Примеры использования тензометров

На рис.4 показаны примеры использования двух типов тензометров.

Рис. 4. Тензометры в работе.

На рис.4 слева показан вариант применения механического тензометра для контроля натяжения ленточного полотна. На рис.4 справа – использование электрического тензометра для контроля несущих конструкций. Появление трещин вызывает скачкообразное увеличениепоказаний тензометра, что обычно предшествует разрушению материала.

Вопрос 5. Сдвигомеры

Простейшие способы и приспособления для измерения деформации сдвига. Деформации сдвига можно измерить штангенциркулем. Этот способ прост, но дает низкую степень точности измерения и потому его рекомендуют лишь в том случае, когда абсолютное значение деформации сравнительно велико, например, при испытании деревянных составных балок.

Для измерения сдвига составной деревянной балки в каждый ее элемент вбивают гвозди, и расстояние между ними измеряют штангенциркулем. При загружении конструкции происходит сдвиг элементов составного сечения и тем самым изменяется расстояние между гвоздями, которое заново измеряют. Разность этих двух измерений и есть величина деформации сдвига. Точность измерения деформации этим способом не превышает 0, 1 мм.

Для более точного измерения деформации сдвига между отдельными элементами деревянной составной балки можно использовать индикатор 4, который закрепляют на испытываемый элемент (рис. 1). С задней стороны индикатора закреплена металлическая планка 2, которую установочными штифтами 3 и 5 крепят на верхний элемент составной балки. Шток индикатора должен быть параллелен направлению сдвига, а его конец должен упираться в упор 1, который закреплен на нижнем элементе составной балки. Для измерения величины сдвига требуется два отсчета и на шкале индикатора (где — отсчет до загружения балки, — после загружения). Величина сдвига в мм

. (1)

Рисунок 1. Измерения сдвига индикатором

Тензометр - сдвигомер Н. Н. Аистова (рис. 3) представляет собой в основном тензометр Н. Н. Аистова, к которому добавлены некоторые детали.

Рис.2. Общий вид тензометра – сдвигомера Н.Н.Аистова

На горизонтальной части основания прибора (рис. 26, а) имеются два отверстия; через них пропущены стержни 2 и 3, одни концы этих стержней крепятся винтами 6 и держателями 4 (рис. 26, в), а другие крепятся на планку (станину) 7. На одном конце планки 7 закреплен опорный конус 1, а на другом — качающийся упор 5, который представляет собой маленькую рамку (рис. 26, б), опирающуюся на испытываемый элемент в двух точках по линии АС. На нижнем конце планки 7 находится прорезь 10 с треугольным поперечным сечением, куда входит треугольный упор 8 рамки 5. В процессе установки прибора рамка 5 надевается на конец станины 7 и укрепляется винтом 9. После установки прибора винт 9 вывинчивается и тем самым рамка освобождается.

Рисунок 3. Схема тензометра – сдвигомера Н.Н.Аистова

На испытываемый элемент прибор опирается в трех точках ( и )(рис. 4) и крепится на нем специальной струбциной, для чего стержень 2 (см. рис. 3) снабжен вырезами. В точке устанавливается призма, длина опирания которой равна 10 мм, в точке — конус, который закреплен на одном конце станины, а в точке — качающаяся рама 5.

Допустим, что необходимо измерить сдвиг между волокнами I-I и II-II испытываемого элемента. На волокно I-I помещают опору , а на волокно II-II — опоры и . При взаимном сдвиге этих двух волокон опора переместится на в точку или в точку (рис. 3).

Тангенс угла сдвига

. (14)

Линейное перемещение измеряют так же, как при измерении деформаций тензометром Н. Н. Аистова.

Взаимный сдвиг элемента составного сечения определяют по формуле

. (15)

Расстояние (базу) можно менять в пределах от 20 до 50 мм путем перемещения планки 7 (см. рис. 3, при этом точность измерения тангенса угла сдвига меняется в пределах от 0, 00005 до 0, 00002. На показания прибора деформация волокна II-II, возникающая в пределах линии (см. рис. 4), не влияет, что является достоинством данного прибора. Это объясняется тем, что помещенная в точке опора при продольной деформации волокна поворачивается вокруг оси АС (рис. 3).

Рисунок 4. Расчетная схема тензометра- сдвигомера

Часть 2. Неразрушающие методы испытаний

Вопрос 1. Общие сведения, классификация.

В настоящее время неразрушающие методы широко используются для контроля и обеспечения качественного технологического процесса в целом ряде отраслей народного хозяйства: металлургии, машиностроении, химической промышленности и т.п. В сочетании с быстродействующими вычислительными устройствами применение неразрушающих методов дает возможность перейти к полной автоматизации производства с обеспечени­ем необходимого соблюдения качества продукции.

В строительном деле неразрушающие методы применяются глав­ным образом для контроля сварных металлоконструкций, при изготовлении железобетонных деталей и элементов и т. д. Неразрушающие методы кон­троля применяются и при освидетельствовании сооружений. Они являются весьма перспективными для контроля на поточных линиях на заводах строительных конструкций (в первую очередь железобетонных) не только для выявления уже допущенных дефектов и отступления от требований ТУ, но и прежде всего, для предупреждения самой возможности таких нару­шений.

По физическим принципам неразрушающих исследований раз­личают следующие основные методы:

1) при помощи проникающих сред (жидких, газообразных и др.)

2) механические методы испытаний;

3) акустические (ультразвуковые и более низких частот);

4) магнитные, электромагнитные и электрические;

5) при помощи ионизирующих излучений (рентгеновские, радиоизотопные);

6) радиодефектоскопия и инфракрасная дефектоскопия.

Вопрос 2. Методы проникающих сред.

В резервуарах, газгольдерах, трубопроводах и других аналогичных конструкциях, требующих обеспечения не только прочности, но и плотности соединений, контроль осуществляют с помощью проникающих сред. Кроме применявшихся ранее испытаний водой и керосином, в настоящее время разработаны и другие приемы.

Испытания водой. Проверяемые емкости заполняются водой до отметки обычно несколько выше эксплуатационной. В закрытых сосудах давление жидкости повышается дополнительным нагнетанием воды или воздуха.

Гидростатическим давлением проверяются как плотность, так и прочность соединений и всего сооружения в целом. Контроль швов и соединений заливкой воды совмещается, таким образом, со статическим испытанием исследуемой емкости.

Отдельные швы металлоконструкций могут проверяться сильной струей воды из брандспойта, направленной под давлением примерно 1 атм нормально к поверхности шва. При наличии дефектов вода просачивается сквозь неплотности проверяемого соединения.

