Методы неразрушающего контроля качества для исследования и оценки прочностных характеристик и химического состава материалов

Строительных конструкций.

1. Механические методы неразрушающего контроля:

1.1. Метод местных разрушений – основан на местном ослаблении несущей способности конструкций:

1.1.1. Прочность на растяжение по ГОСТ 1497-84;

1.1.2. Прочность на сжатии цилиндрических образцов по ГОСТ 10180-90;

1.1.3. Метод на отрыв по ГОСТ 22690-88;

1.1.4. Метод отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690-88;

1.1.5. Метод скалывания ребра по ГОСТ 22690-88.

1.2. Метод упругого отскока. Основан на существующей зависимости между параметрами характеризующие упругие свойства материала и параметрами определяющими прочность на сжатие.

1.3. Метод пластических деформаций. Основан на зависимости размеров отпечатка на поверхности элемента полученного при вдавливании индикатора, статическим или динамическим воздействием от прочностных характеристик материала.

1.4. Метод ударного импульса. Боек, имеющий сферическую поверхность ударника, под действием пружины ударяется о поверхность бетона, при этом вся энергия удара (не считая тепловых потерь) расходуется на упругие и пластические деформации бетона. В результате пластических деформаций образуется лунка, а упругих - возникает реактивная сила F. Чем выше пластические свойства бетона, тем большая часть энергии удара расходуется на пластические деформации, увеличивается время действия удара и уменьшаются прочностью свойства бетона; и наоборот, чем выше упругие свойства, возрастает величина силы F, сокращается время действия удара и увеличивается прочность бетона. Т.е. при нормированном ударе величина реактивной силы F и длительность действия удара могут служить показателями прочности материала, по которому наносится удар. Однако замерить силу F и время действия удара прямым путем технически сложно.

2. Акустический метод неразрушающего контроля:

2.1. Ультразвуковой метод – построен на изучении характера распространения ультразвука в материалах:

2.2.1. Метод сквозного прозвучивания, когда излучатель, возбуждающий колебания, и при­емник, воспринимающий их, расположены с противоположных сторон ис­следуемого объекта (рис.A, а, б). Направление ультразвукового луча по отношению к поверхности материала может при этом быть как нормаль­ным, так и наклонным;

2.2.2. Эхо-метод, когда излучатель и приемник располагаются на одной и той же стороне, что особенно существенно при возможности лишь од­ностороннего доступа к объекту (рис.A, в). Кроме того, эхо-метод удобен при исполь­зовании не двух, а одного приемо-передающего преобразователя, который последовательно посылает упругие волны и сам же принимает их отраже­ния.

Рис.A. Способы прозвучивания:

а - сквозное прозвучивание нормально к поверхности элемента; б - диагональное прозвучивание: в - эхо-метод;

1 — прозвучиваемый элемент; 2 — излучающая пьезоэлектрическая пластинка; 3 - пьезопластинка, воспринимающая колебания; 4 - призма из оргстекла; 5 - направление прозвучивания; 6 - выявляемый дефект; 7 - теневая зона

2.2. Ударный (ударно-акустический) метод. При использовании ударно-акустического метода определяют скорость распространения ударной волны в бетоне на заданном участке в пределах акустической базы. Данный метод основан на изменении скорости распространения единичных импульсов, возбуждаемых ударом легкого молотка или специальными приспособлениями, например электрического действия, для нанесения небольших ударов заданной силы. Для приема и регистрации сигналов может быть использована та же аппаратура, что и при ультразвуковом импульсном методе. Ударный метод применяют при обследовании массивных конструкций: гидротехнических сооружений, дорожных и аэродромных покрытий и т.д. Принцип действия ударного метода заключается в следующем: по обследуемой конструкции производится удар. Ударная волна воспринимается пусковым звукоприемником, включающим микросекундомер. При прохождении волны через выключающий звукоприемник – микросекундомер выключается. Прочность бетона определяется по градуировочной зависимости.

3. Радиационный метод неразрушающего контроля:

3.1. Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА). Один из современных спектроскопических методов исследования веществ с целью получения его элементного состава, то есть его элементного анализа. С помощью него могут анализироваться различные элементы от берилия (Ве) до урана (U). Метод РФА основан на сборе и последующем анализе спектра, полученного путем воздействия на исследуемый материал рентгеновским излучением. При облучении атом переходит в возбужденное состояние, сопровождающееся переходом электронов на более высокие квантовые уровни. В возбужденном состоянии атом пребывает крайне малое время, порядка одной микросекунды, после чего возвращается в спокойное положение (основное состояние). При этом электроны с внешних оболочек либо заполняют образовавшиеся вакантные места, а излишек энергии испускается в виде фотона, либо энергия передается другому электрону из внешних оболочек (оже-электрон). При этом каждый атом испускает фотоэлектрон с энергией строго определенного значения, например железо при облучении рентгеновскими лучами испускает фотоны Кα = 6,4 кэВ. Далее соответственно по энергии и количеству квантов судят о строении вещества. После попадания на детектор фотоэлектрон преобразовывается в импульс напряжения, который в свою очередь подсчитывается счетной электроникой и наконец передается на компьютер. По пикам полученного спектра можно качественно определить какие элементы присутствуют в образце. Для получения точного количественного содержания необходимо обработать полученный спектр с помощью специальной программы калибровки (количественной градуировки прибора). Калибровочная программа должна быть предварительно создана с использованием стандартных образцов, чей элементный состав точно известен. Упрощенно, при количественном анализе спектр неизвестного вещества сравнивается со спектрами полученными при облучении стандартных образцов, таким образом получается информация о количественном составе вещества.

4. Оптический метод неразрушающего контроля качества:

4.1. Метод оптической эмиссии (лазерный). Анализаторы металлов и сплавов этого типа позволяют с высокой степенью точности устанавливать наличие и содержание лёгких химических элементов – серы, фосфора, углерода, т.е., тех элементов, которые обязательно присутствуют в химическом составе любой стали. Их действие основано на следующем: исследуемый фрагмент подвергается воздействию искрового разряда на воздухе. Образующаяся искра содержит в себе в ионизированном виде все вышеперечисленные элементы, эмиссия которых улавливается чувствительным элементом прибора, и выводится на дисплей. Оптико-эмиссионным методом удаётся быстро идентифицировать металлолом, не прибегая к его заметному разрушению. Иногда, с целью снижения опасности взрыва или возгорания вместо воздуха используется инертный газ, преимущественно аргон. Смена режима исследования осуществляется простой переустановкой насадки.