Настоящий стандарт устанавливает процедуру неразрушающего контроля методом шерографии однослойных и многослойных микроформных или волокнистых полимерных композитов, сотовых или пенных материалов внутреннего слоя "сэндвич"-конструкций и изготовленных намоткой сосудов из полимерных композитов, работающих под давлением (далее - сосудов).

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32794, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 интерференционное изображение: Результат интерференции; чередование полос повышенной и пониженной интенсивности света, получающееся в результате наложения когерентных световых пучков, т.е. в условиях постоянной (или регулярно меняющейся) разности фаз между ними, и характеризующее наличие деформации на поверхности объекта контроля.

3.2

локальное перемещение: Изменение положения точек поверхности объекта контроля (вызванное наличием внутренней неоднородности) вследствие его упругой деформации в результате приложения внешнего возмущающего воздействия.

Примечания

1 При определении локального перемещения рассматривается нормальная компонента (продольно оптической оси).

2 Следует отличать локальное перемещение (как ответная реакция внутренней неоднородности) от глобального перемещения поверхности внутренне однородного тела.

3.3

метод неразрушающего контроля: Метод контроля, при котором не должна быть нарушена пригодность объекта к применению.

[ГОСТ 16504-81, статья 89]

3.4 шерография: Метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации интерференционных изображений локальных перемещений поверхности объекта контроля до и после приложения внешнего возмущающего воздействия, предназначенный для выявления нарушений однородности, для контроля изменений в материале объекта контроля, структурных дефектов по всему объему контролируемого участка (в пределах области чувствительности прибора).

3.5 шерограмма: Результат шерографии; фазовое изображение, полученное путем вычитания сдвиговых интерференционных изображений.

3.6

дефект: Каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.

[ГОСТ 15467-79, статья 38]

4.1 Неразрушающий контроль методом шерографии предполагает применение интерференционного прибора со сдвигающей оптикой для регистрации интерференционных изображений локальных перемещений поверхности объекта контроля. Локальное перемещение поверхности образуется как ответная реакция деформации внутренней структуры на внешнее возмущающее воздействие. Внутренние неоднородности или дефекты могут быть определены посредством измерения и анализа локальных перемещений поверхности объекта контроля.

4.2 Внешнее возмущающее воздействие может быть вызвано тепловым воздействием, повышенным давлением, пониженным давлением (вакуумом), акустическим воздействием, механическим вибрационным воздействием и пр. Для выявления оптимального вида и величины внешнего возмущающего воздействия рекомендуется проводить пробные (тестовые) испытания.

4.3 Для регистрации интерференционного изображения используют установку для проведения процедуры неразрушающего контроля методом шерографиии (например, интерферометр Майкельсона со сдвиговой двулучепреломляющей оптической системой) (см. рисунок 1). Объект контроля засвечивают рассеянным лазерным излучением с фиксированной частотой излучения света. CCD-камера - прибор с зарядовой связью, регистрирует отраженный свет с помощью CCD-матрицы (возможно применение иных светочувствительных элементов). Сдвиговая оптика (как правило, система зеркал с возможностью изменения наклона) формирует пару сдвинутых (поперечно оптической оси) изображений поверхности объекта контроля (см. рисунок 2). Световые лучи (см. рисунок 1), отраженные от пары точек поверхности объекта контроля фокусируются в одну точку матрицы, образуя интерференцию. Таким образом, по отношению ко всем точкам поверхности объекта контроля возникает интерференция в каждой из спаренных точек по всей зоне видимости. Две сдвинутые фазовые картины формируют интерференционное изображение.

Зеркало может изменять величину сдвига с помощью пьезоэлектрического элемента. Сдвиг на снимке (см. рисунок 2) характеризуется вектором заданной величины и его направлением. Вектор сдвига определяет восприимчивость интерферометра к величине локального перемещения и размер его минимально выявляемой области.