Проба керосином. Благодаря своей малой вязкости и незначитель­ному, но сравнению с водой, поверхностному натяжению керосин легко проникает через самые малые поры и выступает на противоположной по­верхности. При опробовании поверхность шва с одной стороны обильно смачивается или опрыскивается керосином. Для облегчения наблюдений шов заранее подбеливается водным раствором мела. На этом подсохшем светлом фоне отчетливо выявляются затем ржавые пятна и полосы, возни­кающие при просачивании керосина.

Проба сжатым воздухом. При наиболее простом применении дан­ного метода проверяемые швы обмазываются мыльной водой. С другой стороны шов обдувается сжатым воздухом, подаваемым из шланга под давлением порядка 4 атм нормально к исследуемому шву. В замкнутые емкости сжатый воздух подается внутрь их объема. Признаком дефектно­сти шва служит появление мыльных пузырей на обмазке.

Более совершенным является применение ультразвуковых «течеискателей», принцип работы которых основан на регистрации ультразвуко­вых колебаний, возникающих в местах нарушения сплошности, под дейст­вием вытекающей здесь под давлением струн газа (воздуха). С помощью течеискателей можно выявлять неплотности размером до 0, 1мм при избы­точном давлении порядка 0, 4 атм. Место нахождения дефекта определяется с точностью до 1, 5…2см.

Проба вакуумом. Проверка вакуумом требует доступа к конст­рукции лишь с одной ее стороны, что является существенным преимуществом данного метода.

К шву приставляется металлическая кассета в виде плоской короб­ки без дна с прозрачным верхом, через который виден проверяемый шов. Вакуум-насосом со шлангом, присоединенным к кассете, в которой созда­ется небольшое разрежение, внешним воздушным давлением стенки кассе­ты, снабженные по их нижнему периметру мягкой резиновой прокладкой. прижимаются при этом к конструкции. Исследуемый шов предварительно должен быть смочен мыльным раствором. В местах нарушений плотности шва воздух, проникая сквозь эти неплотности, образует в мыльной пене отчетливо видные стойкие пузыри.

При сварке сосудов высокого давления и других особо ответствен­ных, требующих полной герметичности, конструкций для увеличения на­дежности контроля применяется проверка плотности соединений химиче­скими реагентами, например, воздушно-аммиачной смесью или другими газообразными соединениями, обладающими высокой проникающей способностью. Химические методы проверки плотности соединений обладают большой чувствительностью и дают возможность очень четко определять места нахождения дефектов, чем и обусловливается в наиболее серьезных случаях целесообразность применения этих более сложных приемов.

Вопрос 3. Механические методы испытаний

Рассматриваемые методы привнесены в область строительства из металловедения. Как известно, при испытаниях металла широко применяются так называемые «пробы на твердость». К ним относятся испытания путем вдавливания в поверхность металла стального шарика или алмаза (по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу и т.д.), измерения по упругому отскоку падающего шарика (испытания по Шору) и др.

Благодаря своей простоте, удобству и возможности быстрой про­верки состояния материала в целом ряде точек на поверхности конструк­ций эти косвенные методы нашли применение и при освидетельствовании сооружений. Полученные при этом данные переводятся в прочностные ха­рактеристики исследуемого материала по эмпирическим формулам или с применением соответствующих графиков и таблиц.

Следует при этом иметь в виду, что само понятие «твердость» не является столь же определенным физическим критерием сопротивления материала силовым воздействиям как прочность, деформативность. В зависимости от вида испытания на твердость выявляются различные фак­торы: в методе отскока (по Шору) - способность к упругой работе при на­личии поглощения части энергии деформирования; при вдавливании шари­ка по Бринеллю - пластические свойства на уровне предела текучести; при вдавливании алмаза - сопротивление значительному деформированию (на уровне предела прочности).

3.1. Оценка прочности металла

Наибольшее применение в строительной практике для оценки прочности металла имеет прибор Польди (рис.1) ударного действия.

Наконечником прибора является шарик 2 диаметром 10 мм из твердой закаленной стали, дающий при ударе отпечаток одновременно на исследуемом металле 1 и на стальном эталонном бруске 3, твердость кото­рого HB^эт должна быть заранее определена. Для получения отпечатков ударяют молотком по верхнему торцу стержня 4.

Твердость НВ исследуемого металла испытываемой конструкции определится из соотношения

НВ= HB^эт ∙

где D - диаметр стального шарика 2 (рис.2);

d - диаметр отпечатка на поверхности исследуемого материала;

d_эт - то же. на эталонном бруске.

Рис. 1. Схема прибора Польди:

1 - исследуемый материал;

2-стальной шарик;

3- эталонный брусок;

4- ударный стержень;

5- обойма прибор

Рис.2. Отпечатки, получаемые с помощью прибора Польди:

1 - исследуемый материал;

2-стальной шарик;

3 — эталонный брусок

Нахождение НВ и определение прочности и марки металла произ­водятся с помощью соответствующих таблиц. Для термически обработан­ных легированных сталей вводится поправочный коэффициент.

С помощью прибора Польди можно получать, однако, лишь ориен­тировочные характеристики. Но и с учетом этого применение прибора практически полезно, в особенности в следующих случаях:

· для ускоренной проверки однородности материала в различных элементах освидетельствуемых конструкций;

· при отбраковке (проверке марок металла) поступающих заготовок.

3.2. Оценка прочности бетона

При косвенной оценке прочности бетона по твердостным характе­ристикам его поверхностного слоя приходится учитывать следующие факторы, усложняющие эту оценку:

1) большой разброс результатов испытаний на «твердость», обу­словленный неоднородностью структуры бетона. Для получения надежных данных необходимо увеличить число проверяемых на поверхности точек и статистически обработать результаты испытаний;

2) возможная карбонизация поверхностного слоя, повышающая показатели твердости, а также увлажнение поверхности, снижающее эти показатели;

3) возможность расхождения прочностных характеристик на по­верхности и в глубине массивных блоков. Это может быть проверено, на­пример, контрольным бурением с выемкой образцов с разной глубины, а также применением рассматриваемых далее неразрушающих способов. Необходимость в простых, доступных для массового применения способов оценки качества бетона настолько настоятельна, что, несмотря на указанные затруднения, для суждения о прочности бетона по механическим характеристикам его поверхностного слоя предложен целый ряд приборов и приспособлений. Краткий обзор практически наиболее оправдавших себя и методически интересных приемов приводится ниже.

Оценка прочности бетона с помощью молотка КМ.Кашкарова.

