром расстоянии друг от друга или в виде скоплений раз­мером от сотых долей миллиметра до нескольких милли­метров. Иногда поры выходят на поверхность, образя свищи. Поры могут быть внутренние, наружные и сквоз­ные. Участки сварных швов с порами исправляют вы­рубкой дефектных мест до основного металла с последу­ющей заваркой.

Перегрев металла может возникнуть при большой мощности сварочного пламени и малой скорости сварки. Перегрев металла характеризуется увеличением разме­ра зерен в металле шва и в околошовной зоне, что сни­жает механические свойства сварного соединения, в осо­бенности ударную вязкость. Поэтому перегретый металл шва обладает повышенной хрупкостью и низким сопро­тивлением ударным наїрузкам. Перегрев металла ис­правляется последующей термической обработкой

Наиболее опасным дефектом является пережог ме­талла Он характеризуется наличием в структуре метал­ла шва окисленных зерен, которые из-за наличия на них пленки окислов обладают малым взаимным сцеп­лением Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению Причинами образования пережога метал ла являются применение при сварке окислительною сварочного пламени и плохая защита расплавленного металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха Участки с пережженным металлом вырубают полносіью до основного металла и заваривают вновь

Возможные дефекты сварных швов и способы их устранения

 

Когда речь заходит о дефектах сварного шва, их обычно делят на внутренние и внешние, внутренние соответственно неразличимы на глаз, внешние же можно увидеть. Так же их можно поделить на допустимые и недопустимые, что зависит от конкретно поставленной задачи, но в любом случае дефект есть дефект и он требует устранения. Хотя как и в обльшинстве случаев его легче предупредить, чем устранить. Для этого в первую очередь следует обратитьь внимание на такие факторы как квалификация сварщика и применяемая им технология, соответствие свариваемого материала с присадочным, чистоту свариваемой поверхности, качество применяемого оборудования и, наконец, используемый защитный газ. При должном соответствии вышеперечисленных факторов брак и дефекты сводятся к минимуму или же отсутствуют вовсе.

 

Теперь несколько подробнее о видах дефектов:

 

— внешние дефекты — как уже говорилось выше к ним можно отнести те, которые видно невооруженным глазом. Одним из таких дефектов является непровар — когда сварочный щов не проникает на всю толщину металла, как правило происходит из-за недостаточного сварочного тока, а так же из-за плохой подготовленности кромок соединения. Обратным его проявлением можно назвать прожег — сквозное отверстие в сварочном шве, и, как можно догадаться, зачастую происходит из-за слишком сильного сварочного тока и невыскокой скорости сварки. Устраняются повышением и понижением сварочного тока соответственно. К внешним дефектам так же относится подрез (канавка в основном металле по краям шва), устраняется уменьшением длины дуги, наплыв (являет собой собственно наплыв присадочного материала на основной без сплавления), решается обычно качественной чисткой учатска для сварки (для этого применяют специальные травильные пасты) и выбором соответствующего материалам режима работы. Еще один внешний вид дефектов — кратер, образуется в результате резкой остановки процесса сварки, решается постепенным уменьшением сварочного тока к концу процесса сварки, большинстов современного оборудования имеют соответствующие программы.

 

— внутренние дефекты — к таковым дефектам стоит относиться предельно внимательно, поскольку сразу их различить не всегда представляется возможным, но они могут повлиять на качество и прочность сварного шва. Среди них выделяют: горячие трещины — образуются вдоль или поперек шва, а причиной зачастую служит неверно выбранный присадочный материал; холодные трещины — возникают уже после остывания материалов, образуются при слишком высоких нагрузках для данного сварного шва, т.е. когда шов разрушается под физическим воздействием; поры — данный дефект может быть вызван плохой отчисткой сварочной поверхности (присутствие масел, краски на поверхности или при наличии несовместимых сплавов), избыточный или слабый поток защитного газа, а так же засор в сопле или повреждение систем подачи газа. Решением соответственно является устранение вышеперечисленных причин. Так же следует сказать что поры частично можно отнести и к внешним дефектам, поскольку они могут образовываться как на поверхности шва, так и внутри него. 

 

Подводя итог можно сказать что сварочные работы можно выполнить качественно только полностью соблюдая технологии сварки и порядок подбора присадочных материалов и оборудования исходя из соответствия поставленным задачам. Мы настоятельно рекомендуем Вам выполнять свою работу качественно, ведь в дальнейшем от ее результатов могут зависеть человеческие жизни.

 

 

Неразрушающий контроль внутренних дефектов микросхемы

Как исследовать внутренние дефекты без вскрытия микросхемы?

В помощь технологу

В предыдущем выпуске новостной рассылки мы рассказали о методах декапсуляции — предварительном этапе анализа отказов, основанном на разрушающих методах контроля.
В сегодняшней статье речь пойдет о неразрушающих физических методах анализа отказа.

Методы анализа отказов

Анализ отказов полупроводниковых устройств необходим для выяснения причины отказа и обеспечения на основе этой информации оперативной обратной связи с этапами производства и проектирования. В связи с рыночными требованиями более высокой надежности и разработкой устройств с более высокой степенью интеграции и большими размерами чипа для анализа отказов требуются самые новые технологии. Отказы могут быть вызваны дефектами на разном уровне, начиная с визуально различимых трещин, заканчивая нарушениями на атомарном уровне, поэтому для исследований используются самые различные методы, а именно:

В сегодняшней статье мы поговорим о неразрушающих физических методах, применяемых для анализа отказов.

Методы неразрушающего контроля для исследования внутренних дефектов микросхем

Методики, используемые для контроля внутреннего состояния устройства без вскрытия или удаления корпуса, включают:

Рентгеноскопия

Принцип работы рентгеноскопии основан на том, что проникновение рентгеновских лучей меняется в зависимости от типа материала и его толщины (то есть, чем меньше атомный вес, тем больше проникновение). Различия создают рентгеновское изображение. Этот метод эффективен для того, чтобы обнаружить частицы, поломку или перекручивание соединительных проводников, а также пустоты или отслаивание формовочной смолы в месте крепления кристалла в пластмассовом герметичном корпусе (рис. 1).

Рис. 1. Рентгеновское изображение внутренней части пластмассового запечатанного корпуса

Сканирующая акустическая микроскопия

Принцип работы сканирующих акустических микроскопов основана на том, что УЗ-волны, прошедшие, отраженные или рассеянные отдельными участками образца имеют различные характеристики (амплитуда, фаза, и др.) в зависимости от локальных вязкоупругих свойств материала. Эти различия позволяют методами визуализации звуковых полей получать акустическое изображения на экране дисплея. Если есть слой воздуха на границе, то интенсивности и фазы отраженной волны сильно отличаются. Этот тест показывает место и состояние любых пустот, отслаивание и трещины в корпусе (рис. 2).

Рис. 2. Изображение корпуса в сканирующем акустическом микроскопе

Если Вам необходимо получить более подробную информацию о неразрушающих методах исследования микросхем, обращайтесь в нашу компанию. Наши специалисты расскажут подробно о методах анализа отказов и подберут для Вас соответствующее оборудование. Присылайте свои вопросы на электронную почту: [email protected].