1 - компьютер с программным обеспечением; 2 - управляющий модуль; 3 - устройство захвата изображений; 4 - CCD-камера; 5 - наклонное зеркало; 6 - светоделительная пластинка; 7 - сдвиговое зеркало; 8 - источник лазерного излучения; 9 - рассеянное лазерное излучение; 10 - объект контроля; 11 - отраженный свет, проецируемый на CCD-камеру; и - пары точек поверхности объекта контроля, которые отстоят друг от друга на величину оптического сдвига С и проецируются на матрицу в одну точку Р

Рисунок 1 - Установка для проведения процедуры неразрушающего контроля методом шерографии

1 - реальное изображение (вектор сдвига равен нулю); 2 - изображение сдвига (изображение сдвинуто относительно реального на заданную величину и угол); 3 - вектор сдвига заданной величины и направления

Рисунок 2 - Пара сдвинутых изображений

Сравнивая (вычитая) два интерференционных изображения до и после приложения внешнего возмущающего воздействия, получают шерограмму (см. рисунок 3).

Для формирования шерограммы без интерференционных полос проводят последующую обработку с использованием ряда алгоритмов (см. рисунок 4). Такой вид шерограммы более нагляден с точки зрения обнаружения дефекта.

Области локальных перемещений поверхности объекта контроля отображаются на шерограмме наличием черных и белых колец (см. рисунок 3) или контрастных областей (см. рисунок 4), напоминающих по форме "бабочку". Направление контрастности, как правило, совпадает с направлением вектора сдвига.

По присутствию локальных перемещений поверхности объекта судят о наличии внутренней неоднородности объекта.

Интерференционные изображения и шерограммы сохраняются компьютером и могут быть востребованы в любой момент.

5.1 Установка для проведения процедуры неразрушающего контроля методом шерографиии должна включать следующие компоненты:

- шерографический сенсорный модуль:

а) шерографическая камера:

б) устройства для регулировки и настройки шерографической камеры;

в) источники рассеянного лазерного излучения;

- компьютер с программным обеспечением:

- оборудование для создания внешнего возмущающего воздействия:

- устройство для фиксации объекта контроля.

Требования к компонентам установки приведены в 5.2-5.7. Схема установки приведена на рисунке 1.

5.2 Шерографическая камера

Шерографическая камера для выполнения процедуры шерографии должна конструктивно объединять в себе регистрирующий светочувствительный элемент (как правило, CCD-матрица), систему оптического сдвига (наклонное зеркало, светоделительная пластинка, сдвиговое зеркало), объектив. Шерографическая камера должна иметь возможность измерять локальные перемещения поверхности объекта контроля (продольно оптической оси) с интерферометрической чувствительностью.

Допускается применение шерографических камер с фиксированным или регулируемым вектором оптического сдвига. Регулировка оптического сдвига может осуществляться в ручном или в автоматическом режиме.

5.3 Устройства для регулировки и настройки шерографической камеры

Устройство для регулировки и настройки шерографической камеры должно включать регуляторы для изменения положения основных параметров камеры, а именно:

- смещать шерографическую камеру в вертикальной (наклон) и горизонтальной (поворот) плоскостях;

Примечание - Этот параметр может зависеть от модификации используемой шерографической камеры.

- регулировать размер кадрового окна;

Примечание - Этот параметр может зависеть от типа используемой линзы объектива.

- изменять фокусное расстояние линзы, фокусировку;

Примечание - Этот параметр может зависеть от типа используемой линзы объектива. Могут применяться линзы с фиксированным или регулируемым фокусным расстоянием.

- менять наклон зеркал внутри шерографической камеры (независимо одно от другого), делая возможным сдвиг изображения по горизонтали и вертикали.

5.4 Источники рассеянного лазерного излучения

В качестве источников рассеянного лазерного излучения используются лазерные диоды (как правило, от 2 до 8), установленные вокруг объектива шерографической камеры в специальных фиксирующих корпусах с возможностью регулировки направления их излучения при настройке требуемой интенсивности и равномерности засвечивания тестируемой области объекта контроля.

Регулировка источников лазерного излучения должна обеспечивать возможность поворота источников лазерного излучения, а также и их направление освещения в вертикальной плоскости (наклон) и в горизонтальной плоскости (поворот).

Количество источников лазерного излучения шерографической камеры и их мощность должны быть достаточными для равномерного засвечивания тестируемой области объекта контроля.