Эталонный молоток К.П. Кашкарова схематически показан на рис. 3. Принцип его действия аналогичен рассмотренному выше прибору Польди с той разницей, что удар наносится взмахом самого эталонного молотка.

Рис. 3. Схема молотка К. П. Кашкарова:

1 - головка; 2 - рукоятка; 3 - эталонный стержень; 4 - стальной шарик; 5 - стакан; 6 - торец стержня 3; 7 - испытуемый материал; 8 - пружина

При ударе боек (стальной шарик диаметром S мм) оставляет на поверхности исследуемого бетона вмятину диаметром d_б, а на эталонном стержне (круглого сечения из Ст. 3 диаметром 10 мм) - отпечаток диамет­ром d_эт. Для десяти ударов, нанесенных по проверяемому элементу с уда ленными штукатурными и окрасочными слоями, определяется усредненное отношение d_б/d_эт; прочность бетона оценивается по корреляционной зави­симости между d_б/d_эт и пределом прочности бетона на сжатие, устанавли­ваемой экспериментально. При этом должны учитываться конкретные ус­ловия изготовления конструкции и твердения бетона, сроки испытаний, ше­роховатость, влажность и другие особенности состояния поверхности кон­струкции. Для эксплуатируемых сооружений указанная зависимость долж­ка быть уточнена на образцах, выбуренных из соответствующих элементов. Эталонный молоток рекомендуется для разных операций: оценок отпускной прочности бетонных изделий на заводах железобетонных конст­рукций, прочности бетона при передаче напряжения от арматуры на бетон в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, коэффици­ента изменчивости прочности бетона в изделиях и конструкциях (что осо­бенно существенно при освидетельствованиях сооружений) и т. д. Одним из наиболее простых приспособлений для сравнительной оценки прочности бетона является молоток И. Л. Физделя. Ударная часть этого стального молотка весом 250 г заканчивается шариком из твердой стали, легко вращающимся в гнезде. По диаметру отпечатков, полученных при ударе, определяют прочность бетона по эмпирическому графику. Ре­зультаты, несмотря на их ориентировочность, все же полезны в производственных условиях. Пользование молотком при некотором навыке не вы­зывает затруднений.

Оценка прочности бетона склерометром. Приборы этого типа применяются главным образом за рубежом. Из их числа наиболее известен прибор Шмидта (Швейцария).

В этих приборах, так же как вударнике Шора для металла, о ха­рактеристиках материала судят по величине отскока стального бойка. От­скок фиксируется указателем на шкале. Удар наносится не непосредствен­но по исследуемой поверхности бетона, а воспринимается наконечником прибора, прижатого к конструкции. Этот промежуточный стальной элемент необходим, поскольку величина отскока при резкой разнице модулей упру­гости соударяемых материалов становится трудносопоставимой. Удар осуществляется спуском пружины, а не свободным падением бойка, как у Шора, что позволяет испытывать любым образом ориентированные по­верхности. Прибор удобен в работе и дает довольно четкие результаты.

3.3. Оценка прочности древесины

Метод ударных отпечатков(А. Х.Шевцов). О прочности древе­сины сулят по диаметру отпечатка (вмятины), появляющегося на гладко оструганной поверхности исследуемого элемента при падении стального шарика диаметром 25 мм с высоты 50 см со специальной подставки. Для проб на вертикальных и наклонных гранях применяется спуск горизон­тально оттянутого шарика (рис.4). скрепленного с нитью длиной 50 см.

Диаметры отпечатка фиксируются с помощью белой и копи­ровальной бумаг, помещенных на исследуемую поверхность в месте удара. Для перехода от диаметра отпечатка к прочности материала пользуются экспериментальными кривыми, построенными для разных сортов древе­сины. Для учета влияния влажности вводится поправочный коэффициент.

Рис.4. Испытание ударом шарика по вер­тикальной поверхности деревянного эле­мента:

1- испытуемый элемент;

2- натянутая нить;

3- стальной шарик;

4- положение того же шарика в момент удара

Вопрос 4. Акустические методы

Акустические методы основаны на возбуждении упругих механи­ческих колебаний. По параметрам этих колебаний и условиям их распро­странения судят о физико-механических характеристиках и состоянии ис­следуемого материала.

В зависимости от частоты колебаний акустические методы делятся на ультразвуковые (при частотах от 20 тыс. Гц и выше) и методы, основанные на использовании колебаний звуковой (до 20 тыс. Гц) и инфразвуковой (до 20 Гц) частот.

4.1. Ультразвуковые методы.

Побуждение и прием колебаний. Для возбуждения ультразвуко­вых волн на поверхности исследуемого материала устанавливают преобра­зователи переменного электрического тока, создающие колебания. Чаше всего применяются преобразователи, действующие по принципу пъезоэффекта. При этом для возбуждения колебаний используется так называемый «обратный», а в преобразователях для приема колебаний - «прямой» пьезоэффекты.

Поскольку воздушные прослойки препятствуют передаче и приему ультразвуковых колебаний, между преобразователями и исследуемым ма­териалом наносят контактирующую среду. Для металла применяют обыч­но минеральное масло, для бетона и других материалов с неровной поверх­ностью необходимы смазки более густой консистенции - солидол, техни­ческий вазелин, эпоксидные смолы и t.д.

Условия прохождения ультразвуковых волн. Ультразвуковые коле­бания могут быть введены в исследуемую среду узким направленным пуч­ком - «лучом» с малым углом расхождения. Колебания частиц происходят при этом лишь в локализованном объеме материала, ограниченном конту­рами пучка, а исследуемый же элемент в целом остается неподвижным. Эта возможность прозвучивания материала в заданных направлениях является весьма существенной при проведении исследований.

Ультразвуковые волны, переходя из одной среды в другую, пре­ломляются, а также отражаются от граней, разделяющих эти среды, что используется для определения их распространения при данном методе кон­троля. В воздушных прослойках ультразвуковые колебания затухают почти полностью, что позволяет выявлять и исследовать скрытые внутренние де­фекты: трещины, расслоения, пустоты и т.д.

Различают продольные и поперечныеполны. В первом случае час­тицы материала колеблются по направлению ультразвукового луча, а во втором - перпендикулярно к нему. Используют также поверхностные вол­ны, как продольные, так и поперечные, распространяющиеся лишь в по­верхностном слое материала и позволяющие, например в металле, обнару­живать самые мелкие поверхностные повреждения. Скорость распростра­нения волн(своя для каждого из указанных видов материалов) является одним из основных показателей при оценке физико-механических характе­ристик и состояний бетона, древесины и других материалов с переменными плотностью и влажностью.

Способы прозвучивания. По направлению ультразвуковых волн различают два основных приема прозвучивания.

