Способ резистивного неразрушающего контроля Российский патент 2020 года по МПК G01N27/20 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к диагностике, мониторингу и прогнозированию состояния сооружений, строений, механизмов и машин, испытывающих статические и динамические нагрузки.

Известен ультразвуковой способ измерения механических характеристик напряженно-деформированного состояния материала деталей конструкций, который заключается в том, что в исследуемом объекте возбуждают импульсные колебания, характеризующиеся наличием продольной и сдвиговой составляющих, обуславливающих появление в прошедшем через исследуемый объект сигнала последовательности пачек импульсов на каждый вводимый импульс, в качестве измеряемых параметров используют t_н - интервал времени между импульсами в пачке и t_п - интервал между пачками импульсов, а величины относительной деформации е и механического напряжения а определяют по специальным формулам. [Патент на изобретение №2107288 С1, МПК G01N 29/00, опубл. 1998 г.]

К недостаткам способа относится необходимости дополнительного воздействия на исследуемый объект, что приводит к усложнению и удорожанию создания прибора на таком принципе действия.

Известен способ неразрушающей оценки критических изменений технического состояния металла, включающий подготовку поверхности, воздействие на подготовленную поверхность индентором и определение микротвердости металла, отличающийся тем, что сначала на подготовленную поверхность образца из металла, аналогичного металлу исследуемой конструкции, но находящегося в исходном состоянии, в различных зонах воздействуют индентором, осуществляя в каждой зоне серию замеров, определяют распределения значений микротвердости в каждой из зон, из которых определяют минимальное значение микротвердости, которое принимается как базовое минимальное значение для данного металла, затем аналогично выполняют замеры микротвердости на рассматриваемом участке исследуемой конструкции из того же металла, по результатам измерений определяют распределение значений микротвердости, которое сравнивают с полученным базовым минимальным значением микротвердости, при этом более низкие значения микротвердости в металле исследуемой конструкции по сравнению с базовым минимальным значением микротвердости свидетельствуют о наличии критических изменений в металле исследуемой зоны конструкции, связанных с протеканием в металле процесса старения. [Патент на изобретение №2545321 С1, МПК G01N 3/42, опубл. 2015 г.]

К недостатку способа относится необходимость использования дополнительного образца из металла, что приводит к усложнению проведения исследований и относительности полученных результатов.

Известен способ неконтактной импульсной ультразвуковой дефектоскопии, включающий неконтактное возбуждение в объекте ультразвукового импульса мощным объемным импульсным электрическим разрядом, у которого фронт ультразвукового импульса соответствует частоте с длиной волны меньше размеров дефектов и длительность ультразвукового импульса соответствует частоте ультразвуковой волны, проникающей на всю глубину объекта, и регистрацию синхронизованного по времени в режиме отражения или прохождения света импульсного источника системы регистрации ультразвуковых волн, отличающийся тем, что для возбуждения ультразвуковой волны в объекте используется мощный объемный импульсный электрический разряд в потоке газообразного водорода или гелия, который также заполняет промежуток между генератором объемного электрического разряда и объектом. [Патент на изобретение №2635851 С2, МПК G01N 29/04, опубл. 2017 г.]

К недостаткам способа относится необходимость применения мощного объемного импульсного электрического разряда и газообразного водорода, что ограничивает область применения способа, понижает его взрывобезопасность и увеличивает стоимость.

Известен способ диагностирования состояния конструкции, согласно которому определяют как минимум один локальный участок вероятного возникновения дефекта, устанавливают на данном участке конструкции датчик и по его показаниям определяют состояние конструкции, отличающийся тем, что датчик представляет собой основу, на которую нанесен цветовой индикатор, причем в качестве основы используют материал из графитизированных углеродных волокон на основе полиакрилонитрила, а в качестве цветового индикатора - жидкокристаллический полимер, способный изменять свой цвет в зависимости от изменения электрического сопротивления основы, датчик с натягом фиксируют на покрытом отверждаемым связующим исследуемом локальном участке до отверждения связующего, а для определения состояния локального участка к датчику подсоединяют источник тока и определяют напряженно-деформируемое состояние диагностируемой конструкции по экспериментально определенной зависимости цвета цветового индикатора от деформации. [Патент на изобретение №2395786 С1, МПК G01B 7/16, опубл. 2010 г.]