5.5 Компьютер с программным обеспечением

Компьютер с программным обеспечением, предназначенный для регистрации и обработки интерференционных изображений, должен:

- предусматривать возможность регистрации и сохранения изображения при получении соответствующей команды пользователя;

- предусматривать возможность преобразования получаемого изображения в цифровой формат, позволяющий производить одновременную обработку нескольких изображений;

- позволять осуществлять цифровое вычитание получаемых изображений для последующей генерации шерограмм;

- осуществлять синхронное управление всеми элементами и узлами шерографической установки.

5.6 Оборудование для создания внешнего возмущающего воздействия

5.6.1 Общие положения

Оборудование для создания внешнего возмущающего воздействия не должно оказывать разрушающего воздействия на объект контроля либо приводить к образованию новых дефектов в его структуре, т.е. не должно превышать допустимых пределов, при которых создаются условия начала процесса разрушения. В зависимости от вида внешнего возмущающего воздействия используют оборудование, перечисленное в 5.6.2-5.6.6.

5.6.2 Оборудование для создания пониженного давления (вакуума)

Оборудование для создания пониженного давления (вакуума) должно включать:

- герметичную камеру для создания области пониженного давления:

- вакуумный насос или иное устройство для создания пониженного давления;

- вакуумный предохранительный клапан, расположенный между камерой и зоной с атмосферным давлением воздуха.

Допустимая разность атмосферного давления и давления внутри камеры должна выбираться в пределах от 0,7 до 14,0 кПа. Вакуумный предохранительный клапан должен обеспечивать надежное поддержание установившегося давления внутри камеры.

Для создания пониженного давления (вакуума) также может быть использована мобильная герметичная камера, оказывающая воздействие непосредственно в месте герметичного контакта с поверхностью объекта контроля.

5.6.3 Оборудование для создания теплового воздействия

Для создания теплового воздействия используют любое оборудование, при помощи которого можно повысить температуру поверхности объекта контроля, например кварцевые лампы высокой интенсивности, тепловые пушки или иные нагревательные элементы в промышленном исполнении.

Оборудование для создания теплового воздействия должно удовлетворять следующим требованиям:

- использование оборудования не приведет к повреждению или образованию дефектов в объекте контроля;

- оборудование должно осуществлять нагрев тестируемой области объекта контроля однородно.

Примечание - Для надежного определения дефекта в объекте контроля, как правило, достаточно повышения температуры поверхности объекта контроля на 1°С.

5.6.4 Оборудование для создания повышенного давления

Оборудование для создания повышенного давления должно включать:

- источник сжатого газа, отвечающий требованиям по чистоте для сосудов с тестовым давлением;

- соответствующие клапаны;

- пневматические обвязки (система трубок).

Оборудование для создания повышенного давления используют преимущественно для контроля сосудов.

Во время контроля давление в сосудах доводят до уровня, превышающего атмосферное давление. Этот перепад давления используется в качестве базового значения при проведении испытания. Затем давление циклически меняют в большую или меньшую сторону. Величина перепада давления представляет собой функцию от материала и геометрических параметров сосуда. Данные шерографии, полученные при повышении давления, будут иметь противоположную фазу относительно данных, полученных при уменьшении давления.

5.6.5 Оборудование для создания акустического воздействия

Оборудование для акустического воздействия должно включать:

- генератор сигналов;

- усилитель сигналов;

- акустический источник.

Акустический источник преобразует электрическую энергию в сфокусированную волну акустического давления, которая перемещается по воздуху от источника к объекту контроля.

Оборудование должно обеспечивать возможность введения низкочастотных колебаний в объекте контроля.

5.6.6 Оборудование для создания механического вибрационного воздействия

Для создания механического вибрационного воздействия используют пьезоэлектрический или иной исполнительный механизм с механическим или вакуумным креплением, который должен включать:

- генератор сигналов:

- привод исполнительного механизма;

- линейный механический исполнительный механизм.

Исполнительный механизм должен быть жестко сопряжен с объектом контроля. Синусоидальный сигнал или сигнал другой формы поступает на исполнительный механизм, создавая требуемую вибрацию и амплитуду. Вибрация проходит через всю область контроля.