Сквозное- когда излучатель, возбуждающий колебания, и при­емник, воспринимающий их, расположены с противоположных сторон ис­следуемого объекта (рис.1а, б). Направление ультразвукового луча по отношению к поверхности материала может при этом быть как нормаль­ным, так и наклонным, а также с использованием отражения или «эхо- метода», когда излучатель и приемник располагаются на одной и той же стороне (рис. 1в), что особенно существенно при возможности лишь од­ностороннего доступа к объекту. 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.

а

б

в

Рис.1. Способы прозвучивания:

а - сквозное прозвучивание нормально в 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

По характеру излучениянеобходимо различать:

1) метод непрерывного излучения с подачей к излучателю колеба­ний переменного тока постоянной частоты; по такому принципу были раз­работаны первые дефектоскопы (С.Я. Соколов, 1928г.) для выявления де­фектов в материале по направлению звуковой тени (рис. 1в);

2) импульсный метод, получивший сейчас самое широкое приме­нение как наиболее эффективный при исследованиях бетона, при дефекто­скопии сварных швов металлоконструкций и др. В этом случае к преобра­зователю через определенные достаточно малые промежутки времени, на­пример, 25 или 50 раз в 1 сек. подаются короткие серии («пакеты») колеба­ний высокой частоты.

Регистрация ультразвуковых колебании производится с помощью специальной аппаратуры. Наиболее распространенной является передача электрических колебаний от приемного преобразователя через усилитель на экран электроннолучевой трубки катодного осциллографа. С большой точностью при этом могут быть определены скорость прохождения ультра­звуковых колебаний через исследуемый материал, интенсивность их зату­хания, а также другие показатели, используемые при оценке результатов измерений.

4.2. Область применения ультразвуковых методов

Определение динамического модули упругости. Скорость распро­странения упругих колебаний связана с динамическим модулем упруго­сти Е_дин и плотностью проверяемого материала соотношением

справедливым для случая продольных колебаний в стержне (одномерная задача).

Определив экспериментально скорость распространения волны ко­лебаний в элементе, длина которого велика по сравнению сего поперечны­ми размерами, находим. E_дин=v² , если плотность материала известна.

В массивных и плитных конструкциях, т. е. для случаев трехмер­ной (пространственной) н двухмерной задач, а также для поперечных коле­баний зависимость между E_дин и v определяется более сложными соотно­шениями, в которые кроме входит также коэффициент Пуассона μ рассматриваемого материала.

Для одновременного нахождения всех трех параметров (Е_дин, и μ) необходимо сопоставление по крайней мере трех экспериментов по опре­делению v, произведенных в разных условиях с применением продольных и поперечных колебаний и в конструкциях разной размерности - простран­ственных, плитных и стержневых.

Определение толщины элемента при одностороннем доступе.

Рис. 2. Схема измерения толщины резонансным методом; 1 - исследуемая деталь; 2 - пьезоэлемент; 3 - совпадающие амплитуды прямой и обратной «стоячей» волны; h - толщина детали

В серийно выпускаемых для этой цепи толщиномерах используется непре­рывное излучение продольных ультразвуковых волн регулируемой часто­ты. На рис. 2 показан график распространения колебаний (условно на­правленных не вдоль, а поперек направления луча) по толщине стенки. Дойдя до противоположной ее грани, волна отражается и идет в обратном направлении. Если проверяемый размер h точно равен длине полуволны (или кратен этой величине), а противоположная грань соприкасается с ме­нее плотной средой, то прямые и отраженные волны совпадают. Амплиту­ды колебании самой пьезопластинки при этом резко возрастают (явление резонанса), что сопровождается соответствующим увеличением разности потенциалов на ее поверхностях.

Замерив соответствующую резонансную частоту f и зная скорость распространения волн по длине 2h (суммарный ход прямого и отраженного лучей), находим проверяемую толщину по формуле:

Для стали скорость продольных ультразвуковых волн практически постоянна ( =5, 7∙ 10⁵ см/сек), что даст возможность, меняя частоту в преде­лах от 20 до 100 тыс. гц надежно измерять толщину стенок от долей мил­лиметра до нескольких сантиметров.

Определение глубины трещин в бетоне.Излучающий и прием­ный преобразователи А и В располагаются симметрично относительно кра­ев трещины на расстоянии а друг от друга (рис.3). Колебания, возбуж­денные в точке А. попадут в точку В по кратчайшему пути:

АСВ = ,

где а - глубина трещины.

При скорости на это потребуется время

,

определяемое экспериментально.

Глубину трещины находим из соотношения

,

где скорость определяется обычно на неповрежденных участках поверх­ности.

По указанному методу могут бить исследованы трещины глубиной до нескольких метров.

Рис. 3. Определение глубины поверхностной трещины в бетоне:

1 -бетонный массив; 2 - трещина;

А - изучающий и В - приемный преобразователи

Следует, однако, иметь в виду следующее

1) значения v на поверхности и в глубине массива могут несколько отличаться;

2) длина пути АСВ немного возрастет в случае невертикальности трещины и, наоборот, может существенно уменьшиться при наличии в тре­щине воды, являющейся хорошим проводником ультразвуковых волн.

В ответственных случаях возможно получить данные для глубоких трещин. Отметим также другие практически наиболее важные области применения ультразвуковых методов.

В бетонных и железобетонных конструкциях производится:

- определение прочности бетонапо корреляционным зависимо­стям между скоростью распространения ультразвуковых волн и прочно­стью бетона на сжатие, устанавливаемым путем параллельных ультразву­ковых и прочностных испытаний образцов бетона заданного состава и режима изготовления (при контроле вновь изготовляемых конструкций и де­талей) или образцов, извлеченных из возведенных сооружений. В случае невозможности отбора образцов из уже эксплуатируемых конструкций ориентировочное определение прочности бетона возможно по тарировочной зависимости;

- контроль однородности бетона в сооружениях;

выявление и исследование дефектов в бетоне сквозным прозвучиванием (возможным и при значительных толщинах бетона - до 10м и более) и путем измерений на поверхности конструкций. О наличии и харак­тере дефектов и повреждений судят при этом по изменениям скорости прохождения ультразвуковых волн в пределах отдельных участков поверхно­сти (так называемый метод годографа, т. е. графика скоростей);

- определение толщины верхнего ослабленного слоя бетона, распо­ложения слоев разной плотности и т.п.

Наличие арматуры в железобетонных конструкциях не мешает применению ультразвуковых методов, если направление прозвучивания не пересекает арматурные стержни и не совпадает с ними.