comments powered by HyperComments

Дефекты сварных соединений — Cварочные работы

Дефекты сварных соединений В процессе образования сварного соединения в металле шва и околошовной зоны могут возникнуть дефекты, которые в зависимости от причин, их вызывающих, делятся на две группы: первая — дефекты, связанные с особенностями технологических и тепловых процессов, протекающих непосредственно при нагреве, кристаллизации и остывании сварного соединения. Вторая— дефекты формирования шва, их происхождение связано с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой под сварку, неисправностью сварочной аппаратуры и другими причинами общего характера. По способам обнаружения дефекты делятся на внешние и внутренние- К внешним относятся дефекты, расположенные на поверхности сварного соединения и обнаруживаемые невооруженным глазом или с помощью лупы. Внутренними называются дефекты, не выходящие на поверхность сварного соединения и наблюдаемые с помощью специальной аппаратуры. Дефекты технологических и тепловых процессов сварки. К дефектам указанной группы относятся кристаллизационные трещины, поры, холодные трещины, неметаллические включения, несплавление. Кристаллизационными (горячими) трещинами называются микро- или макроскопические, имеющие характер надреза, несплошности, зарождающиеся в интервале температур кристаллизации металла. Трещины могут развиваться при остывании металла в твердом состоянии. По отношению к оси шва трещины делятся на продольные и поперечные. Продольные трещины могут располагаться по оси шва в месте стыка столбчатых кристаллитов или между соседними кристаллитами. Поперечные трещины располагаются между соседними кристаллитами. Кристаллизационные трещины являются одним из основных видов брака при сварке. Наличие трещин в сварном соединении не допускается, так как они могут послужить причиной разрушения изделия. Несплошности (пустоты) между кристаллитами по оси шва или по его сечению называются порами. Поры могут выходить или не выходить на поверхность сварного шва, они располагаются цепочкой или группами. Поры являются недопустимым дефектом для сварных швов изделий, работающих под давлением или вакуумом, предназначенных для хранения и транспортирования жидких и газообразных продуктов. По сравнению с трещинами поры менее опасны, однако их наличие нежелательно. В отличие от кристаллизационных (горячих) холодные трещины образуются в сварных соединениях при невысоких температурах (ниже 200 °С)- Особенностью холодных трещин является замедленный характер их развития. Холодные трещины в основном зарождаются по истечении некоторого времени после сварки и затем медленно, на протяжении нескольких часов и даже суток, распространяются по глубине и длине. Холодные трещины — это типичный дефект сварных соединений из средне- и высоколегированных сталей. Холодные трещины в металле шва появляются, главным образом, в том случае, когда по содержанию углерода и легирующих элементов металл шва близок к составу основного металла. Эти трещины имеют такой же вид, как и кристаллизационные. Холодные трещины залегают в металле шва и в околошовной зоне. Неметаллическими включениями называют посторонние частицы, оставшиеся в металле шва (частный случай — шлаковые включения). Неметаллические включения образуются в результате реакций, протекающих в жидком металле, и попадания частичек покрытия электродов и других материалов, соприкасающихся с жидким металлом. Неметаллические включения нежелательны, так как приводят к снижению ударной вязкости металла шва, прочностных характеристик и деформационной способности. При дуговой сварке образуется зона несплавления в том случае, если к моменту заполнения углубления, появившегося в основном металле под сварочной дугой, жидкая пленка, покрывающая поверхность, успела закристаллизоваться, а запас теплоты, накопленный в сварочной ванне, недостаточен для повторного расплавления основного металла. Для предупреждения образования зоны несплавления на практике с увеличением скорости сварки необходимо соответственно повышать коэффициент формы шва. Дефекты формирования шва. Из-за неправильного выбора режима сварки, отклонений параметров режима от заданных, неправильной подготовки изделия под сварку, неисправности аппаратуры в сварном соединении могут возникнуть дефекты — непровары, подрезы, наплывы и прожоги. Непровар представляет собой отсутствие расплавления основного металла и соединения свариваемых элементов по их толщине. Такой вид непровара называется непроваром в корне шва или по сечению. Бывает непровар по кромкам разделки или между слоями шва, когда нет соединения между металлами основным и шва и между отдельными слоями при многослойной сварке. Непровар в корне шва образуется из-за уменьшения сварочного тока, увеличения напряжения на дуге или скорости сварки, уменьшения скорости сварки (расплавленный металл сварочной ванны затекает вперед ня холодный основной металл и не сплавляется с ним), неточного направления электрода по оси разделки, неправильного возобновления процесса сварки после смены электрода. Непровар по кромке является следствием изменения формы шва из-за уменьшения напряжений или увеличения скорости сварки, что приводит к несовпадению формы шва или слоя с формой разделки. Этот вид непровара вызывается недостаточно точным направлением электрода по отношению к свариваемым кромкам, неправильной последовательностью наложения слоев при многослойной сварке, большой шириной зазора, превышающей ширину шва. При величине непровара, превосходящего допустимые для данного изделия пределы, участок шва удаляется и заваривается вновь. Подрезом называется местное уменьшение толщины основного металла у границы шва. Наиболее часто подрезы образуются в угловых соединениях и при сварке многослойных швов. Реже — при сварке однослойных стыковых швов. В большинстве случаев подрез появляется при значительно повышенном напряжении на дуге или из-за плохо выполненной сварки. Образование подрезов при сварке стыковых швов без разделки связано с плохим растеканием части металла шва, усиливающим шов. Подрез вызывает уменьшение сечения основного металла и приводит к резкой концентрации напряжений, когда он расположен перпендикулярно к направлению главных напряжений, действующих на сварное соединение. Если глубина подреза превышает 1 — 2 мм (в зависимости от толщины основного металла), то дефектный участок заваривают. При меньшей глубине подрез следует зачистить механическим способом. Натекание расплавленного металла на поверхность основного металла без сплавления с ним называется наплывом. Наплывы в основном наблюдаются при сварке стыковых и тавровых соединений. Для предотвращения появления наплывов необходимо увеличить напряжение на дуге (увеличение ширины шва) или уменьшить количество наплавляемого металла. Наплыв устраняется удалением лишнего металла механическим способом. В конце процесса сварки при обрыве дуги образуется углубление, называемое кратером. Кратер ослабляет шов и является источником появления трещин. Если сварка ведется без выводных планок, то кратер следут тщательно заваривать и обрывать дугу уже на заваренном участке шва. Не следует выводить кратер на основной металл, так как это приводит к образованию ьодрезов. Шлаковые включения представляют собой видимые невооруженным глазом участки шлака, расположенные в металле шва у границы сплавления, между слоями наплавленного металла или в корне шва. Шлаковые включения образуются из частиц шлака расплавленного покрытия электродов, остатков плохо очищенной шлаковой корки. Если наличие шлаковых включений превышает допустимые для данного изделия нормы, то дефектные участки вырубаются и завариваются заново. Недопустимым дефектом в швах являются прожоги, которые представляют собой пустоты в шве, появившиеся в результате вытекания сварочной ванны. Прожоги образуются при значительно большем сварочном токе, зазоре, чем требуется по технологии, изменении наклона электрода или изделия. Места прожогов должны быть зачищены и заварены заново. Влияние дефектов на прочность сварных соединений. Влияние дефектов на механические свойства сварных соединений определяется величиной и формой дефектов, частотой их повторения, материалом конструкции, условиями эксплуатации и характером нагрузки. Поэтому наличие дефектов в сварных соединениях еще не означает потерю их работоспособности. Но дефекты могут существенно снижать работоспособность конструкций и при определенных условиях привести к их разрушению. Следовательно, для определения надежности сварных конструкций и установления требований, предъявляемых к качеству сварных соединений, необходимо располагать сведениями о влиянии наиболее вероятных дефектов на прочность соединений. Наибольшую опасность для конструкций представляют внутренние дефекты, так как их надо обнаружить, не разрушая сварного соединения. В конструкциях, работающих при статических и динамических нагрузках, одни и те же дефекты неодинаково влияют на сварные соединения. При статической нагрузке основное влияние на прочность конструкций, работающих при температурах до —60 °С, оказывает относительная величина дефекта при условии, что материал сварного соединения имеет большой запас пластичности. При более низких температурах прочность характеризуется интенсивностью напряжений в зоне дефекта. При динамических нагрузках прочность сварных соединений определяется их сопротивлением усталостным напряжениям. Подрезы’, поры, шлаковые включения и не-провары снижают долговечность конструкций, являясь причинами образования концентрации напряжений. Трещины любой величины, как правило, не допускаются в сварных соединениях, так как способствуют концентрации внутренних напряжений, легко распространяясь при этом в глубь металла. Степень влияния подрезов на усталостную прочность зависит от глубины подреза, величины остаточной напряженности и вида сварного соединения. Так, у трубопроводов для горючих, токсичных и сжиженных газов не допускаются подрезы в местах перехода сварного шва к основному металлу глубиной более 0,1 толщины стенки трубы, но не более 1 мм. На одном стыке допускается подрез общей протяженностью не более 30% длины шва. Сварные стыки трубопроводов, работающих при условном давлении от 10 до 100 МПа (от 100 до 1000кгс/см2) и температуре от —50 до +510°С, бракуют при наличии подрезов в местах перехода от шва к основному металлу длиной более 20% протяженности шва при наружном диаметре до 159 мм и длиной более 100 -мм при наружном диаметре свыше 159 мм. Кроме того, сварные стыки трубопроводов бракуют при подрезах глубиной более 5% при толщине стенки до 10 мм и глубиной более 1 мм при толщине стенки более 10 мм. Суммарное влияние подреза и увеличения растягивающих остаточных напряжений может привести к снижению предела выносливости вдвое. Поры являются причинами усталостных разрушений в угловых, стыковых и в поперечных швах (по отношению к действующей нагрузке) с высокими растягивающими остаточными напряжениями. Поэтому в сварных швах трубопроводов высокого давления не допускаются одиночная пора, сплошная цепочка или сетка пор (независимо от длины и площади) размером более 5% толщины стенки трубы при ее толщине до 20 мм и свыше 1 мм при большей толщине и наличии двух и более пор на 100 мм сварного шва- В нахлесточных соединениях поры практически не влияют на их выносливость. Отрицательное влияние на прочность сварки соединений оказывают также шлаковые включения. Непровар оказывает большое влияние на ударную прочность металла сварных швов. По данным Института электросварки им. Е. О. Патона, непровар в 10% толщины сварного соединения может наполовину снизить усталостную прочность, а непровар в 40—50% снижает пределы выносливости стали в 2,5 раза- Эксплуатация сварных конструкций показывает, что сварочные напряжения и деформации в основном не снижают несущей способности конструкций. Но в некоторых случаях изменение размеров и формы сварной конструкции снижает ее работоспособность, портит внешний вид и даже может привести к разрушению. Так, искривление продольной оси элементов конструкций, работающих на сжатие, местное выпучивание, грибовид-ность полок колонн и балок могут привести к потере устойчивости и разрушению всей конструкции. Существует общая закономерность снижения прочности сварных конструкций под действием ударной нагрузки при наличии подрезов, пор, шлаковых включений и непроваров. Виды, количество и размеры допускаемых внутренних дефектов зависят от назначения конструкции. У трубопроводов для горючих, токсичных и сжиженных газов сварные швы бракуют, если обнаружены трещины любых размеров и направлений, свищи, сетки или цепочки пор, шлаковые или другие инородные включения, непровар в корне шва, межваликовые несплавления. Кроме того, бракуют сварные, швы, имеющие неЬровар при одностороннем шве без подкладного кольца глубиной более 10% толщины стенки трубы (если она не превышает 20 мм) и глубиной более 2 мм при толщине стенки свыше 20 мм, а также бракуют швы, имеющие одиночные поры, включения вольфрама размером свыше 10% толщины стенки (если толщина не превышает 20 мм) и размером более 2 мм (если толщина стенки свыше 20 мм) в количестве более трех на каждые 100 мм шва. Примерно такими же являются браковочные признаки для трубопроводов высокого давления. В сварных соединениях стальных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений допускаются непровары по сечению швов в соединениях, Доступных сварке с двух сторон глубиной до 5% толщины металла, но не более 2 мм при длине непровара не более 50 мм и общей длине участков непровара не более 200 мм на 1 м шва. Кроме того, возможны непровары в соединениях, доступных сварке с одной стороны (без подкладок), глубиной до 15% толщины металла, если она не превышает 20 мм. Допускается суммарная величина непровара, шлаковых включений и пор, расположенных отдельно нли цепочкой, не превышающая в рассматриваемом сечении при двухсторонней сварке 10% толщины свариваемого металла, но не более 2 мм, и при односторонней сварке без подкладок 15%, но не свыше 3 мм. —- Работоспособность сварных соединений и сварных конструкций в целом во многом определяется качеством сварных швов. Вопросы надежности работы сварных конструкций в настоящее время приобретают все большее значение из-за их эксплуатации при высоких -и низких температурах, в агрессивных средах, при больших рабочих напряжениях. При обработке материалов, в том числе и при сварке, практически всегда образуются различные дефекты. Вид дефектов и механизм их появления зависят от особенностей технологического процесса. При сварке плавлением образование дефектов определяется характером взаимодействия жидкого и твердого металлов, а также металлов с газами и шлаком. Жидкий металл растворяет определенное количество газов из воздуха и газообразных продуктов разложения электродного покрытия. Основными газами, влияющими на свойства металла и чаще всего присутствующими в металле, являются кислород, водород и азот. Водород физически растворяется в расплавленном металле, а кислород и азот с большим количеством металлов вступают в химическое взаимодействие. В процессе охлаждения вследствие снижения растворимости газов в металле происходит их выделение. В сварных соединениях встречается несколько групп дефектов. В зависимости от места нахождения и вида дефекты делятся на наружные и внутренние. К наружным дефектам относятся дефекты формы шва (неравномерные ширина и высота шва, бугры, седловины, разная высота катетов) и подрезы, прожоги, поджоги, наплывы, незаверенный кратер и вышедшие на поверхность газовые поры, трещины. К внутренним дефектам относятся трещины, непровары, поры, шлаковые включения, слипания. Процесс формирования шва и образования дефектов формы шва прежде всего связан с режимом сварки и пространственным положением сварного соединения. Основными элементами режима, влияющими на процесс формирования шва, являются величина, род и полярность тока, напряжение дуги и скорость сварки. Подрезы (рис. 83) представляют собой углубления в основном металле, идущие по краям сварного шва. Глубина подреза может достигать нескольких миллиметров. Причиной образования подрезов может быть большая сила тока и повышенное напряжение, смещение электрода относительно оси шва, неудобное пространственное положение шва при сварке, небрежность или недостаточная квалификация сварщика. Незаполнение углубления металлом и появление подреза определяются соотношением скорости кристаллизации металла шва и заполнения углубления жидким металлом. Поэтому устранить подрезы можно, уменьшив скорость кристаллизации или увеличив скорость заполнения углубления металлом. Обычно снижают скорость кристаллизации за счет уменьшения скорости сварки, предварительного подогрева деталей или применения многоэлектродной сварки, однако влияние предварительного подогрева, очевидно, связано не только со снижением скорости кристаллизации металла, но и с улучшением смачиваемости твердого металла расплавленным металлом вследствие меньшей разности температур между ними. Уменьшая рабочую толщину металла, подрезы являются местными концентраторами напряжений от рабочих нагрузок и могут привести к разрушению сварных швов в процессе эксплуатации конструкций. Причем более опасными являются подрезы, расположенные поперек действующих на них усилий в угловых и стыковых швах. При сварке на больших токах и высоких скоростях иногда отмечается отсутствие зоны сплавления между основным и наплавленным металлами. При сравнении этого дефекта с подрезами выясняется, что несплавления являются подрезами очень большой величины, а следовательно, и механизм их образования должен быть аналогичен механизму образования подрезов. Рис. 83. Подрезы а — в стыковом соединении; б —в горизонтальном шве. расположенном на вертикальной плоскости; в— в угловом шве таврового соединения Влияние подрезов на усталостную прочность зависит от глубины подреза, величины остаточных напряжений и вида сварного соединения. Так, у трубопроводов для горючих, токсичных и сжиженных газов не допускаются подрезы в местах перехода сварного шва к основному металлу глубиной более 0,1 толщины стенки грубы, но не более 1 мм. На одном стыке допускается подрез общей протяженностью не более 30 % длины шва. Сварные стыки трубопроводов, работающих при условном давлении от 10 до 100 МПа и температуре от —50 до 510 °С, бракуют при наличии подрезов в местах перехода от шва к основному металлу длиной более 20 % протяженности шва при наружном диаметре до 159 мм и длиной более 100 мм при наружном диаметре свыше 159 мм. Кроме того, сварные стыки трубопроводов бракуют при подрезах глубиной более 5 % при толщине стенки до 10 мм и глубиной более 1 мм при толщине стенки более 10 мм. Суммарное влияние подреза и увеличения растягивающих остаточных напряжений может привести к снижению предела выносливости вдвое. Рис. 84. Прожоги При повышении погонной энергии сварочной дуги увеличивается объем расплавленного металла. Если увеличение погонной энергии произошло за счет повышения силы сварочного тока, заметно возрастет и давление дуги. Поэтому при повышении погонной энергии возможно, что силы давления дуги и гидростатического давления станут больше сил поверхностного натяжения, что приведет к вытеканию металла и образованию прожогов (рис. 84). Причинами прожогов являются также неравномерная скорость сварки, увеличенный зазор. Прожоги появляются при сварке металла небольшой толщины, первого слоя в многослойных швах и при сварке вертикальных швов снизу вверх. Особенно часто прожоги возникают при сварке металла небольшой толщины, когда ширина сварочной ванны достигает значительных размеров и иногда превышает толщину металла. При сварке на весу можно избежать прожогов за счет уменьшения давления дуги и объема сварочной ванны, используя для этого импульсно-дуговую сварку. Существуют дефекты, называемые поджогами металла. Они возникают в процессе возбуждения дуги рядом с разделкой кромок. Этот дефект обязательно надо удалять, так как он является источником концентрации напряжений. В конце сварки при внезапном обрыве дуги образуется углубление, называемое кратером. Размеры кратера зависят от силы сварочного тока. Если сварку ведут без выводных планок, кратер следует тщательно заваривать и обрывать дугу на уже заваренном участке шва. Незаделанные кратеры оказывают неблагоприятное влияние на прочность сварного соединения, так как являются концентраторами напряжений. Не следует выводить кратер на основной металл, так как это приводит к образованию подрезов. При наличии в металле шва кратера в случае приложения вибрационной нагрузки снижение прочности сварных соединений из малоуглеродистой стали достигает 25%, а из низколегированной — 50%. Чрезмерная сила тока при длинной дуге и большой скорости сварки, увеличенный наклон сварного шва, неправильное манипулирование электродом, неудобное пространственное положение шва, выполнение вертикальных швов снизу вверх и недостаточный опыт сварщика могут привести к наплывам (рис. 85) расплавленного металла на нерасплавленный основной металл. Наплывы могут быть местными или иметь значительную длину. Рис. 85. Наплывы в швах а — горизонтальном; б — нахлесточного соединения; в — таврового соединения; г — стыковом или при наплавке валиков Рис. 86. Дефекты формы шва а — неравномерная ширина шва при ручной сварке; б — то же, при автоматической сварке: в — неравномерное усиление — бугры и седловины Неравномерная ширина швов, неравномерность усиления по длине шва, местные бугры и седловины (рис. 86) образуются из-за недостаточной квалификации сварщика, неправильных движений электрода, зависящих от зрительно-двигательной координации сварщика, а также в результате отклонений от заданных размеров зазора кромок при сборке. Рассмотренные дефекты формы шва снижают прочность сварных соединений и косвенно указывают на возможность возникновения внутренних дефектов. Образование пор (рис. 87) в металле сварных швов во многом определяется содержанием газов в металле, поэтому изучение вопросов распределения газов между металлом и газовой средой позволяет проектировать научно обоснованные технологические процессы и разрабатывать мероприятия по снижению пористости сварных швов. Металл сварочной ванны всегда содержит некоторое количество газа, которое попадает в него в процессе изготовления конструкции, вследствие нарушения защиты сварки или может образоваться в металле сварочной ванны в результате химической реакции. Интенсивность взаимодействия газов с металлами зависит от их химического сходства, температуры, давления, величины контактной поверхности. При сварке имеются условия, способствующие усилению взаимодействия газов с металлами — высокая температура, значительная контактная поверхность металл — газ при сравнительно небольшом объеме металла, интенсивное перемешивание металла, наличие электрических и магнитных полей. Поэтому содержание газов в металле шва бывает выше, чем в основном металле. Рис. 87. Пористость в наплавленном металле шва а — равномерная; б — п виде скоплений; в — в виде цепочки При некоторых условиях может произойти перенасыщение расплавленного металла газами, т. е. металл сварочной ванны будет находиться в нестабильном состоянии. Переход в стабильное состояние произойдет только в том случае, если находящийся в металле газ выделится из него в атмосферу или образует в нем газообразные пузыри. В сварочной ванне всегда имеются поверхности раздела между различными фазами — расплавленного металла со шлаком, неметаллическими включениями и твердым металлом. Однако известно, что наличие межфазных границ способствует образованию новой фазы. Пузырьки газа, появившиеся в сварочной ванне, вследствие разности плотностей металла и газа будут стремиться выйти на поверхность. Процесс удаления газового пузырька из сварочной ванны можно разделить на два этапа — перемещение пузырька к границе металл —газ или металл—-шлак и переход газового пузырька через межфазную границу. На поднимающийся пузырек помимо сил поверхностного натяжения, которые стремятся придать ему сферическую форму, действуют также силы трения и давление жидкости, стремящиеся деформировать пузырек. В итоге форма пузырька будет определяться соотношением действующих на него сил, величина которых, очевидно, зависит от размера всплывающего пузырька. Газовые пузырьки могут быть удалены из металла, пока он находится в расплавленном состоянии. Однако если они образуются в период кристаллизации металла сварочной ванны, то такие пузырьки останутся в металле в виде пор. Опасность возникновения пор увеличивается и вследствие скачкообразного уменьшения растворимости водорода и азота в металле при его затвердевании. Читать далее: Сварочные флюсы Сварочные электроды Общие сведения о сварке арматуры Противопожарные мероприятия при сварке Безопасность труда при сварке технологических трубопроводов Безопасность труда при сварке строительных металлических и железобетонных конструкций Защита от поражения электрическим током при сварке Техника безопасности и производственная санитария при сварке Управление качеством сварки Статистический метод контроля