5.7 Устройство для фиксации объекта контроля

5.7.1 Устройство для фиксации должно ограничить любые перемещения, являющиеся независимыми между шерографической камерой и объектом контроля.

5.7.2 Устройство для фиксации полимерных композитов и материалов внутреннего слоя "сэндвич"-конструкций должно обеспечивать жесткое удержание объектов контроля для ограничения любых их перемещений.

5.7.3 Устройство для фиксации сосудов должно обеспечивать жесткое удержание сосуда для ограничения однородного перемещения/вибрации, вызванного давлением в нем. Механизм крепления должен позволять сосуду осуществлять вращение вокруг оси, делая возможным действия, предусмотренные процедурой проведения шерографии.

5.8 Средства измерения давления

Для мгновенного измерения давления в сосуде используют средства измерения давления, имеющие точность измерения ±2% (например, манометр). Также могут быть использованы автоматизированные системы нагнетания давления с откалиброванными датчиками давления и клапанами подачи газа, управляемые компьютером с программным обеспечением.

6.1 Объект контроля представляет собой готовое изделие либо образец для контроля, изготовленный в соответствии с техническим документом или технической документацией на изделие. Тип, способ и режим изготовления, отбор проб, размеры, количество образцов для контроля должны быть установлены в нормативном документе или технической документации на изделие.

6.2 Поверхность тестируемой области объекта контроля должна быть очищена от инородных нестабильных предметов, грязи, пыли, клея, пленки, краски и т.п. Способ очистки и используемые материалы не должны оказывать повреждающего воздействия на объект контроля.

7.1 Общие положения

7.1.1 Неразрушающий контроль методом шерографии проводят при условиях окружающей среды, рекомендованных производителем шерографического оборудования. Следует избегать прямого солнечного или искусственного засвечивания тестируемой области объекта во время контроля. Контроль рекомендуется проводить в помещении без интенсивных внешних воздействий, таких как вибрации, воздушные или тепловые потоки.

7.1.2 Для объекта контроля выбирают метод внешнего возмущающего воздействия в соответствии с рекомендациями, приведенными в таблице 1 в зависимости от структуры объекта и материала поверхности тестируемой области.

7.1.3 Объект контроля неподвижно и жестко фиксируют, чтобы исключить любые нежелательные движения, которые могут возникнуть в процессе испытания. При фиксации не допускают механического повреждения структуры объекта в местах закрепления.

Метод внешнего возмущающего воздействия

Материал объекта контроля

Ламинат

Композитный сотовый материал внутреннего слоя "сэндвич"-
конструкции

Металлический сотовый материал внутреннего слоя "сэндвич"-
конструкции

Защитные покрытия, пенный материал "сэндвич"-
конструкции, пробковое покрытие, тонкослойная резина

Материал стенки сосуда

Тепловое воздействие

- расслоение;

- непроклеи;

- пористость;

- слипнутый дефект

- повреждение от удара;

- расслоение;

- непроклеи;

- замятие заполнителя;

- включения

- непроклеи;

- замятие заполнителя;

- включения

не применяется

не применяется

Воздействие повышенным давлением

не применяется

заполнитель, сообщающийся с атмосферой:

- повреждение от удара;

-
непроклеи

заполнитель, сообщающийся с атмосферой:

- повреждение от удара;

- непроклеи

не применяется

- повреждение от удара;

- расслоение;

- образование сгустков;

- дефекты изготовления

Воздействие пониженным давлением (вакуумом)

не применяется

- непроклеи;

- смятый заполнитель;

- включения;

- непроклеи противоположной стороны

- непроклеи;

- смятый заполнитель;

- непроклей стыкового соединения заполнителя;

- непроклеи противоположной стороны

- непроклеи;

- отслоения;

- пустоты;

- повреждения

непроклеи вкладышей (закладных)

Акустическое и механическое вибрационное воздействие

- повреждение от удара;

- расслоение;

- непроклеи

Перфориро-
ванные обшивки:

- непроклеи;