В металлических конструкциях:

- импульсная дефектоскопия швов сварных соединений в стальных и алюминиевых конструкциях;

- дефектоскопия основного материала;

- толщинометрия (определение толщин защитных металлических покрытий; выявление ослабления сечений коррозией).

В деревянных конструкциях и конструкциях с применением пластмасс:

- проверка физико-механических характеристик.

- проверка качества и дефектоскопия основного материала;

- дефектоскопия клеевых соединений и стыков.

4.3. Импульсные звуковые методы

Метод «ударной волны». Он 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.

Этот метод используется для контроля асфальтового и цементного бетонов в дорожных и аэродромных покрытиях и может быть применен также для испытания длинномерных (до 30 м) бетонных и железобетонных элементов.

Вибрационный метод. Данный метод основан на использовании колебаний звуковой частоты и применяется при испытаниях образцов бе­тона (рис. 4).

Рассматриваемый метод полезен при сооружении дорожных и аэ­родромных покрытий для получения быстрой и надежной информации о ходе технологического процесса и может также быть положен в основу автоматического управления.

При этом о характеристиках материала судят по частотам, соответ­ствующим резкому увеличению измеряемых амплитуд при наступлении явления резонанса (откуда и другое наименование метода - «резонанс­ный»).

а б

в

Рис.4. Испытание образцов бетона резонансным методом:

а - возбуждение продольных: б и в - изгибных колебаний;

1 - испытуемый образец; 2 - пьезопреобразователи

Метод «бегущей волны». При этом оригинальном методе к реги­стрирующему прибору, помимо сигналов, воспринимаемых приемным пре­образователем, подводятся также сигналы генератора, возбуждающего не­прерывные колебания. В результате сложения этих сигналов на экране электронно-лучевой трубки появляются характерные изображения фигур Лиссажу. Меняя частоту в пределах ультразвукового и звукового диапазо­нов, а также положение и тип приемных преобразователей, можно наблю­дать изображения, соответствующие продольным, поперечным и поверхно­стным волнам и по ним оценивать характеристики материала на разной глубине его нахождения.

Вопрос 5. Магнитные, электрические и электромагнитные методы

5.1. Дефектоскопия металла

Сущность метода заключается в том. что магнитный поток, прохо­дящий в металле и пересекающий трещину или иной дефект, встречает большое магнитное сопротивление в виде прослойки воздуха или неферро­магнитного включения, а силовые линии, искривляясь, выходят на поверх­ность, что обусловливает возникновение местных потоков рассеяния.

На рис.1 а показано такое искажение потока, выходящее за кон­тур исследуемого элемента. Рассеивание будет тем значительнее, чем больше вызывающий его дефект. В одинаковых условиях наибольшим яв­ляется влияние дефекта, расположенного перпендикулярно к направлению силовых линий (рис.1 6).

а б

Рис.1. Выявление дефектов по рассеиванию магнитного потока:

а - образование местного магнитного потока рассеивания у трещины;

6 - влияние ориентировки дефекта;

1 - исследуемый элемент; 2 - трещина; 3 - силовые линии магнитного поля; 4 - местный магнитный поток рассеивания; 5 - дефект, ориентированный перпен­дикулярно магнитим силовым линиям; 6 - то же, параллельно им

Намагничивание производится с помощью электромагнитов с ис­пользованием индукционных токов, циркулярным намагничиванием (т.е. с пропуском тока непосредственно через исследуемый элемент) и т.д. Необ­ходимость намагничивания в двух взаимно перпендикулярных направлени­ях для выявления различным образом ориентированных дефектов отпадает при применении комбинированного метода - с одновременным воздейст­вием как постоянного поля электромагнита, так и циркулярного поля пере­менного тока, что обусловливает переменное направление намагничивания. Выявление дефектов производится различными методами.

Порошковый методявляется самым простым и наиболее доступ­ным. В нем применяют мелкоразмолотые ферромагнитные порошки - же­лезный сурик, окалину и т.п., выбирая цвет порошка контрастным по от­ношению к цвету предварительно зачищенной проверяемой поверхности. Порошок наносится или сухим способом (напылением) либо в виде водной суспензии, что предпочтительнее при контроле строительных конструкций, ил керосино-масляной (этот прием целесообразен при контроле смазанных маслом деталей механизмов). Над местами расположения дефектов порошок оседает в виде хо­рошо заметных скоплений. Четче всего выявляются поверхностные дефек­ты. Неровности сварных швов не мешают выявлению поверхностных дефектов, но затрудняют исследование расположенных в глубине. Так, на­пример, в швах толщиной 10 мм удовлетворительно в виде прямых линий выявляются непровары, расположенные на расстоянии 2...4 мм от поверх­ности и идущие вглубь на 3...5 мм. Магнитографический методшироко применяется при контроле сварных швов металлических трубопроводов. Намагничивание произво­дится соленоидами, охватывающими или всю трубу или часть ее периметра при больших диаметрах. Витки соленоида располагаются параллельно шву по обеим его сторонам. Для фиксации потоков рассеивания на шов накла­дывается магнитная лента, аналогичная применяемой в магнитной звукоза­писи, но несколько большей ширины. Использованные ленты размагничи­ваются и становятся вновь пригодными к употреблению.

Для расшифровки записи используют звуковые индикаторы или устройства для визуального наблюдения импульсов на экране электронно­лучевой трубки и сопоставления их с импульсами от эталонированных де­фектов. Имеются устройства, дающие и видимые изображения выявленных дефектов.

Указанным методом может производиться сплошная проверка швов. Для контроля наиболее серьезные из отмеченных дефектов дополни­тельно просвечиваются ионизирующими излучениями. Такое комбиниро­ванное использование разных методов оказывается весьма эффективным.

Применение магнитоскопов. В качестве примера на рис.2 схе­матически показан принцип действия одного из наиболее известных при­боров такого типа - дефектоскопа К.Х. Хренова и СТ. Назарова. Сигналы о наличии дефекта в производственных условиях преобразуются обычно в звуковые, но могут быть использованы как показывающие, так и регистри­рующие приборы (измерители тока или напряжения, осциллографы и т.п.).

Рис. 2. Схема дефектоскопа К. X. Хренова и С. Т. Назарова:

1 - электромагнит; 2 - электромагнитный датчик; 3 - проводка к сета переменного тока; 4 - то же к усилителю; 5 - проверяемый элемент; 6 - дефект

Основным недостатком приборов рассматриваемого типа является довольно значительная длина базы их чувствительных элементов (в данном случае сердечника 2), что затрудняет уточнение границ и протяженности дефектов, поскольку регистрируются усредненные данные по длине базы искателя.