Метод неразрушающего контроля для обнаружения внутренних дефектов внутри бетона

Метод неразрушающего контроля для обнаружения внутренних дефектов внутри бетона

---

Аннотация

В этом исследовании был проведен неразрушающий контроль с целью обнаружения внутренних дефектов бетона с использованием электромагнитного метода и метода ударного эха. Для определения характеристик и обнаруживаемых ограничений каждого метода был изготовлен образец.Для неразрушающего контроля использовались одна радиолокационная система и одна система метода ударного эхо-сигнала. Кусок пенополистирола (2´10 см), кусок дерева (2´10 см), кусок 50-миллиметровой оболочки, кусок 30-миллиметровой трубы из ПВХ и кусок стального стержня диаметром 25 мм были заделаны в образец бетона с соответствующим покрытием. толщины различались, а затем они были измерены для выявления внутренних дефектов в образце бетона. В результате проведения этого исследования было продемонстрировано, что электромагнитный метод эффективен для обнаружения стальных стержней, встроенных в бетон, но трудно обнаружить внутренние дефекты в бетоне с помощью электромагнитного метода, в то время как трудно обнаружить стальные стержни с помощью с использованием метода эхосигнала от удара, но метод эхосигнала от удара — это метод неразрушающего контроля, который эффективен для обнаружения полости, полости в задней части стального стержня в бетоне и определения толщины элемента.