- смятый заполнитель

Перфориро-
ванные обшивки:

- непроклеи;

- смятый заполнитель

не применяется

не применяется

7.1.4 Устанавливают шерографический сенсорный модуль на расстоянии от объекта контроля от 0,001 до 2 м, подбираемом опытным путем, в зависимости от типа шерографической камеры, мощности и типа источников рассеянного лазерного излучения, а также от типа объектива шерографической камеры. В зависимости от отражающей способности тестируемой области объекта контроля обзор камеры допускается регулировать с незначительным отклонением от ортогональности в целях минимизации прямого отражения лазерного излучения от поверхности объекта контроля. Чтобы обеспечить равномерность засветки без переотражений используют регулировки "наклон" либо "поворот" источников рассеянного лазерного излучения шерографического сенсорного модуля. Затем шерографический сенсорный модуль требуется настроить для обеспечения точности. В зависимости от опций, предусмотренных шерографическим оборудованием, установка, регулировка и настройка завершаются при размещении системы из двух точек, с их фиксированным межосевым расстоянием в поле обзора объекта контроля. Вектор сдвига может корректироваться в данной точке в зависимости от требуемых условий при помощи регуляторов сдвига шерографического сенсорного модуля.

7.1.5 Применяют выбранный вид внешнего возмущающего воздействия на тестируемую область объекта контроля, выполняют захват опорного изображения (интерференционное изображение до приложения внешнего возмущающего воздействия) тестируемой области объекта контроля, затем выполняют регистрацию и сохранение интерференционного изображения той же тестируемой области объекта контроля во время и (или) после приложения внешнего возмущающего воздействия. Данные изображения вычитают для формирования шерографической фазовой карты (набор шерограмм), которая может быть обработана в дальнейшем с целью определения участков локальных перемещений (см. таблицу 1). В зависимости от опций программное обеспечение позволяет провести приближенное измерение области локального перемещения (длина, ширина, площадь, координата).

Особенности проведения шерографии в зависимости от вида внешнего возмущающего воздействия приведены в 7.2-7.6.

7.2 Шерография при тепловом воздействии

7.2.1 Общие положения

Интерференционные изображения, получаемые при шерографии методом теплового воздействия, локально изменяются вследствие различия коэффициентов температурного расширения однородной и неоднородной области объекта контроля. Температура и длительность теплового воздействия зависят от расстояния источника тепла до поверхности объекта контроля, степени контрастности и толщины тестируемой области. Шерография методом теплового воздействия может быть реализована двумя методами, описанными в 7.2.2-7.2.3.

7.2.2 Метод 1

Выполняют захват опорного изображения, применяют тепловое воздействие на тестируемую область объекта контроля, ожидают появления процессов термодиффузии, затем выполняют захват интерференционного изображения, после чего проводят обработку этих изображений. В результате вычитания этих изображений получают шерограмму.

7.2.3 Метод 2

Применяют тепловое воздействие на объект контроля, затем производят захват опорного изображения, ожидают появления процессов термодиффузии и выполняют захват интерференционного изображения, после чего проводят обработку этих изображений. В результате вычитания этих изображений получают шерограмму.

7.3 Шерография при воздействии повышенным давлением

Давление в сосуде выводят на установившийся режим с отклонением от рабочего давления от 0,1 до 1,0%. Выполняют захват опорного изображения тестируемой области объекта контроля. Затем давление циклически меняют в большую или меньшую сторону на 0,5% от рабочего давления или до момента декорреляции, что может быть определено экспериментально по получаемому интерференционному изображению (величина перепада давления зависит от материала и геометрических параметров сосуда). Результаты контроля, полученные при повышении давления, будут другими относительно данных, полученных при уменьшении давления.

7.4 Шерография при воздействии пониженным давлением (вакуумом)

7.4.1 Общие положения

При воздействии пониженным давлением используют стратегию захвата изображений на "обратном ходу", когда опорное изображение выполняют при приложенном внешнем возмущающем воздействии, а захват второго изображения - при нормальном атмосферном давлении либо при установившемся разгруженном состоянии (при отсутствии факторов внешнего воздействия). Шерография при воздействии пониженным давлением (вакуумом) может быть реализована двумя методами, описанными в 7.4.2-7.4.3.