Эти затруднения в значительной степени устраняются при пользовании феррозондами в виде малогабаритных линейных сердечников сечением до 1...3 мм с катушками.

5.2. Магнитные толщиномеры

С помощью магнитных и электромагнитных приборов толщина элементов из ферромагнитных металлов определяется с точностью до не­скольких процентов, требуя доступа лишь с одной стороны. При этом ис­пользуется существующая зависимость между регистрируемой величиной магнитного потока и толщиной исследуемого материала. Приборы такого типа просты и надежны в работе.

При доступе с двух сторон магнитными и электромагнитными методами могут быть определены толщины и неферромагнитных ма­териалов, что и используется для управления технологическим процессом на поточной линии. В качестве примера на рис.3 приведена схема маг­нитного толщиномера, где пара феррозондов 4 смонтирована вместе с по­стоянным магнитом 3 в «щупе» 2, С другой стороны элемента к нему при­жат аналогичный магнит. Положение магнита в щупе регулируется так, чтобы при заданной толщине стенки ток от обоих феррозондов был равен нулю. Шкала измерительного прибора 5 отградуирована на отклонения от заданной толщины.

Рис.3. Схема магнитного толщиномера для немагнитных материалов:

1 - проверяемый элемент; 2 – «щуп»; 3 - постоянные магниты; 4 - феррозонды; 5 -регистрирующий прибор

Магнитными и электромагнитными методами с большой точно­стью могут быть измерены также толщины защитных покрытий на метал­лических элементах.

5.3. Определение напряжений с помощью магнитоупругого тестера

Метод, основанный на возникновении магнитной анизотропии под действием приложенных напряжений. Из числа приборов, работающих по данному принципу, следует отметить прибор конструкции Н. Н, Максимо­ва, схема преобразователя которого (три сердечника с пятью катушками) показана на рис.4.

В центре сердечника расположена питающая катушка 1, а по диа­гоналям его - две пары измерительных катушек (2 и 3). Магнитный поток из средней катушки, попадая в исследуемый материал, рассредоточивается в основном по четырем направлениям. При одинаковой магнитной прони­цаемости потоки будут равны, а при наличии же магнитной анизотропии – различны, что и измеряется прибором.

Рис. 4. Схема чувствительного элемента прибора Н. Н. Максимо­ва для определения остаточных напряжений:

1- питающая катушка; 2 и 3 - измерительные катушки; 4 - исследуемый элемент. Пунктиром со стрелками показано направление магнитных потоков исследуемом элементе.

Измерительная схема построена таким образом, что электродви­жущая сила катушек может определяться как в каждой диагонали в отдель­ности, так и по их разности и сумме. При измерениях «на разность», пово­рачивая сердечник в плане, по экстремумам отсчетов выявляется направле­ние главных напряжений в металле. По повторным измерениям при одина­ковом положении сердечника можно судить о постоянстве напряженного состояния в данной точке или об его изменении. При измерениях «по сум­ме» можно судить о величине главных напряжений.

Необходимо иметь в виду следующее:

• магнитный поток, проходя в поверхностном слое металла, харак­теризует напряженное состояние лишь у поверхности элемента;

• на результаты измерений оказывает значительное влияние на­чальная магнитная анизотропия металла;

• при последовательных нагрузках и разгрузках появляются петли магнитного гистерезиса, не связанные с механическими напряжениями.

Другим перспективным направлением оценки напряженного со­стояния металла по его магнитным характеристикам является метод «маг­нитных меток». Сущность его заключается в наведении внешним маг­нитным полем остаточной намагниченности в отдельных локализованных зонах исследуемого металла. При изменении напряженного состояния по­следнего меняется и намагниченность этих «меток», являющихся таким образом своеобразными индикаторами механических напряжений.

Наведение и индикация намагниченности меток производятся с помощью специальных переносных приборов. Рассматриваемый метол предложен для контроля натяжения арма­туры в железобетонных конструкциях. Как наведение, так и индикация со­стояния гранитных меток, могут осуществляться на оголенной арматуре до ее бетонирования и в уже забетонированных деталях и конструкциях - че­рез защитный слой бетона.

Необходимо подчеркнуть следующее:

• данным методом выявляется лишь изменение напряженного со­стояния по сравнению с имевшим место при нанесении меток;

• переход от измерения остаточной намагниченности меток к механическому напряжению в арматуре может быть произведен лишь при наличии экспериментально установленной зависимости для данной армату­ры, поскольку для разных меток металла эта зависимость не является ста­бильной;

• чередование нагрузок и разгрузок сопровождается появлением петель магнитного гистерезиса. Для исключения их влияния требуется по­вторное нанесение меток перед переменой знака изменения напряжений.

Возможны и другие методы оценки напряженного состояния ме­талла, например, по изменению электрического сопротивления (проводи­мости) и токовихревой, успешно разрабатываемые в настоящее время.

Приборы рассматриваемого типа надежны и удобны в применении.

5.4. Приборы магнитно-индукционного типа

Для выявления положения и глубины залегания арматуры предло­жены магнитометрические приборы, состоящие из двух постоянных маг­нитов, в центральной части магнитного поля, которых расположен на оси небольшой магнит, соединенный со стрелкой-указателем. При приближении к арматуре напряженность магнитного поля в средней точке из­меняется, что обусловливает возникновение магнитного момента, повора­чивающего магнитик со стрелкой. Экстремум отклонения указателя соот­ветствует расположению прибора на поверхности контролируемого изде­лия над осями арматурных стержней, а отклонение стрелки указывает на толщину защитного слоя бетона.

Принцип действия одного из наиболее распространенных прибо­ров индукционного типа схематически показан на рис. 5.

Индуктивный преобразователь 1 передвигается по поверхности ис­следуемой железобетонной конструкции или детали. Отдельно от него в корпусе прибора помещен аналогичный преобразователь с ферромагнит­ным смещаемым элементом 3, предназначенным для изменения индуктив­ного сопротивления при балансировке схемы. По мере приближения пре­образователя 1 к арматурному стержню разбаланс, зависящий от толщины защитного слоя, диаметра стержня и ориентировки преобразователя по от­ношению к его направлению, будет уменьшаться.

Шкала отсчетного устройства прибора проградуирована в милли­метрах защитного слоя для арматурных стержней разного диаметра.