Ключевые слова: Неразрушающий контроль, радиолокационная система, ударное эхо, бетон, внутренние эффекты

1. Введение

Поскольку в последнее время произошли различные неожиданные крупные аварии с гражданскими и архитектурными сооружениями, важной проблемой становится обеспечение эффективного обслуживания и безопасности существующих сооружений. Чтобы конструкция оставалась безопасной и доступной в любое время, ее следует периодически проверять и оценивать, а также принимать надлежащие и необходимые меры до того, как возникнет какая-либо проблема.Поэтому очень важно осмотреть конструкцию посредством точной проверки, правильно оценить такие результаты проверки и в дальнейшем установить надлежащие меры в зависимости от результатов такой оценки. Это исследование предназначено для определения применимости метода неразрушающих испытаний для оценки прочности конструкции путем измерения внутренних дефектов в бетонной конструкции.

Таким образом, в этом исследовании был проведен неразрушающий тест для обнаружения внутренних дефектов в бетоне с использованием электромагнитного метода и метода ударного эха.Между тем, для определения характеристик и обнаруживаемых ограничений каждого метода был изготовлен образец.

2. Основная тема

2.1 Принцип и характеристики электромагнитного метода
Принцип измерения радара с использованием электромагнитной волны основан на том факте, что когда электромагнитная волна, принадлежащая к микроволновому диапазону, проникает в любой объект или среду, на проникновение и отражение электромагнитной волны влияют электромагнитные характеристики и форма объекта. или средний.Когда электромагнитная волна излучается от передающей антенны к конкретному испытательному образцу, внутренние дефекты стальных стержней которого должны быть обнаружены в реальном процессе измерения, эта электромагнитная волна должна отражаться от граничной поверхности любого вещества, имеющего любые другие электромагнитные помехи. характеристики, такие как стальной стержень, полость или внутренний дефект, и далее достигать приемной антенны. Форму и материал встроенного объекта можно различить по отраженной форме волны электромагнитной волны.На рис. 1 кратко изображен процесс измерения с помощью радиолокационной системы.

При этом скорость (n) электромагнитной волны в образце бетона изменяется в зависимости от диэлектрической проницаемости, e _r , которая является электромагнитной характеристикой материала бетона.

(1)

Где C — скорость электромагнитной волны (3´108 м / с) в условиях вакуума, а er — диэлектрическая проницаемость бетона.

Рис. 1: Принципиальная схема радиолокационной системы.

Расстояние (D) от передающей антенны до встроенного объекта может быть получено с помощью уравнения 2 на основе времени распространения (T), когда падающая волна идет от передающей антенны к объекту, а затем отраженная волна возвращается от объект к приемной антенне.

(2)

2.2 Принцип и характеристики метода ударного эхо
В структуре, составляющие частицы которой большие, такой как бетонная структура, составляющие частицы заставляют волну сильно рассеиваться. Таким образом, в такой структуре сложно использовать метод ультразвуковых волн, который широко используется в области металлов. Поэтому предпочтительнее использовать метод с использованием в нем упругой волны. Метод ударного эхо-сигнала с использованием упругой волны — это метод, который используется для оценки качества, измерения толщины, обнаружения трещины и полости в конструкции путем воздействия на поверхность испытуемого образца для генерации объемной волны, и затем рассматривают форму объемной волны, которая отражается от любого разрыва или любой граничащей грани между слоями неоднородной среды и возвращается на поверхность.


2.3 Принцип и характеристики метода поверхностных волн
Метод поверхностных волн состоит в том, чтобы идентифицировать характеристики любого объекта (земли или конструкции) с помощью дисперсионной характеристики, согласно которой скорость распространения изменяется в зависимости от любого изменения длины волны волны Рэлея среди упругих волн, распространяющихся вдоль поверхности объекта. . Поверхностный метод основан на измерении и интерпретации поверхностной волны, рассеянной в слоистой структуре.Дисперсия поверхностной волны означает, что скорость распространения волны изменяется в среде, имеющей слоистую структуру, в зависимости от частоты (или длины волны) волны. Эта дисперсионная характеристика поверхностной волны объясняется распределением движения частицы среды в зависимости от ее глубины.


2.4 Метод ударных эхо-поверхностных волн
Чтобы оценить толщину и дефекты любой конструкции с помощью метода ударного эха, необходимо заранее знать скорость продольной волны в ее материале.Скорость продольной волны может быть определена с помощью метода ударного эха, для которого уже известны граничные условия и толщина. Однако такая конструкция, как туннель или плита перекрытия, обычно имеет только одну открытую поверхность и, следовательно, у нее нет локальной части, точная толщина которой известна. Вот почему из него собирается керн, из него получается скорость P-волны, а затем такая скорость P-волны применяется к методу ударного эха в качестве репрезентативного значения всей конструкции.Однако, в зависимости от обстоятельств, исходя из характеристик такой конструкции, как туннель, сердцевина не может быть извлечена из конструкции по той причине, что необходимо предотвратить любые проблемы с гидроизоляцией или любое повреждение, или физическое свойство. Стоимость бетона может быть разной в зависимости от позиций в одной и той же конструкции. Следовательно, нельзя считать, что скорость волны, полученная от сердечника, представляет собой всю структуру.

В качестве другого метода, используемого для получения скорости P-волны в конструкции, существует метод прямого измерения для получения скорости P-волны путем установки двух детекторов на поверхность конструкции и дальнейшего использования разницы во времени, которую P -волна достигает детектора и расстояния между двумя детекторами.Этот метод прямого измерения имеет преимущество в том, что относительно надежно определяет скорость продольной волны в том месте, где проводится эксперимент. Но для этого требуется сложное высокочувствительное оборудование, и с его помощью измеряется только скорость волны, распространяющейся по поверхности, и поэтому может быть ненадежным оценка скорости продольной волны, соответствующей всей толщине элемента, из часть, поверхность которой имеет дефекты.

Таким образом, в данном исследовании использовался метод ударного эхо-поверхностной волны (метод IE-SASW), в котором скорость продольной волны определялась с помощью поверхностного метода и затем применялась к методу ударного эхо-сигнала.Недостатком этого метода является использование коэффициента Пуассона материала в его применении, но он позволяет проводить полный неразрушающий контроль в том месте, где должен проводиться эксперимент, и, кроме того, скорость волны, соответствующая относительно средней части или всей толщины конструкции, а не скорости волны, распространяющейся по поверхности. Следовательно, он может преодолеть недостаток, который может иметь место при использовании метода прямого измерения.

3.Образец производственного испытания

На рис. 2 показан образец, изготовленный для эксперимента. Как показано на рис. 2, образец содержит кусок пенополистирола (2´10 см), кусок дерева (2´10 см), кусок трубки-оболочки (30 мм) и кусок трубы из ПВХ (30 мм) и два куска стальных стержней (25 мм) залиты бетоном, и эксперимент проводился как раз над такими объектами.

Рис. 2: Разрез образца.

4.Результаты эксперимента и анализ

4.1 Электромагнитный метод


Рис. 3: Результаты экспериментов с использованием электромагнитного метода в образце.

На рис. 3 показаны результаты обнаружения внутренних дефектов в образце электромагнитным методом. В результате обнаружения внутренних дефектов в бетоне образца с помощью электромагнитного метода не удалось обнаружить пенополистирол, дерево и трубу из ПВХ, а труба-оболочка оказалась похожей на стальной стержень.Таким образом, аналитически считалось, что в случае, если в бетоне существует какой-либо внутренний дефект, трудно отличить его материал и сам себя от стального стержня.

4.2 Метод ударных эхо-поверхностных волн
(a), (b), (c) и (d) на фиг. 4 иллюстрируют экспериментальные результаты с использованием метода ударных эхо-поверхностных волн в образце. (а) иллюстрирует экспериментальный результат между деревом и трубкой оболочки, показывая, что, когда скорость продольной волны экспериментального элемента предполагается равной 4000 м / с, толщина элемента получается как «глубина = VP / 2f = 4000 / (2´10752) = 0.186 м «, что соответствует фактической толщине элемента.

(а) Между деревом и трубкой-оболочкой

(б) Пенополистирол

(c) Древесина

(d) Труба из ПВХ

Рис. 4. Экспериментальные результаты с использованием метода ударных эхо-поверхностных волн в образце.

Если соответствующие положения встроенного пенополистирола и древесины рассчитываются этим методом, их глубина получается равной 6.8 см и 6,4 см соответственно, что приблизительно равно 6 см, фактической глубине заделки пенополистирола и дерева. Между тем, если рассчитать положение заделанной трубы из ПВХ, получится 9,2 см, что немного отличается от 8 см, фактической глубины заделанной трубы из ПВХ. Считается, что это происходит из-за того, что некоторая волна возвращается по трубе из ПВХ с круглой формой сечения.

5. Выводы

Целью данного исследования является определение характеристик и обнаруживаемых ограничений электромагнитного метода и метода ударного эха для обнаружения внутренних дефектов в бетоне.В результате экспериментов были сделаны следующие выводы;

1. В результате обнаружения внутренних дефектов в образце с помощью электромагнитного метода не удалось обнаружить пенополистирол, дерево и трубу из поливинилхлорида, залитую в бетон, а труба оболочки оказалась похожей на стальной стержень. Таким образом, аналитически считалось, что в случае, если в бетоне существует какой-либо внутренний дефект, трудно отличить его материал и сам себя от стального стержня.
2. В результате обнаружения внутренних дефектов в образце с помощью метода эхосигнала было обнаружено, что внедренный пенополистирол и древесина могут быть обнаружены относительно точно, но глубина заделанной трубы из ПВХ, по-видимому, немного отличается от глубины. реальная глубина оного. Считается, что это происходит из-за того, что некоторая волна возвращается по трубе из ПВХ, форма сечения которой является круглой.
3. В ходе этого исследования электромагнитный метод был идентифицирован как полезный метод для определения положения любого встроенного стального стержня, в то время как метод ударного эхо-сигнала был идентифицирован как очень эффективный метод для обнаружения полости и полости в задней части стальной стержень в бетоне и толщину элемента.В частности, считается, что при параллельном использовании метода ударного эха и метода поверхностных волн можно более точно обнаруживать внутренние дефекты в бетоне.

Благодарности

Это исследование было выполнено при поддержке среднесрочной и долгосрочной программы ядерных исследований и разработок, инициированной Министерством науки и технологий. Мы горячо признательны за такую ​​поддержку.

Список литературы

1. Чонг, К.П., Скальци, Дж. Б. и Диллон, О. В., «Обзор проектов и инициатив по неразрушающей оценке в NSF», Журнал интеллектуальных материалов, систем и структур, Vol. 1, pp. 422-431, October 1990.
2. Рим, Х. К. и Буюкозтюрк, О., «Электромагнитные свойства конкретного диапазона частот СВЧ», ACI Materials Journal, Vol. 95, No. 3, pp. 262-271, May-June 1998.
3. Buyukozturk O. и Rhim, H.C. «Моделирование рассеяния электромагнитных волн конкретными образцами», Исследование цемента и бетона, Vol.25, No. 5, pp. 1011-1022, 1995.

