Способ контроля локальных повреждений конструкций

Способ контроля локальных повреждений конструкций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к методам неразрушающего контроля крупногабаритных стационарных конструкций, и может быть использовано для обнаружения локальных повреждений антенных мачт и других конструкций, используемых в том числе в составе систем вооружения и военной технике противовоздушной обороны.

Уровень техники

Известен способ контроля случайных повреждений конструкций, описанный в изобретении по патенту РФ №2120133 (кл. G01V 3/11, 1990 г.), принимаемый за прототип.

Сущность способа, принятого за прототип, заключается в том, что через металлоконструкцию пропускают ток I катодной защиты специальной формы, проводят непрерывное измерение потенциала V, наведенного в металлоконструкцию моделируемым током I катодной защиты, а также сопротивления R покрытия по соотношению (R=V/I), на основе чего выявляют повреждение металлоконструкций.

Недостатками способа, принятого за прототип, являются:

- отсутствие возможности локализации места повреждения конструкции, вследствие чего в случае обнаружения случайного повреждения требуется проведение обследования всей конструкции. Процесс локализации места отказа может быть сопряжен с рядом трудностей. Во-первых, в зависимости от характера конструкции зачастую трудно обеспечить доступ к самой конструкции для проведения дефектации. В частности, с подобным трудностями можно столкнуться в случаях протяженных конструкций, скрытых под землей либо для обследования которых требуется работа на высоте. Во-вторых, не во всех случаях возможна локализация места дефекта путем визуального осмотра, т.к. дефект может быть скрытым и не вызывать серьезных видимых разрушений на поверхности конструкции. Таким образом, отсутствие возможности локализации места отказа приводит к значительным временным и финансовым затратам, связанным с необходимостью организации дорогостоящих процедур локализации места отказа;

- невозможность контроля неметаллических конструкций и металлических конструкций с перекрестными конструктивными связями;

- необходимость непрерывной подачи тока катодной защиты, что требует постоянного подключения к объекту контроля достаточно сложного стационарного оборудования. В случае контроля состояния двух и более конструкций количество необходимого оборудования равно количеству контролируемых объектов, что приводит к дополнительным финансовым затратам.

Сущность изобретения

Техническим результатом от применения заявленного способа является устранение недостатков прототипа, а именно:

- обеспечение более простой локализации места дефекта контролируемой конструкции;

- обеспечение возможности контроля металлических и неметаллических конструкций, а также конструкций с перекрестными конструктивными связями;

- снижение количества необходимого технологического оборудования при контроле группы объектов.

Указанный технический результат достигается тем, что предварительно на контролируемую поверхность протяженной конструкции наносят изоляционный слой, после чего на нанесенный изоляционный слой наносят секционированный рисунок из электропроводящего слоя и делают отводы (фиг.1) для обеспечения возможности измерения сопротивления отдельных участков рисунка, при этом рисунок наносят таким образом, что в случае локального разрушения контролируемой конструкции происходит разрушение нанесенного на поверхность этой конструкции рисунка, выполненного из электропроводящего слоя. Каждому нанесенному участку рисунка электропроводящего слоя ставится в соответствие участок контролируемой конструкции, на который наносится рисунок. Данное соответствие идентифицируется с помощью отводов (проводников), которые используются при локализации места обнаруженного дефекта. Для обеспечения предотвращения воздействий внешней среды (осадки, пыль, грязь) на электропроводящий слой может быть нанесен сверху изоляционный защитный слой.

Изоляционный, электропроводящий и дополнительный защитный изоляционный слои могут наноситься участками как на металлические, так и на неметаллические конструкции, что дает возможность проводить контроль локальных разрушений и металлических, и неметаллических конструкций, включая секционированные сборные протяженные конструкции и конструкции с перекрестными конструкционными связями.

Перед началом эксплуатации конструкции проводят измерение сопротивления R_iu участков нанесенного рисунка и принимают полученные данные за эталонные. Устанавливают допуски на изменение сопротивления, в пределах которых не квалифицируется разрушение конструкции. В процессе последующей эксплуатации в случае выхода контролируемого значения R_i сопротивления, измеренного на соответствующем участке рисунка, за пределы указанных допусков делается заключение о наличии повреждения на данном участке конструкции.

В процессе эксплуатации конструкции по истечении определенного промежутка времени T_k, устанавливаемого исходя из необходимости обеспечения требований работоспособности и вероятности выхода из строя контролируемой конструкции (на основании статистики частоты возникновения дефектов аналогичных конструкций), с помощью типовых переносных средств измерения проводят измерение сопротивлений R_i участков нанесенного рисунка. Сравнивают полученные результаты измерения сопротивления R_i с установленными эталонными значениями с учетом допусков и делают вывод об исправности участков и контролируемой конструкции в целом или о наличии дефектов.

Превышение измеренного значения сопротивления R_i установленных допусков для данного участка рисунка электропроводящего слоя свидетельствует о наличии дефекта на данном участке контролируемой конструкции. Место дефекта идентифицируется по номеру отвода электрической цепи рисунка электропроводящего слоя (фиг.1), в которой впервые зафиксировано отклонение значения сопротивления R_i участка цепи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 поясняется принцип осуществления заявленного способа.

На фиг.2 представлена эквивалентная электрическая принципиальная схема электропроводящего слоя.

Осуществление изобретения

Принцип технической реализации заявленного способа поясняется на примере применения способа при контроле состояния участка плоской протяженной конструкции.