К недостаткам устройства относится то, что диагностирование деформации с помощью цветовой индикации ограничивает сферу применения способа исключительно ручным использованием и не предполагает автоматизации процесса измерения.

В качестве прототипа, как наиболее близкого по своей технической сути к заявляемому изобретению, выбран способ диагностирования состояния конструкции, описанное в патенте на изобретение №2395800 С1, МПК G01N 27/20, опубл. 2010 г.

В прототипе описан способ контроля локальных повреждений конструкций, включающий в себя подключение к контролируемой конструкции средств измерения электрического сопротивления, отличающийся тем, что на протяженные поверхности контролируемой конструкции наносят изоляционный слой и слой электропроводящего материала, электропроводящий слой выполняют в виде секционированных рисунков, от каждого локального участка электропроводящего слоя, совпадающего с контролируемым участком конструкции, выполняют отводы в виде проводников, вторые концы проводников, соответствующие локальным участкам рисунка электропроводящего слоя, используют для подключения измерительного входа измерительного прибора, при этом наличие повреждения локальных участков конструкций устанавливают по отклонению измеренного значения сопротивления R_i локального участка электропроводящего рисунка сверх эталонного значения R_iэ сопротивления этого участка с учетом допусков ΔR_iэ, причем эталонные значения сопротивлений локальных участков предварительно измеряют для исходного исправного состояния контролируемой конструкции.

К недостаткам устройства относится то, что необходимо наносить слой электропроводящего материала в виде секционированный рисунок, что усложняет и удорожает способ. Кроме того, данный способ контроля локальных повреждений не предполагает высокой чувствительности, так повреждения определяются по обрыву слоя электропроводящего материала, что делает невозможным обнаружение внутренних деффектов.

Известны электроактивные материалы, которые при контактировании с металлическим образцом и при изменении кристаллического состояния этого образца изменяют свое электрическое сопротивление при протекании электрического тока через них. В результате изменения потенциального барьера на границе электроактивного материала и металлического образца изменяются условия инжектирования носителей заряда, что приводит к изменению сопротивления.

Задачей, решаемой изобретением, является создание такого способа, которое бы имело высокие потребительские свойства за счет преобразования изменения кристаллического состояния металлического образца в изменение электрического сопротивления.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в преобразовании изменения кристаллического состояния металлического образца в изменение электрического сопротивления за счет использования слоя, выполненного из электроактивного материала.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе контроля локальных повреждений конструкций, включающий в себя подключение к контролируемой конструкции средств измерения электрического сопротивления, отличающийся тем, что на протяженные поверхности контролируемой конструкции наносят слой электроактивного материала и слой электропроводящего материала, причем в качестве электроактивного материала используют материалы из органических и неорганических веществ, способных изменять свое сопротивление в зависимости от изменения кристаллической структуры металлического образца, от каждого локального участка электропроводящего слоя, совпадающего с контролируемым участком конструкции, выполняют отводы в виде проводников, вторые концы проводников, используют для подключения измерительного входа измерительного прибора, при этом наличие дефектов локальных участков конструкций устанавливают по отклонению измеренного значения сопротивления локального участка от эталонного значения сопротивления этого участка с учетом допусков, причем эталонные значения сопротивлений локальных участков предварительно измеряют для исходного исправного состояния контролируемой конструкции

Приведенные выше отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому изобретение соответствует критерию «новизна».

Патентные исследования показали, что в изученном уровне техники отсутствуют аналогичные технические решения, т.е. заявляемое техническое решение не следует явным образом из изученного уровня техники, и, таким образом, соответствует критерию «изобретательский уровень».

Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность заявляемого изобретения поясняется на фиг. 1 и заключается в следующем. На исследуемом металлическом образце 1 формируют сплошной слой электроактивного материала 2, поверх которого формируют сплошной слой электрода 3, над которым формируют сплошной защитный слой 4; электрическое сопротивление электроактивного материала измеряется посредством приложения разности потенциалов между металлическим образом 1 и слоем электрода 3.

Пример реализации заявляемого резистивного способа неразрушающего контроля. Поверхность исследуемого металла 1 на участке вероятного возникновения локального дефекта очищают от загрязнений и шлифуют до достижения шероховатости классом 12. После этот участок очищается с помощью спиртового раствора (или других органических растворителей). Далее на этом участке исследуемого металла методом лакокрасочных покрытий наносится сплошной слой электроактивного материала 2, например, полимера из класса полиариленфталидов, толщиной 5⋅10^-6 м. Затем слой 2 высушивается при температуре 150°С в течение 30 минут. Поверх слоя 2 формируют сплошной слой электрода 3 из электропроводящего клея сопротивлением не более 0,01 Ом/см³ с помощью аппликатора толщиной не более 1⋅10^-4 м. Затем слой 3 сушат при температуре 120°С в течение 40 минут. После этого на поверхности слоя 3 формируют сплошной слой защитного материала, например защитную самоклеящуюся пленку из фторопласта.

Далее прикладывается разность потенциалов между исследуемым металлом 1 и слоем электрода 3 величиной 3 В. И измеряется величина электрического сопротивления электроактивного материала 2. При изменении кристаллической структуры металла 2, например, возникновении дефектов, упругой и неупругой деформации, происходит изменение условий инжектирования заряда в слой электроактивного материала. Из-за этого меняется его сопротивление. Степень и вид деформации определяется по экспериментально определенной зависимости сопротивления электроактивного материала от деформации.

Учитывая новизну, изобретательский уровень и промышленную применимость заявляемого технического решения, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на изобретение.

Использование: для неразрушающего контроля состояния сооружений, строений, механизмов и машин, испытывающих статические и динамические нагрузки. Сущность изобретения заключается в том, что на протяженные поверхности контролируемой конструкции наносят слой электроактивного материала и слой электропроводящего материала, причем в качестве электроактивного материала используют материалы из органических и неорганических веществ, способных изменять свое сопротивление в зависимости от изменения кристаллической структуры металлического образца, от каждого локального участка электропроводящего слоя, совпадающего с контролируемым участком конструкции, выполняют отводы в виде проводников, вторые концы проводников используют для подключения измерительного входа измерительного прибора, при этом наличие дефектов локальных участков конструкций устанавливают по отклонению измеренного значения сопротивления локального участка от эталонного значения сопротивления этого участка, причем эталонные значения сопротивлений локальных участков предварительно измеряют для исходного исправного состояния контролируемой конструкции. технический результат: обеспечение возможности увеличения чувствительности и упрощения методов неразрушающего контроля. 1 ил.

Резистивный способ для проведения неразрушающего контроля металлических конструкций, отличающийся тем, что на протяженные поверхности контролируемой конструкции наносят слой электроактивного материала и слой электропроводящего материала, причем в качестве электроактивного материала используют материалы из органических и неорганических веществ, способных изменять свое сопротивление в зависимости от изменения кристаллической структуры металлического образца, от каждого локального участка электропроводящего слоя, совпадающего с контролируемым участком конструкции, выполняют отводы в виде проводников, вторые концы проводников используют для подключения измерительного входа измерительного прибора, при этом наличие дефектов локальных участков конструкций устанавливают по отклонению измеренного значения сопротивления локального участка от эталонного значения сопротивления этого участка, причем эталонные значения сопротивлений локальных участков предварительно измеряют для исходного исправного состояния контролируемой конструкции.