Фотографии отдельных индикаторов внешних дефектов и связанных с ними внутренних дефектов белого дуба

Лесная служба США
Забота о земле и служение людям

Соединенные Штаты Департамент сельского хозяйства

1. Фото-справочник отдельных индикаторов внешних дефектов и связанных с ними внутренних дефектов в белом дубе

   Автор (ы): Everette D.Раст; Джон А. Битон; Дэвид Л. Сондерман; Дэвид Л. Сондерман
   Дата: 1989
   Источник: Res. Пап. NE-628 Брумолл, Пенсильвания: Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Северо-восточная лесная экспериментальная станция. 24 п.
   Серия публикаций: Research Paper (RP)
   Station: Northeastern Research Station
   PDF: Скачать публикацию (6,65 МБ)
   
   Описание Для правильной классификации или сортировки бревен или деревьев необходимо уметь правильно определять индикаторы дефектов и оценивать влияние основного дефекта на возможные конечные продукты.Это руководство помогает человеку идентифицировать индикатор поверхностного дефекта, а также показывает прогрессирующие стадии дефекта на протяжении его развития для белого дуба. Он иллюстрирует и описывает девять типов индикаторов внешних дефектов и связанных с ними дефектов, которые особенно трудно оценить.
   Примечания к публикации
   • Посетите веб-сайт Северной исследовательской станции, чтобы запросить печатную копию этой публикации.
   • Наши онлайн-публикации сканируются и фиксируются с помощью Adobe Acrobat.
   • В процессе захвата могут возникнуть опечатки.
   • Пожалуйста, свяжитесь с Шэрон Хобрла, [email protected], если вы заметите какие-либо ошибки, которые делают эту публикацию непригодной для использования.
   • Мы рекомендуем вам также распечатать эту страницу и прикрепить ее к распечатке статьи, чтобы сохранить полную информацию о цитировании.
   • Эта статья была написана и подготовлена ​​государственными служащими США в официальное время и поэтому находится в открытом доступе.
   Цитата Раст, Эверетт Д.; Битон, Джон А .; Сондерман, Дэвид Л. 1989. Фотографическое руководство отдельных индикаторов внешних дефектов и связанных с ними внутренних дефектов в белом дубе. Res. Пап. NE-628 Брумолл, Пенсильвания: Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Северо-восточная лесная экспериментальная станция. 24 п.
   Процитировано
   Ключевые слова идентификация дефектов, фото гид, белый дуб, оценка качества
   Связанный поиск

   ---

   XML: Просмотр XML

Показать больше

Показать меньше

https: // www.fs.usda.gov/treesearch/pubs/21819

Анализ влияния внутренних дефектов на усталостные характеристики металлов, полученных аддитивным способом

Реферат

Технологии аддитивного производства (AM) быстро развиваются для создания уникальных сложных деталей с короткими сроками выполнения заказа . Для достижения промышленных стандартов для критически важных приложений, таких как биомедицинская и аэрокосмическая промышленность, детали AM должны обеспечивать требуемые механические характеристики. Это включает приемлемые усталостные характеристики из-за типичных циклических нагрузок, прикладываемых к этим деталям во время работы.На стойкость к усталостному разрушению в значительной степени влияет наличие дефектов, поскольку усталостные трещины часто начинаются на дефектах. В данной работе изучалось влияние условий обработки и постобработки на содержание дефектов в образцах L-PBF (Powder Bed Fusion) Ti – 6Al – 4V и 17–4 PH, а также влияние дефектов на усталостные характеристики Ti – 6Al – 4V. Образцы были проанализированы с использованием данных этого исследования и литературы. Несмотря на значительный разброс, для аналогичных машин AM с постоянной толщиной слоя и шагом штриховки оптимальная область уровня плотности энергии создавала меньшие дефекты.Количество критических усталостных дефектов в образцах обработанной поверхности Ti – 6Al – 4V значительно уменьшилось после HIPing, однако размер дефекта, инициирующего усталостное повреждение, несколько уменьшился. Газовые пористости, наблюдаемые в термообработанных образцах 17–4 PH, уменьшились в размере, но не полностью расплавились после HIPing. Усталостные характеристики были стабильно лучше для Ti – 6Al – 4V с пластинчатой ​​микроструктурой по сравнению с мартенситной микроструктурой с аналогичным размером дефекта. Влияние дефектов на усталостные характеристики оказалось преобладающим при увеличении срока службы, и меньший разброс наблюдался для образцов с более крупными дефектами.Статистика экстремальных значений (EVS) показала многообещающие результаты для оценки размера критических дефектов, связанных с усталостью.

Ключевые слова

Аддитивное производство металлов

Дефекты

Микроструктура

Усталостная долговечность

Статистика экстремальных значений (EVS)

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2020 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Влияние поверхностных и внутренних дефектов на механические свойства металлических стекол

На рисунке 1а показаны кривые напряжение-деформация при простых испытаниях на сдвиг для четырех образцов.Прочность разреза меньше, чем у нетронутого материала, хотя первоначальные упругие реакции практически идентичны. Срез имеет центральную микроструктуру, идентичную первоначальной микроструктуре, но ожидается, что область поверхности будет более мягкой из-за резкого образования поверхности при удалении ПБС. Однако прочность слепка немного выше, чем у нетронутого. Атомы вблизи поверхности обладают более высокой подвижностью, что дает больше времени для перестройки в конфигурации с более низкой энергией, что приводит к эффекту жесткости, как показано ниже.Облученный образец демонстрирует значительно меньшую жесткость и прочность по сравнению с другими образцами и демонстрирует более частые этапы активации (то есть внезапные дискретные падения напряжения) в начале испытания на сдвиг, чем другие образцы. Однако напряжение течения при большой деформации одинаково для всех четырех образцов после того, как цепи STZ проникают в образец, что согласуется с литературными данными ²⁷ .

Рисунок 1

Кривая напряжение-деформация сдвига для каждого образца ( a ) Кривая напряжения-деформации при простых испытаниях на сдвиг на четырех различных образцах: исходном, вырезанном, литом и облученном (слева направо).На вставках: распределение деформации атомного сдвига для каждого образца при 20% инженерной деформации сдвига. ( b ) Схема простых испытаний на сдвиг и разделение образцов на слои. Вертикальная ось — это ось z , которая является апериодической для литых и вырезанных образцов. Оранжевый: атомы Cu; пурпурный: атомы Zr. Горизонтальные виды в разрезе вырезанных ( c ) и литых образцов ( d ) при z = 0. Для визуализации положение локализации сдвига переводится в центр окна моделирования через периодические граничные условия. по оси ординат.{2}} {6}} $$

(1)

далее именуется деформацией атомного сдвига. Локализованная атомная деформация сдвига образцов при 20% приложенной деформации сдвига (вставка на рис. 1а) показывает, что отливка демонстрирует более высокую степень локализации сдвига, чем исходная. Однако разрез показывает гораздо меньшую степень локализации сдвига, чем исходный, как в центре, так и вблизи свободной поверхности. Этот результат свидетельствует о важности точного учета эффектов свободной поверхности при прогнозировании режимов деформации металлических стекол.Состояние поверхности реза и литья существенно влияет на степень локализации сдвига в центральных плоскостях, расположенных на расстоянии ~ 27 \ (\ AA \) от поверхностей (рис. 1c, d). Для сравнения: облученный имеет наименьшую локализацию сдвига. Наши результаты показывают, что на режим деформации наноразмерных образцов металлического стекла могут значительно влиять дефекты как снаружи (обработка поверхности), так и внутри (процессы облучения), несмотря на идентичный химический состав и скорость закалки.{2} \) (см. Дополнительную информацию). На рис. 2a – d представлена ​​пространственная корреляция \ ({\ eta} _ {xy} \) для нетронутого, вырезанного, отлитого и облученного, полученная для \ (d \ overrightarrow {r} = (dx, dy, 0) \ ). Сверху вниз показаны поля корреляции при инженерной деформации сдвига 5%, 10% и 20%. { 2} \) изотропны, как показано на дополнительных рисунках 1–8.Четвертая симметрия резко нарушается при запуске каскада STZ, и корреляционные функции образуют узкую полосу при деформации 20%. Напротив, как показано на рис. 2b и d, разрез и облучение имеют искаженную четырехкратную симметрию в направлении \ (dx \) при 5% деформации, что указывает на возникновение некоторых каскадов STZ при такой низкой деформации. Интересно, что локализация сдвига у облучаемого происходит вдоль одной и той же оси, тогда как ориентация локализации принимает направление оси \ (dy \) — в разрезе.Такое поведение может быть непосредственно визуализировано с помощью явно преобразованных сдвигом атомов (атомов с большими пластическими скачками, как формально определено позже) на дополнительных рисунках 3–4. После инициирования каскад STZ обычно идет в последовательном направлении, потому что концентрация напряжений вокруг эллипсоидального включения (такого как цепочка STZ) наиболее высока вблизи наиболее вытянутой вершины включения. Однако вырезанный образец имеет две отдельные области: жесткий центр и мягкую поверхность. В то время как начальная пластическая деформация и локализация сдвига происходят вблизи поверхности при низком приложенном напряжении, каскад STZ не может поддерживаться, поскольку необходимое напряжение для образования STZ значительно выше в центральной области.Новый каскад STZ зарождается по всей центральной области при более высоком напряжении; это может происходить в другом направлении. Подробную эволюцию корреляционной функции и атомов, очевидно трансформированных сдвигом, можно найти на дополнительных рисунках 1–8.

Рисунок 2

Иллюстрация пространственной корреляции деформации атомного сдвига каждого образца. Иллюстрации пространственных полей корреляции деформации сдвига атомов, \ ({{\ boldsymbol {\ eta}}} _ {{\ boldsymbol {xy}}} \), в (вверху) 5%, (посередине) 10% и ( Внизу) 20% инженерной деформации сдвига ( a ) нетронутой, ( b ) облученной, ( c ) вырезанной и ( d ) литой.