7.4.2 Воздействие пониженным давлением в герметичной камере

Объект контроля помещают в герметичную вакуумную камеру, выполняют захват опорного изображения, затем удаляют воздух из камеры, создавая внутри нее частично разреженное давление, как правило, на 9,4 кПа меньше атмосферного давления. Оставшийся внутри заполнителя воздух, давление которого совпадает с нормальным атмосферным давлением, вызывает напряжение в поперечном направлении объекта контроля. В этот момент выполняют захват интерференционного изображения во время внешнего возмущающего воздействия. Давление внутри камеры приводят к значению давления окружающей среды, чтобы вновь повторить эту процедуру для следующей тестируемой области объекта контроля.

7.4.3 Локальное воздействие пониженным давлением с помощью мобильной герметичной камеры

Мобильную герметичную камеру (как правило, герметичный шерографический сенсорный модуль с уплотнителем в месте его контакта с поверхностью объекта контроля) располагают на тестируемой области объекта контроля. Применяют начальное опорное отрицательное давление (как правило, около 4 кПа). В таком положении производят фиксацию мобильной герметичной камеры относительно объекта контроля за счет специальных упоров на жесткой части корпуса модуля для того, чтобы исключить любое физическое смещение шерографического сенсорного модуля во время контроля.

После этого производят захват опорного изображения и продолжают увеличивать воздействие пониженным давлением. После того как заданное значение давления достигнуто, производят захват интерференционного изображения во время внешнего возмущающего воздействия. Проводят обработку полученных интерференционных изображений, формируя шерограмму для данной тестируемой области объекта контроля.

7.5 Шерография при механическом вибрационном воздействии

Данный метод предполагает динамическое использование механического или вакуумного воздействия (MECAD) либо воздействие вибрацией с воздушной связью. Для возбуждения MECAD применяют оборудование по 5.6.6.

Выполняют захват опорного изображения, применяют воздействие на тестируемую область объекта контроля. Изображение дефекта появляется постоянно в режиме реального времени, или оно может быть зафиксировано в виде статического изображения. Выполняют захват интерференционного изображения, после чего проводят обработку полученных изображений. В результате вычитания этих изображений получают шерограмму.

7.6 Шерография при акустическом воздействии

Данный метод позволяет проводить бесконтактный, удаленный контроль легковесных полимерных композитов, "сэндвич"-конструкций с сотовым и пенным наполнителем.

Выполняют захват опорного изображения, применяют воздействие на тестируемую область объекта контроля. Изображение дефекта появляется постоянно в режиме реального времени, или оно может быть зафиксировано в виде статического изображения. Выполняют захват интерференционного изображения, после чего проводят обработку полученных изображений. В результате вычитания этих изображений получают шерограмму.

Результаты испытания оформляют в виде протокола, содержащего:

- ссылку на настоящий стандарт;

- полное описание объекта контроля, включая:

а) наименование объекта;

б) функциональное назначение объекта;

в) общее описание конструкции объекта контроля;

г) материалы, из которых изготовлен объект контроля;

д) наименование и номер шифров (при наличии) объекта контроля предприятия-изготовителя;

е) форму и размеры объекта контроля;

ж) описание метода изготовления объекта контроля;

- условия проведения испытания, включая предприятие, на котором проводилось испытание;

- тип и параметры воздействия на объект в ходе испытания;

- суммарную площадь тестируемой области объекта контроля в рамках единого протокола;

- распечатку карты дефектов с указанием масштаба отображения. Заявкой на проведение шерографии может устанавливаться требование к контролеру дополнять общую карту дефектов распечаткой зарегистрированных шерограмм отдельно выбранных тестируемых областей;

- подробное описание выявленных дефектов объекта контроля, включая размеры и площадь каждого аномального участка, идентифицированного как дефект;

- факторы, которые могли оказать влияние в процессе проведения процедуры шерографии;

- фамилии, имена и подписи ответственных специалистов, проводящих испытание;

- общее время, затраченное на проведение испытания;

- дату и время проведения испытания.