Для осуществления способа на заведомо исправную контролируемую конструкцию 1 перед началом эксплуатации наносят три слоя пленок материала (фиг.1): изоляционный слой материала 2; многосекционный электропроводящий слой материала 3; защитный слой материала 4.

При этом ширина многосекционного электропроводящего слоя для обеспечения обнаружения небольших локальных разрушений не должна превышать 2 см.

В случае необходимости контроля широкого участка конструкции параллельно наносятся дополнительные многосекционные электропроводящие слои.

На основании априорных данных о протяженности конструкции и требуемой точности определения места обнаружения дефекта конструкцию разбивают на необходимое количество контролируемых участков. При этом для обеспечения возможности измерения сопротивления электропроводящего слоя каждого участка конструкции делают отводы 5, например, в виде гибких проводников, которые подключают при контроле ко входу измерительного прибора 6. Для удобства контроля сопротивления участков цепей R_i отводы 5 могут быть объединены на диагностический разъем 7, к контактам которого поочередно подключают вход измерительного прибора 6.

Нанесенный рисунок электропроводящего слоя можно представить в виде эквивалентной электрической принципиальной схемы (фиг.2), где R₀₁ - сопротивление электропроводящего слоя между выводами 0 и 1, R₁₂ - сопротивление электропроводящего слоя между выводами 1 и 2 и т.д.

Измерительный прибор 6 подключают общим контактом к началу электропроводящего слоя (точка «0»), а измерительный вход подключают к отводам (фиг.1) и производят измерение сопротивлений R₀₁, R₁₂, R₂₃, R₃₄, R_4…n участков контролируемой конструкции. Полученные данные для исправной конструкции фиксируют как эталонные R_01Э, R_12Э, R_23Э, R_34Э, R_4…nЭ, где R_01Э - эталонное значение сопротивления электропроводящего слоя между выводами 0 и 1 для исправного участка конструкции, R_12Э - эталонное значение сопротивления электропроводящего слоя между выводами 1 и 2 для следующего исправного участка конструкции - и т.д.

Устанавливают значения ΔR₀₁, ΔR₁₂, ΔR₂₃, ΔR₃₄, ΔR_4…n допусков для каждого участка конструкции, в пределах которых изменение сопротивления электропроводящего слоя не квалифицируется как неисправность конструкции. Допуски устанавливают с учетом того, что в процессе эксплуатации конструкция подвергается различного рода нагрузкам, приводящим к механическим деформациям, таким как сжатие и растяжение, при которых происходят изменения сопротивления участка электропроводящего слоя, без повреждения конструкции. В дальнейшем в процессе эксплуатации конструкции производят периодические измерения значений сопротивлений электропроводящего слоя R_i на контролируемых участках конструкции и сравнивают их с эталонными значениями (R_iэ+ΔR_iэ). Измерения проводят периодически с периодом T_k, установленным на основе статистики частоты возникновения дефектов аналогичных конструкций или на основе расчетных данных.

Нахождение измеренного сопротивления участка электропроводящего слоя в заданных пределах свидетельствует об исправности протяженной конструкции на данном участке:

В случае разрушения участка конструкции происходит обрыв электропроводящего слоя. Сопротивление контролируемого участка цепи резко возрастает и выходит за границы допуска.

На основании процедуры сравнения измеренных значений R_i сопротивления с эталонными (R_iэ+ΔR_iэ) согласно (1) и (2) делают заключение об исправности или о наличии повреждения (дефекта) контролируемого участка протяженной конструкции. Это позволяет локализовать место дефекта, на основе чего проводят более детальное обследование данного участка конструкции и его ремонт. Сокращается время поиска дефекта, и предотвращаются возможные аварийные ситуации на крупногабаритных конструкциях (например, антенных мачтах радиолокационных постов).

В качестве многосекционного электропроводящего слоя может быть использован, например, материал по патенту РФ №2061713 «Электропроводящая полимерная композиция» (кл. C08L 27/18, С08К 3/00, 1993 г.) или любой другой материал с соответствующими свойствами. В качестве защитного покрытия может быть использован, например, материал по патенту РФ №2156268 «Состав защитного покрытия» (кл. C09D 191/06, C09D 5/00, 1999 г.) или другие материалы, обеспечивающие соответствующую защиту и стойкость. В качестве отводов, выполненных в виде проводников, соединяющих электропроводящий слой с общим диагностическим разъемом, могут использоваться отрезки многожильного гибкого изолированного провода, например многожильного гибкого термостойкого провода во фторопластовой изоляции (МГТФ).

В качестве средств измерений могут использоваться серийные измерительные приборы, например универсальный цифровой вольтметр В7-38, или аналогичные приборы, работающие в режиме измерения сопротивления.

1. 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на слой электропроводящего материала наносят внешний защитный слой, защищающий электропроводящий слой от внешних воздействий.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторые концы проводников, соответствующие локальным участкам рисунка электропроводящего слоя, объединяют на разъем, к контактам которого поочередно подключают измерительный прибор.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что его применяют для контроля как металлоконструкций, так и неметаллических конструкций, а также секционированных сборных протяженных конструкций и конструкций с перекрестными конструкционными связями.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что подключение измерительных приборов и проверку целостности конструкции производят периодически с периодом Т_k, установленным на основе статистики частоты возникновения дефектов аналогичных конструкций или на основе расчетных данных.