Чтобы исследовать структурное происхождение наблюдаемой пластической деформации, мы исследуем значения локальной жесткости образцов на основе плотности колебательных состояний (V-DOS), как показано на рис. 3. Более острые первые пики на V- DOS обычно коррелируют с участием меньшего количества низкочастотных мод в образце ¹⁷ . Как и ожидалось, исходя из прочности четырех образцов, первый пик отливки является наиболее резким, как показано на рис. 3а. Однако внутренние структурные дефекты облучаемого притупляют первый пик, что соответствует значительному увеличению доли низкочастотных мод.{-1} \), где \ ({\ rm {\ lambda}} \) определяет нормальный режим атомов (\ ({\ rm {\ lambda}}}) = ~ 1–3 N _до , где N _до обозначает общее количество атомов), \ ({\ overrightarrow {e}} _ {i} (\ lambda) \) представляет собственные векторы из матрицы Гессе, построенной из атомных возмущений (\ (i \) = ~ 1–3 N _до ), \ ({\ rm {\ Omega}} \) — это набор выбранных элементов, энергия колебаний которых \ (\ hslash w \) меньше, чем наименьшее значение 1% из 3.71 мэВ в чистом виде, а \ (n \) — мощность множества \ ({\ rm {\ Omega}} \) ¹⁸ . Мы используем одно и то же значение отсечки \ (\ hslash w \) для четырех образцов, чтобы учесть относительные различия в колебательных мягких пятнах между образцами. Чтобы учесть пространственное распределение колебательных мягких пятен вдоль апериодических осей, мы разделили образцы на слои, ортогональные поверхности, как показано на рис. 1б. Центральная плоскость направления слоя ( z -ось) установлена ​​на 0, а расстояния до каждого края нормированы на \ (\ pm 1 \).На рис. 3б показано изменение доли участия для 1% мод с наименьшей частотой колебаний через слои. Мы обнаружили, что усредненный коэффициент участия повышается у поверхности как для литья, так и для резки. Кроме того, вырез показывает более высокую степень участия вблизи поверхности, чем отливка, что связано с резким образованием поверхности. Как и ожидалось, исходный и облученный демонстрирует однородное распределение мягких пятен. В отсутствие свободной поверхности можно утверждать, что из-за большей доли колебательных мягких пятен зарождение СТЗ происходит более равномерно в облученном, чем в исходном, что в конечном итоге снижает степень локализации сдвига.Однако, хотя доля колебательных мягких пятен выше на литой поверхности, пластическая деформация не начинается вблизи поверхности, и степень локализации сдвига выше, чем в исходной. Это означает, что колебательные мягкие пятна не обязательно указывают на потенциальные места зарождения STZ для образцов со свободной поверхностью. Трехмерные изображения распределений долей участия образцов показаны на рис. 3c – f.

Рисунок 3

Колебательные плотности состояний и результирующее распределение долей участия.( a ) V-DOS нетронутой, вырезанной, отлитой и облученной. Следует отметить, что собственные моды, соответствующие 1% наименьшим собственным значениям, выбираются для расчета коэффициента участия. Собственные моды, участвующие в фиолетовой области, используются для вычисления доли участия. ( b ) Усредненная доля участия по слоям каждого образца. Трехмерное графическое представление распределения доли участия для ( c ) нетронутого, ( d ) ограненного, ( e ) литого и ( f ) облученного.

Затем мы исследовали пространственное распределение симметрии локальной ориентации, чтобы исследовать происхождение различных механических свойств в четырех образцах. Тесселяция Вороного, типичный метод определения многогранников Каспера, не может быть четко определена для апериодических границ из-за неоднозначности определения поверхности, охватывающей весь объем. Вместо этого мы приняли параметр BOO Q ₆ , который может быть определен только с соседними атомными расположениями ¹⁴ .Сначала мы исследовали корреляцию между Cu-центрированным Q ₆ и различными Cu-центрированными локально предпочтительными мотивами, а также геометрически неблагоприятными мотивами (GUM), известными для системы Cu ₆₄ Zr ₃₆ для первичной (рис. 4a). ) ⁶ . Поскольку Cu-центрированный икосаэдр известен как наиболее стабильный локальный кластер в выбранном химическом составе, мы попытались захватить локальные структуры из параметра BOO Q ₆ = 0,663, соответствующего идеальной икосаэдрической симметрии ¹⁵ .Мы определяем диапазон параметров BOO, чтобы включить слегка искаженные икосаэдры с центром в Cu, и проверяли корреляцию между икосаэдрическим порядком, найденным как из мозаики Вороного, так и параметром Q ₆ , как показано на рис. 4a – c и дополнительном рис. 9a, б. Определено, что диапазон Cu-центрированного Q ₆ включает такое же количество атомов, как общее количество Cu-центрированных полных икосаэдров из мозаики Вороного в исходной. В рассматриваемом диапазоне (\ ({{\ rm {Q}}} _ {6} \,> \, 0.57174 \)), атомы, выбранные Cu-центрированными икосаэдрами из мозаики Вороного, и атомы в выбранном диапазоне Q ₆ совпадают в 85% узлов, как показано на рис. 4c. Мы также обнаружили, что атомы Cu с более высокими параметрами Q ₆ , показанными белыми кружками, расположены в узлах с низкой долей участия, т. Е. На узлах с более высокой локальной структурной жесткостью, в исходном состоянии, как показано на рис. 4b и на рис. все образцы на дополнительном рисунке 10. Корреляция между Zr-центрированным Q ₆ и долей участия изображена на дополнительном рисунке.9а, где не видно сильной корреляции. Установив правомерность использования параметра Q ₆ для определения локального икосаэдрического порядка, мы вычисляем долю выбранных параметров Q ₆ , найденных вдоль слоя образца, содержащего свободные поверхности (рис. 4d). Мы обнаружили, что более стабильные микроструктуры, то есть более высокая локальная симметрия, развиваются около литой поверхности, за исключением самых внешних слоев. {2} \ rangle} {6t} $$

(4)

, где числитель — это определение среднеквадратичного смещения (MSD), 〈〉 символизирует среднее значение по всем атомам в отливке, а начальное время — t ₀ ³¹ .На рис. 5а представлены МСД во время 200 нс моделирования NVT при 700 К, полученные на крайнем и центральном слоях отливки. Атомы вблизи поверхности проходят значительно большие диффузионные расстояния, чем атомы вблизи центральной области. D вдоль апериодического слоя затем вычисляется с использованием последних 20 нс времени моделирования, как показано на фиг. 5b. Интересно, что D во внешнем слое в ~ 5 раз больше, чем в центральном слое. Это означает, что атомы у поверхности остаются подвижными даже ниже температуры стеклования.Следовательно, атомы вблизи поверхности испытывают гораздо более длительные эффективные времена структурной релаксации и образуют структуры с более высокой симметрией после процесса закалки. Отметим, что, когда вырезанный образец отжигается при 700 K в течение 200 нс, структурные свойства и механические характеристики становятся почти идентичными литому образцу, что также доказывает, что легкая диффузия атомов на поверхностях отвечает за более высокую структурную симметрию и более жесткую механическую прочность. реакция литой поверхности, как показано на дополнительном рис.11. Поскольку такой процесс релаксации происходит намного медленнее при 300 K, мы наблюдаем значительно меньшие изменения структурных и механических свойств после отжига 300 K.

Рис. 5

Среднеквадратичное смещение и результирующая самодиффузия отливки при 700 К. ( a ) СКО всех атомов в отливке как функция времени отжига. ( b ) Самодиффузия по слоям отливки.

На рисунке 6 представлена ​​корреляция между событием необратимой перегруппировки атомов и мягкими пятнами, основанная на анализе доли участия.{2} \), показанный пунктирной линией пурпурного цвета, как показано на дополнительном рис. 12. На рис. 6а представлено распределение количества пластических событий вдоль апериодической оси. В огранке наиболее вибрирующие мягкие пятна, окрашенные в красный цвет, подвергаются пластическому воздействию, в то время как меньшая часть сильно колебательных мягких пятен подвергается такому же воздействию в отливке. В то время как пластические события сначала локализуются вблизи поверхностей, а затем переходят к центральной области для разреза, отливка демонстрирует доминирующие пластические события вдали от поверхности из-за более низкой структурной симметрии (нижняя BOO) в центральной области (см. Дополнительные рисунки 3–2). 6 для подробностей).Как показано на рис. 6b, разрез демонстрирует частую пластическую перестройку под действием поверхности в начале приложения деформации. Облученный же демонстрирует равномерное распределение пластического скачка по всем слоям. Временная эволюция распределений пластических скачков для четырех образцов проиллюстрирована на дополнительном рис. 13. Заметим, что ширина явно преобразованных сдвигом атомов вблизи поверхности среза остается почти такой же на уровне ~ 15 \ (\ AA \), до тех пор, пока каскад СТЗ полностью не проникнет в центральную область.Другими словами, разупрочнение от резкого поверхностного образования распространяется на ~ 15 \ (\ AA \) от поверхности. Следовательно, для металлических стекол при атомистическом моделировании с размерами, сопоставимыми с глубиной размягчения, степень локализации сдвига будет существенно затронута.

Рисунок 6

Распределение неаффинных смещений и результирующих необратимых (пластических) скачков во время испытаний на простой сдвиг. ( a ) Среднее количество необратимых скачков по слоям каждого образца.Иллюстрации необратимых скачков и распределения долей участия на поверхностном слое ( b ) пропила и ( c ) литья. Черные кубики указывают на атомы, испытывающие необратимые скачки. Тонкие слябы вырезанных и литых образцов имеют толщину 5 \ (\ AA \).

Мы ожидаем аналогичного эффекта от размягчения поверхности для образцов металлического стекла, испытанных в экспериментах. Для наностолбиков, экспериментально полученных методом сфокусированного ионного пучка (FIB), глубина размягчения будет значительно выше, что объясняет повышенную пластичность образца FIB при масштабе 100 нм ³² .Напротив, структуры диаметром 300 нм или более не показывают значительных изменений в деформационном поведении при сжатии или растяжении независимо от повреждения ФИП, что позволяет предположить, что повреждение ФИП влияет на локальную симметрию в области, намного меньшей, чем 300 нм ^23,32,33 . Напротив, значительная пластичность при масштабе 400 нм была достигнута, когда внутренняя часть образца также была повреждена в результате серии процессов облучения протонами ¹⁰ . Наши модели отжига на вырезанном образце (дополнительный рис.11) подразумевают, что повреждение поверхности ФИП может быть восстановлено после длительного процесса релаксации при высокой температуре, а критический размер для прерывистой деформации до однородной ^23,33 может быть увеличен.