Рис. 5. Индукционный прибор для проверки положения и диаметра арматуры и толщины защитного слоя:

1 - выносной индуктивный преобразователь; 2 - преобразователь в корпусе прибо­ра: 3 - стержень для регулирования индуктивного сопротивления; 4 - проводка к источнику переменного тока; 5 - проводка к отсчетному устройству; 6 - железобе­тонный элемент; 7 - арматурный стержень

Установив расположение стержней, передвигают преобразователь вдоль контролируемого стержня до положения, соответствующего мини­мальному отсчету, следя за тем, чтобы преобразователь находился между пересечениями арматуры. Записав толщины защитного слоя по шкалам всех диаметров, повторяют отсчет, поместив между бетоном и преобразователем прокладку, толщиной, например, 10мм из оргстекла, дерева или другого диамагнетика. Диаметр арматуры будет соответствовать той из шкал, разность отсчетов по которой окажется равной именно 10мм.

5.5. Определение влажности древесины

По замеренному электрическому сопротивлению можно судить о состоянии материала в конструкции, пользуясь соответствующими зависи­мостями между электропроводимостью и влажностью для данного сорта дерева.

Измерения производятся с помощью игольчатых электродов, за­глубляемых в древесину на 5..10мм, что характеризует элект­росопротивление ее поверхностного слоя. Для элементов, эксплуатируемых в течение длительного времени при постоянном температурно-влажностном режиме (например, для внутренних несущих конструкций в сооружениях), по этим данным можно судить о влажности по всей толщи­не сечений элементов.

Вопрос 6. Методы, основанные на использовании ионизирующего излучения

Неразрушающий контроль с помощью ионизирующих излучений эффективно используют во всех областях народного хозяйства.

В настоящее время в строительстве широко применяют контроль рентгеновскими и гамма-излучениями для оценки физико-механических характеристик материалов и качества конструкций. При определении влажности материала оказывается целесообразным использование потока нейтронов.

Преимуществом применения ионизирующих излучений является возможность быстрого и четкого получения определяемых характеристик. Работа с соответствующей аппаратурой хотя и не сложна, но требует нали­чия подготовленного для этой цели персонала. Необходимо также тща­тельное соблюдение требований техники безопасности во избежание вред­ного влияния ионизирующих излучений на организм человека.

6.1. Область применения рентгеновского и гамма-излучений

Наиболее важные направления для исследования дефектов в ме­таллических конструкциях следующие.

1. Дефектоскопия сварных соединений. На рис. 1 схематически показано просвечивание сварного шва. Наличие и положение дефекта выявляется на получаемом фотоснимке по более затемненному участку, воспроиз­водящему очертания отмечаемого дефекта.

а

б

Рис. 1. Выявление дефекта в сварном шве:

а- схема просвечивания; 6 - эталон чувствительности (дефектометр); 1 - ионизирующий поток; 2 - наваренный металл шва; 3 - основной металл; 4 - дефект; 5 - фотопленка; 6 - эталон чувствительности

О величине его в направлении просвечивания судят сравнивая ин­тенсивность вызванного им затемнения с затемнением, соответствующим пропилам разной глубины на эталоне чувствительности (рис. 1 ) из ана­логичного материала, проецируемым на тот же снимок.

Глубина расположения дефекта выявляется смешением источника излучения параллельно фотопластинке.

Схема определения положения дефекта незначительной толщины показана на рис.2. При этом расстояние х от дефекта до поверхности снимка определяется из соотношения

, (3.6.)

где с, с' и F - размеры, показанные на рис. 2.

При дефектах одинакового размера и формы интенсивность по­темнения будет наибольшей при совпадении направления дефекта с на­правлением просвечивания (рис.3, поз. 2).

При расположении дефекта под некоторым углом (рис.3, поз. 2') излучения будут пересекать его по меньшему протяжению. Минималь­ная длина до пересечения, а, следовательно, и наименьшая интенсивность потемнения, соответствует ориентировке дефекта перпендикулярно на­правлению просвечивания (рис.3, поз. 2").

Рис.2. Определение глубины расположения дефекта:

1 - просвечиваемый элемент; 2 - дефект. 3 - фотопленка; 4 и 4' - источник излу­чения в двух позициях; 5 и 5' - затемненные участки фотопленки; с - смешение источника излучения; с' - смешение центра заснятого изображения, F - фокусное расстояние; х - расстояние от фотопленки до горизонтальной оси дефекта.

Рис.3. К влиянию ориентации дефекта:

1 - просвечиваемый элемент; 2, 2', 2" - различные ориентации дефекта;

3 - источники излучения; 4 - направления просвечивания

Дефекты незначительной толщины могут при этом остаться и не­обнаруженными. Отсюда следует важный вывод, что при применении ио­низирующих излучений могут быть пропущены серьезные дефекты, но с малым раскрытием в направлении просвечивания (например, расслоение металла). Во избежание этого просвечивание следует производить по двум несовпадающим направлениям.

В то же время именно перпендикулярные к заданному направлению дефекты наиболее четко устанавливаются ультразвуковыми методами, по­скольку даже самые незначительные воздушные прослойки почти полностью гасят волны ультразвуковых колебаний. Оба метода контроля - ультразвуко­вой и с помощью ионизирующих излучений - таким образом, дополняют друг друга.

6.2. Область применения нейтронного излучения

Быстрое развитие ядерной энергетики и широкое применение источников ионизирующих излучений (ИИИ) в различных областях науки, техники и народного хозяйства создали потенциальную угрозу радиационной опасности для человека и загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Поэтому вопросы защиты от ионизирующих излучений (радиационная безопасность) превращаются в одну из важнейших проблем.

Радиация (от латинского radiatio - излучение) характеризуется лучистой энергией. Ионизирующим излучением (ИИ) называют потоки частиц и электромагнитных квантов, образующихся при ядерных превращениях, т.е. в результате радиоактивного распада. Чаще всего встречаются такие разновидности ионизирующих излучений, как рентгеновское и гамма-излучения, потоки альфа-частиц, электронов, нейтронов и протонов. Ионизирующее излучение прямо или косвенно вызывает ионизацию среды, т.е. образование заряженных атомов или молекул - ионов.

Источниками ИИ могут быть природные и искусственные радиоактивные вещества, различного рода ядерно-технические установки, медицинские препараты, многочисленные контрольно-измерительные устройства (дефектоскопия металлов, контроль качества сварных соединений). Они используются также в сельском хозяйстве, геологической разведке, при борьбе со статическим электричеством и др.

Геодезисты могут сталкиваться с ионизирующими излучениями при выполнении работ на ускорителях заряженных частиц (синхрофазотронах, синхротронах, циклотронах), а также на атомных электростанциях, на урановых рудниках и др.

Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра атомов гелия. Эти частицы испускаются при радиоактивном распаде некоторых элементов с большим атомным номером, в основном это трансурановые элементы с атомными номерами более 92. Альфа-частицы распространяются в средах прямолинейно со скоростью около 20 тыс. км/с, создавая на своём пути ионизацию большой плотности. Альфа-частицы, обладая большой массой, быстро теряют свою энергию и поэтому имеют незначительный пробег: в воздухе - 20-110 мм, в биологических тканях - 30-150 мм, в алюминии - 10-69 мм.

Бета-частицы - это поток электронов или позитронов, обладающий большей проникающей и меньшей ионизирующей пособностью, чем альфа-частицы. Они возникают в ядрах атомов при радиоактивном распаде и сразу же излучаются оттуда со скоростью, близкой к скорости света. При средних энергиях пробег бета-частиц в воздухе составляет несколько метров, в воде - 1-2 см, в тканях человека - около 1 см, в металлах - 1 мм.

Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитное излучение высокой частоты и с короткой длиной волны, возникающее при бомбардировке вещества потоком электронов. Важнейшим свойством рентгеновского излучения является его большая проникающая способность. Рентгеновские лучи могут возникать в рентгеновских трубках, электронных микроскопах, мощных генераторах, выпрямительных лампах, электронно-лучевых трубках и др.

Гамма-излучение относится к электромагнитному излучению и представляет собой поток квантов энергии, распространяющихся со скоростью света. Они обладают более короткими длинами волн, чем рентгеновское излучение. Гамма-излучение свободно проходит через тело человека и другие материалы без заметного ослабления и может создавать вторичное и рассеянное излучение в средах, через которые проходит. Интенсивность облучения гамма-лучами снижается обратно пропорционально квадрату расстояния от точечного источника.

Нейтронное излучение - это поток нейтральных частиц. Эти частицы вылетают из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности, при реакциях деления ядер урана и плутония. Вследствие того, что нейтроны не имеют электрического заряда, нейтронное излучение обладает большой проникающей способностью. В зависимости от кинетической энергии нейтроны условно делятся на быстрые, сверхбыстрые, промежуточные, медленные и тепловые. Нейтронное излучение возникает при работе ускорителей заряженных частиц и реакторов, образующих мощные потоки быстрых и тепловых нейтронов. Отличительной особенностью нейтронного излучения является способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, что резко повышает опасность нейтронного облучения.

Вопрос 7. Радиодефектоскопия и инфракрасная дефектоскопия

Радиодефектоскопия (радиоволновой метод) основана на проникающих свойствах радиоволн сантиметрового и миллиметрового диа­пазонов. С помощью этого метода выявляются как прошедшие через материал электромагнитные колебания («теневой» метод), так и отражен­ные и рассеянные излучения путем изменения резонанса системы, образованной излучателем и исследуемым элементом (резонансный метод), обнаруживаются поверхностные дефекты в неметаллических материа­лах типа пластмасс, древесины (в том числе и в клееных конструкциях), бетона, же­лезобетона. Радиоволновой метод дает возможность исследовать как начальную стадию зарождения очагов нарушения сплош­ности, так и ход дальнейшего развития дефектов. Принцип использования метода следующий. От генератора, работающего в непрерывном или импульсном режиме, радиоволны проникают в конструкцию и с помощью усилителя регистрируются приемным устройством. С помощью радиоволнового метода представляется возможность определения влажности материалов.

В тепловых методах (инфракрасная дефектоскопия) регистрируются: 1) инфракрасное излучение от внешнего источника, отраженное от исследуемой кон­струкции или про­шедшее сквозь него и 2) местные отклонения собственных инфракрасных излучений поверхности проверяемого элемента, нагретого, например, про­пуском тока через электропроводящие материалы. Местные нарушения картины температурного поля являются чув­ствительными показателями наличия дефектов, в том числе и скрытых, не выявляемых при применении других методов контроля.

Инфракрасное излучение является электромагнитным излуче­нием, занимающим спектральную об­ласть между красным концом види­мого спектра с длиной волны λ = 0, 74 мкм и коротковолновым радио­излучением с длинами волн λ = 1…2 мм. Инфракрасное излучение исполь­зуется для обнаружения непрозрачных для видимого света включений. Инфра­красное изображение дефекта можно получать в проходящем, отраженном и собственном излучении исследуе­мого объекта. Нагретые твердые тела испускают непрерывный инфракрасный спектр. При низких температурах (ниже 600°С) излучение нагретого твердого тела почти целиком распо­ложено в инфракрасной области. При повышении температуры доля излуче­ния в видимой области увеличивается, и тело вначале кажется темно - красным, затем красным, затем желтым и, нако­нец, при высоких температурах – бе­лым. Многие вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непро­зрачными в некоторых областях инфра­красного излучения и наоборот. Так, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излу­чения; пластинки германия и крем­ния, непрозрачные в видимой об­ласти, прозрачны в инфракрасной. У большинства материалов отража­тельная способность для инфракрасного излучения значительно больше, чем для видимого света. Мощным источником инфракрасного излучения является солнце, около 50% излучения которого лежит в инфракрасной области. Значительная до­ля (от 70 до 80%) энергии излу­чения ламп накаливания с вольфра­мовой нитью приходится на инфра­красное излучение.

Приемники инфракрасного излуче­ния основаны на преобразовании энергии инфракрасного излучения в дру­гие виды энергии, которые могут быть измерены обычными методами. В тепло­вых приемниках инфракрасного излу­чения регистрируется повышение темпе­ратуры термочувствительного элемента. В фотоэлектрических приемниках поглощенное инфракрасное излучение приводит к появлению или изменению электрического тока или напряжения. Фотоэлектрические приемники облада­ют селективными свойствами, т. е. являются чувствительными лишь в оп­ределенной области спектра. На спе­циальных фотопленках и пластинках в инфракрасном излучении могут быть получены фотографии. Отмеченное свойство позволяет опе­ративно дистанционно анализировать качество ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Для преобразования инфракрасного излучения в видимое используются так называемые тепловизоры. В этих приборах воспроиз­водится разность температур на по­верхности предмета визуально. Прибор производит развертку поля зрения и передает инфракрасные излучения на детектор, который преобразует инфра­красный сигнал в электрический. После усиления этого сигнал регулирует интенсивность пучка в трубке телеви­зионного устройства. Пучок разверты­вается на экране и дает изображение, наблюдаемое с помощью прибора. На экране возникает тепловая картина: более светлые участки соответствуют поверхностям предмета с более высо­кими температурами. Тепловизоры поз­воляют оценить качество заделки швов.

Литература.

1. Землянский А.А «Обследование, испытания зданий и сооружений» Москва 2004г.

2. Современные методы контроля материалов без разрушения, под ред. С. Т. Назарова, 2004.