Поверхностные и внутренние дефекты при литье под давлением

В процессе литья под давлением могут возникнуть несколько дефектов, которые могут существенно повлиять на качество готового материала. Возникновение таких дефектов в литых материалах объясняется ограничениями конструкции пресс-формы и множеством других факторов, связанных с процессом литья под давлением.

Дефекты возникают с материалом на любых этапах процесса, таких как литье под давлением, предварительная чистовая обработка, операции механической обработки и чистовая обработка поверхности. Дефекты, которые обычно возникают в процессе литья под давлением, делятся на две категории: внутренние и поверхностные. Ниже описаны некоторые типы дефектов, которые встречаются в обеих этих категориях.

Поверхностные дефекты

Поверхностные дефекты, возникающие в процессе литья под давлением, вызывают ухудшение качества поверхности детали и ее эстетического качества.Они заметны при сравнении с внутренними дефектами.

Это наиболее часто встречающиеся дефекты при литье под давлением, связанные с неравномерностью потока и низкими температурами. Он также содержит множество других дефектов, таких как следы текучести или отсутствие материала. Этот дефект может привести к ухудшению или неполному качеству поверхности детали.

Расслоение — это дефект, который возникает из-за наложения двух слоев, которые остаются разделенными на этапе заполнения. После отливки трудно распознать ламинацию.Этот дефект чаще всего возникает на поверхности во время галтовки и пескоструйной обработки.

Волдыри — это дефекты, возникающие на этапе заполнения формы. Воздух, который остается в компоненте после выброса через вентиляционные отверстия и клапаны, может вызвать образование полостей под высоким давлением. Волдыри могут стать причиной ослабления прочности компонента.

Внутренние дефекты

Внутренние дефекты, возникающие в процессе литья под давлением, могут привести к ослаблению структурного сопротивления компонента.

Газовая пористость — это часто встречающийся внутренний дефект в процессе литья под давлением. Он возникает из-за возникновения турбулентности во время фазы заполнения процесса. Высокоскоростное заполнение жидкостью приведет к проникновению воздуха и газов, которые задерживаются во время затвердевания. Эти воздушные ловушки создают полости, разрушающие внутренние секции модуля.

Дефекты усадочной пористости возникают на стадиях затвердевания и охлаждения в процессе литья под давлением. Материалы часто смещаются в сторону более холодных участков, что приводит к разнице температур между литой поверхностью и сердечником, что приводит к образованию полостей внутри отлитого под давлением изделия.

Визуализация внутренних дефектов древесины, модифицированной полимером, с использованием метода полной фокусировки

Модификация полимера может улучшить стабильность и коррозионную стойкость древесины, но может создать дефекты внутри древесины во время обработки модификации. Обнаружение дефектов внутри модифицированной полимером древесины может снизить потери древесины и предотвратить возникновение дефектов. Моделирование данных и томографическая визуализация внутренних дефектов полимер-модифицированной древесины проводились с использованием электромагнитных волн с неразрушающим контролем.В рамках этого исследования были построены модели древесины, модифицированной полимером, смоделирована волна электромагнитного рассеяния, и использовался метод полной фокусировки для выполнения томографии дефектов в древесине, модифицированной полимером. Путем анализа характеристик изображения различных типов дефектов доказана эффективность электромагнитных волн для обнаружения внутренних дефектов полимерно-модифицированной древесины. Этот метод может быть расширен для проверки внутренних дефектов других высокомолекулярных полимеров.

1. Введение

В качестве возобновляемого материала древесина широко используется в различных областях, таких как строительство, отделка и энергетика.Однако такие дефекты древесины, как коробление, трещины и гниль, вызванные изменением внешней температуры и влажности, привели к серьезным экономическим потерям в производстве древесины [1]. С целью уменьшения дефектов древесины и улучшения ее физико-химических свойств в начале 20 века началась модификация древесины [2, 3]. Стабильность и коррозионная стойкость модифицированной полимером древесины были значительно улучшены по сравнению с древесиной, модифицированной другими методами модификации, и постепенно стали основным методом модификации древесины [4, 5].Модифицированная полимером древесина находит широкое применение в строительстве и производстве деревянных изделий для наружного применения. Однако дефекты могут возникать внутри древесины во время обработки или обслуживания, и обнаружение дефектов внутри модифицированной полимером древесины может снизить потери и предотвратить возникновение дефекта заранее [6].

Технология неразрушающего контроля позволяет обнаруживать дефекты древесины путем сравнения различий физических или химических характеристик [7]. Такие методы, как обнаружение электромагнитных волн, лазерное обнаружение, инфракрасное обнаружение, ультразвуковое обнаружение, ядерный магнитный резонанс и обнаружение рентгеновских лучей, широко используются в обнаружении металлических дефектов, георадиолокации, медицинской визуализации и других областях [8–10 ].Существуют различные методы обнаружения модифицированной полимером древесины, такие как инфракрасное обнаружение, ультразвуковое обнаружение, обнаружение волн напряжения и обнаружение рентгеновских лучей [11–13]. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки, но не существует единого метода, который мог бы легко и эффективно обнаружить внутренние дефекты модифицированной полимером древесины. Инфракрасный метод обнаружения обнаруживает внутренние дефекты модифицированной полимером древесины по феномену аномального повышения температуры, но на него сильно влияют факторы окружающей среды.Солнечный свет, воздушный поток, температура и влажность воздуха, а также поверхностный ток утечки будут влиять на сигналы обнаружения метода инфракрасного обнаружения [14]. Для метода ультразвукового обнаружения требуется связующий агент и необходимо выбрать зонд, соответствующий акустическому импедансу, который требует тесного контакта с поверхностью испытуемых образцов, что ограничивает диапазон его применения [15]. Для обнаружения волн напряжения необходимо, чтобы датчики были прибиты к модифицированной полимером древесине, что может привести к ее повреждению. Оборудование для рентгеновского контроля стоит слишком дорого, а также имеет проблемы с безопасностью; е.g., при неправильном использовании может вызвать радиационное повреждение человеческого тела [16].

В этой статье метод полной фокусировки был применен для инверсии изображения данных о распространении электромагнитных волн в композитном изоляторе с целью неразрушающего контроля. Метод полной фокусировки в основном используется в системах ультразвукового контроля с фазированной решеткой; этот метод широко используется во многих областях, таких как разведка нефти и испытания промышленных продуктов [17, 18]. Принцип заключается в последовательном суммировании всех элементов для фокусировки в каждой точке области реконструкции изображения.Этот метод позволяет определять различные сети реконструкции и достигать высокоточной реконструкции [19, 20].

2. Метод

Метод полной фокусировки собирает данные методом полного матричного захвата, а этап сбора данных заключается в записи сигналов между всеми элементами массива, как показано на рисунке 1. Сигналы, собранные передающим элементом и принимающим элементом обозначаются символами, где и, соответственно, представляют положения элементов передающей матрицы и элементов принимающей матрицы.Если представляет общее количество элементов, набор данных определяется как. Что касается восстановления любой точки выборки в области решения, это может быть дано следующим образом.

В формуле c — скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, — относительная диэлектрическая проницаемость фоновой среды (при условии, что модифицированный полимером древесный материал является однородным и изотропным) [21, 22] и равен постоянная времени. Процесс расчета эквивалентен сосредоточению внимания на каждой точке.

Постоянная времени состоит из двух частей: одна из программ моделирования gprMax, а другая зависит от длины волны возбуждаемой электромагнитной волны. В программе моделирования gprMax существует «нулевая зона» начального времени излучения, и в этой области не излучаются электромагнитные волны. То есть электромагнитная волна начинает излучать позже нулевого времени. В результате построения изображения данные каждой точки отбора проб берутся из значения на пике волны Рикера, которое соответствует λ / 2c.Постоянная времени, соответствующая электромагнитной волне с частотой 1 ГГц, равна 1,6121 нс.

Определенная точка передачи элемента массива электромагнитных волн передает сигнал, который принимается всеми другими точками приема, что означает, что «один передает, а другие принимают» сигнал электромагнитной волны. Этот процесс повторяется для всех элементов массива, что означает «пошаговая передача, полный фокус».

Акрилонитрил — хорошее вспучивающееся вещество для древесины, которое можно использовать для пропитки пластифицированной древесины для повышения ее размерной стабильности.В этой статье древесина, модифицированная акрилонитрилом, была взята в качестве примера для разработки модели моделирования дефекта, и ее коэффициенты были установлены на диаметр формы 0,18 м, относительную диэлектрическую проницаемость 8, тангенс угла диэлектрических потерь 0,0038, объем удельное сопротивление, удельное поверхностное сопротивление и температура тепловой деформации 307 ° C. Двумерная пространственная модель области решения (0,2 м, 0,2 м) была разработана с использованием программы моделирования gprMax на окружности с центром (0.1 м, 0,1 м) и радиусом 0,09 м, N = 16 элементов массива, которые были расположены на одинаковом расстоянии, и каждый элемент массива имел передатчик и приемник. Передатчик последовательно излучает волну Рикера с частотой f = 1 ГГц, и функция формы волны принимается всеми приемниками. Временное окно.

3. Экспериментальные результаты и анализ

В данном исследовании в качестве образца для исследования была взята круглая модель дерева, модифицированная полимером, с заданными дефектами. Электромагнитная волна использовалась для моделирования неразрушающего контроля древесины, модифицированной полимером.Положение, размер, форма и другая связанная информация о дефектах была получена с помощью электромагнитной волны, распространяющейся в среде. В частности, это связано с влиянием типа, положения, формы и количества дефектной среды на инверсионную визуализацию метода полной фокусировки электромагнитных волн.

3.1. Имитационная визуализация одиночного кругового дефекта воздуха

Внутренние дефекты модифицированной полимером древесины были заданы как круговой диаметр воздуха 0,02 м и центр круга в точке (0.1м, 0,1м). Как показано на рисунке 2, модель была смоделирована с помощью программного обеспечения gprMax. Результаты инверсии показаны на рисунке 3. Как показано на рисунке, воздушный дефект (слаборассеянный) был нечувствителен к рассеянию электромагнитных волн, на 16 элементах массива были очевидные яркие пятна, а информация о положении дефекта не была очевидна. .

3.2. Имитационная визуализация одиночного круглого металлического дефекта

Чтобы исследовать проблему, заключающуюся в том, что визуализация воздушного дефекта не была очевидной, дефект был установлен на круглый металл с диаметром 0.02 м, а центр круга — (0,1 м, 0,1 м). На рисунке 4 показана модель, смоделированная с помощью программы gprMax. Результаты инверсии показаны на рисунке 5. Как показано на рисунке 5, металлические дефекты (сильные рассеиватели) были чувствительны к электромагнитным волнам, и метод полной фокусировки позволяет четко и точно отображать металлические дефекты.

3.3. Улучшение метода полной фокусировки слабых рассеивателей

Путем сравнения данных A-сканирования модели металлических дефектов, модель дефектов воздуха и модель отсутствия дефектов в одном и том же массиве показаны на рисунке 6.Было обнаружено, что кривые модели металлического дефекта и модели воздушного дефекта были аналогичны кривым бездефектной модели в диапазоне от 0 до 2,57 нс, где данные поступали из сигналов электромагнитных волн, излучаемых передатчиком в точке тот же элемент массива, который получатель не получил напрямую через рассеиватель. В диапазоне от 2,57 нс до 4 нс кривая модели металлического дефекта значительно отличалась от кривой бездефектной модели, а разница между воздушной моделью дефекта и бездефектной моделью была небольшой, где данные были из данных поля рассеяния электромагнитной волны в процессе распространения среды.В диапазоне от 4 нс до 8 нс кривые трех моделей были похожи, а амплитуда флуктуации данных была намного меньше, чем флуктуация данных в диапазоне от 0 до 4 нс, где данные исходили из рассеяния по окружности. фоновой среды.

Как показано на рисунке 7, после вычитания данных модели металлических дефектов и данных модели отсутствия дефектов были получены данные поля рассеяния для модели металлических дефектов. После вычитания данных модели дефектов воздуха и данных модели отсутствия дефектов были получены данные поля рассеяния для модели дефектов воздуха.Сравнивая кривые двух моделей, можно обнаружить, что данные поля рассеяния двух моделей не равнялись нулю в диапазоне от 2,7 до 4 нс, а интенсивность поля рассеяния металлического дефекта в диапазоне от 0 до 2,57 нс была равной. намного больше, чем напряженность поля рассеяния воздушного дефекта, а поле рассеяния воздушного дефекта было аналогично напряженности поля рассеяния в диапазоне от 2,57 до 4 нс.

Поскольку мы заботились только о данных поля рассеяния на дефекте и должны были максимально исключить данные поля рассеяния из фоновой среды, мы предварительно обнуляем данные рассеянного поля в диапазоне от 0 до 2.57 нс и от 4 до 8 нс, а затем было выполнено вычисление инверсии изображения с методом полной фокусировки. Изображение модели дефекта воздуха после предварительной обработки показано на рисунке 8.

3.4. Имитация изображений воздушных дефектов в различных формах и положениях

Внутренние дефекты модифицированной полимером древесины были установлены в виде круглой формы с диаметром 2 см и центром круга (0,1 м, 0,05 м), как показано на рисунке. 9 (а). Рисунок 9 (b) показывает, что прямоугольный воздушный зазор имеет длину щели 0.1 м и шириной 0,02 м. Координаты вершин: A (0,05 м, 0,099 м), B (0,05 м, 0,101 м), C (0,15 м, 0,101 м) и D (0,15 м, 0,099 м), с использованием программного обеспечения gprMax для разделения двух модели и выполнить имитационные расчеты, как показано на рисунке 9 (b). Результаты инверсии показаны на рисунках 10 (а) и 10 (б). Вычисление инверсии метода полной фокусировки может точно обнаружить информацию о форме дефектов, но информация о положении инверсионного изображения имеет определенную ошибку по сравнению с моделью.Положение дефекта при моделировании сравнивалось с положением модели, и было обнаружено, что он повернулся примерно на 12,5 ° по часовой стрелке с центром модели в качестве центра.

(a) Схема модели кругового дефекта
(b) Схема модели щелевого дефекта
(a) Схема модели кругового дефекта
(b) Схема модели щелевого дефекта
(a) Визуализация кругового дефекта с инверсией
(b) Визуализация с инверсией щелевых дефектов
(a) Визуализация с инверсией круговых дефектов
(b) Визуализация с инверсией щелевых дефектов

3.5. Имитационное моделирование множественных кольцевых дефектов воздуха

Внутренние дефекты модифицированной полимером древесины были определены как две круглые воздуховоды диаметром 0,02 м с центрами A (0,05 м, 0,1 м) и B (0,15 м, 0,1 м). м), соответственно, как показано на рисунке 11 (а), с тремя диаметрами 0,02 м. Круглый воздух с центрами A (0,7 м, 0,7 м), B (0,10 м, 0,13 м) и C (0,13 м, 0,07 м), как показано на рисунке 11 (b), был получен с использованием программного обеспечения gprMax для разделения расчет моделирования двух моделей. Результаты инверсии показаны на рисунках 12 (а) и 12 (б).Расчет инверсии метода полной фокусировки может обнаруживать информацию о множественных круговых дефектах, но информация о местоположении имеет ошибку около 12,5 °.

(a) Схема модели дефекта с двумя кругами
(b) Схема модели дефекта с тремя кругами
(a) Схема модели дефекта с двумя кругами
(b) Схема модели дефекта с тремя кругами
(a) Визуализация дефекта с инверсией двойного круга
(b) Визуализация дефекта с инверсией трех кругов
(a) Визуализация дефекта с инверсией двойного круга
(b) Визуализация дефекта с инверсией трех кругов

3.6. Обсуждение и анализ

В этом исследовании использовался метод полной фокусировки для восстановления данных поля рассеяния электромагнитных волн, который инвертировал пространственные изображения рассеивателя из сигналов во временной области от всех комбинаций передающих-приемных элементов решетки. Результаты моделирования показали, что данные поля рассеяния могут быть восстановлены в каждой точке выборки в пространстве с использованием метода полной фокусировки, так что положение, в котором значение поля рассеяния было заметно, образовывало «яркое пятно» для достижения цели построения изображения.Сила «яркого пятна» зависела от интенсивности рассеяния рассеивателя на электромагнитной волне, а металлический рассеиватель имел лучший визуализирующий эффект, чем воздушный рассеиватель. Чтобы решить проблему, заключающуюся в том, что изображение воздушного рассеивателя не было идеальным, данные прямых волн в рассеянном поле были предварительно обработаны, а затем был выполнен расчет изображения инверсии. Предполагалось, что отклонение между результатами моделирования модели зазора и модели с несколькими кругами и положением рассеивателя в модели будет устранено за счет увеличения элементов решетки передачи-приема ( N > 16).

4. Заключение

В этой статье задача визуализации внутренних дефектов модифицированной полимером древесины была реализована путем прямого моделирования электромагнитной волны и расчета инверсионного изображения методом полной фокусировки. Путем измерения рассеянных волн, генерируемых на границе нормальной ткани и дефекта внутри модифицированной полимером древесины, тип, расположение, форма и количество внутренних дефектов, отображаемых модифицированной полимером древесины, были распознаны в соответствии с различиями в амплитуде и скорости. распространения электромагнитных волн внутри различных сред.Схема подтвердила возможность использования метода полной фокусировки, предложенного в данной статье, для реализации инверсионного изображения внутренних дефектов древесины, модифицированных полимером. Результаты экспериментов показали, что программа gprMax может корректно моделировать полимерный материал и внутренние дефекты. Численные результаты могут быть использованы для инверсионной визуализации. Интенсивность рассеяния металлических дефектов на электромагнитных волнах была большой. Точные изображения дефектов можно получить непосредственно при инверсии метода полной фокусировки, но для дефектов, находящихся в воздухе, интенсивность рассеянного поля на границе раздела была намного меньше, чем интенсивность прямой волны, в результате чего яркое пятно становилось сильнее. чем дефект элемента массива в инверсном изображении.После того, как данные прямой волны на каждой матрице точек были обнулены, инверсия сфокусированного изображения была значительно улучшена для достижения точного обнаружения дефектных изображений. В данной статье с использованием технологии электромагнитных волн для прямого моделирования и расчета инверсионных изображений внутренних дефектов древесины, модифицированной полимером, была реализована цель неразрушающего контроля внутренних дефектов древесины, модифицированной полимером. Метод был прост в эксплуатации и быстр в расчетах изображений. Он может служить основой для обнаружения внутренних дефектов в других типах полимерных продуктов или материалов.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Выражение признательности

Эта работа финансировалась Национальной программой ключевых исследований и разработок (грант № 2017YFD0600101), Китайским фондом постдокторантуры (грант № 2018M640288) и Постдокторским фондом провинции Хэйлунцзян (грант №LBH-Z18004).

Обнаружение внутренних дефектов округлой формы в трубах с помощью системы контроля вращающихся труб

Производство бесшовных труб и формовка труб

Типичным дефектом бесшовной трубы является внутренний дефект округлой формы, также называемый канавкой с круглым дном (RBG). Эти дефекты могут возникать в процессе производства бесшовных труб или после их формования. Инспекторам необходимо идентифицировать и оценивать эти следы на трубах, используемых в нефтегазовой промышленности.

Рис. 1. Типичный дефект округлой формы

Внутренние дефекты округлой формы похожи на уменьшение толщины стенки, но при ультразвуковом контроле (УЗ) они ведут себя иначе.В результате эти дефекты требуют уникальной стратегии проверки.

Проблемы обнаружения внутренних дефектов округлой формы в трубах

Выявление внутренних дефектов округлой формы в процессе контроля может быть сложной задачей, поскольку округлая форма заставляет ультразвуковые волны отражаться во многих направлениях. Это дает слабый сигнал, аналогичный потерям в муфте, даже если энергия все еще передается через сталь на внутреннюю поверхность трубы.

Рисунок 2: Отражение ультразвука от дефекта округлой формы

Эффективное обнаружение внутренних дефектов округлой формы

Система контроля вращающейся трубы (RTIS) Olympus обнаруживает дефекты округлой формы с использованием специального алгоритма и 2D-картирования внутренней поверхности трубы с высоким разрешением.Этот метод работает путем комбинирования амплитудного сигнала от внутренней стенки и эхо-сигнала границы раздела. Сигнал объединяется с использованием определенных параметров для задания контура неполного обнаружения дефекта, как показано на рисунке 3 ниже.

Рис. 3: Типичное обнаружение дефекта округлой формы с использованием алгоритма RTIS Olympus

Чтобы идентифицировать образец дефекта, система анализирует информацию с использованием параметров алгоритма. Когда определенное количество сигналов тревоги присутствует в одном и том же движущемся окне, система подтверждает дефект RBG.

Полученные результаты

Подтвержденные дефекты отображаются в специальном отображении и выводятся на ПЛК и на уровень 2 с помощью настраиваемого сигнала тревоги.