Пенопласты различных марок и плотностей используют в качестве легких заполнителей, для теплоизоляции и других подобных целей. Пенопласты изготовляют в виде отдельных блоков, которые затем соединяют с другими элементами (напри­мер, вклеивают между двумя обшивками) или вспенивают непосредственно в запол­няемых объемах (например, в лопастях воздушных винтов). Неразрушающий кон­троль применяют для оценки качества как исходных пенопластовых блоков, так и изделий с пенопластовыми заполнителя­ми, в том числе качества соединений пе­нопласта с элементами конструкций.

Акустические характеристики пено­пластов и вопросы неразрушающего кон­троля рассматриваемых объектов наибо­лее полно изложены в работах И. И. Крю­кова с соавторами [196, 197]. Ниже кратко описаны основные результаты этих работ.

Структура пенопластов состоит из газовых ячеек, разделенных каркасом по­лимера. В зависимости от плотности, раз­мер ячеек изменяется в пределах 0,1 ... 2,5 мм. Кроме того, каркас из полимера содержит многочисленные микропоры размером 0,5 ... 1,0 мкм.

Основные дефекты пенопласта - зо­ны повышенной пористости, усадочные трещины и наиболее опасные несплошно - сти типа "газовая полость", размеры кото­рых значительно больше размеров газовых ячеек и не должны превышать 3 ... 5 мм. В изделиях с пенопластовыми заполните­лями дефектами являются также зоны на­рушения соединения пенопласта с други­ми конструктивными элементами.

Неразрушающий контроль пенопла­ста акустическими методами затруднен существенной неоднородностью этого материала и большим затуханием УЗ-волн в нем. Дополнительная трудность - очень низкое волновое сопротивление пенопла­ста, которое на три порядка меньше, чем стали и алюминиевых сплавов. Поэтому коэффициент отражения на границе ме­талл-пенопласт близок к единице. Это ухудшает условия контроля конструкций с элементами из пенопласта ревербераци­онным методом и другими ультразвуко­выми методами отражения.

Высокое затухание в пенопласте ог­раничивает применение ультразвука час­тотой более 100 кГц, а неоднородность его структуры приводит к большому разбросу акустических характеристик и, следова­тельно, к нестабильности показаний де­фектоскопа. Так, на бездефектных участ­ках блоков пенопласта ППУ-ЗФ (плот­ность 100 кг/м3, толщина 56 мм, частота 40 ... 60 кГц) амплитуда прошедшего УЗ - импульса меняется в 7 ... 10 раз, время прохождения - в 1,5 ... 2 раза. Акустиче­ские свойства пенопласта заметно меня­ются и по толщине. Плотность пеноблока максимальна у его поверхностей, мини­мальна в средней части. Изменение плот­ности по толщине составляет около 30 %, скорости звука - в два раза. Подобный случайный разброс акустических свойств не наблюдается не только у относительно однородных металлов, но также у ПКМ с неоднородной структурой.

Для контроля блоков из жестких пе­нопластов (плотность 100 кг/м3 и более) применяют амплитудный метод прохож­дения с использованием катящихся преоб­разователей с полиуретановыми шинами, имеющими с ОК сухой контакт. Блоки прозвучивают продольными волнами с частотой 40 ... 60 кГц.

Однако лучшие результаты показал амплитудно-временной вариант метода прохождения, в котором учитывается из­менение как амплитуды А, так и времени t прохождения сигнала через ОК. Информа-

тивным параметром служит отношение Alt, а признаком дефекта - уменьшение обобщенного амплитудно-временного па­раметра {Alt)д' на исследуемом г-ом участ­ке ОК по сравнению с бездефектным

Й/')бд ■

В работах [196, 197] исследовано влияние дефектов на амплитуду и время задержки принятого сигнала. Ввиду низ­кого волнового сопротивления пенопла­ста, на применяемых частотах (40 ... 60 кГц) дефекты в нем нельзя считать непро­зрачными. Это приводит к прохождению
через дефект прямого (хотя и ослабленно­го) сигнала, который интерферирует с обогнувшими дефект дифрагированными импульсами. Это сказывается как на ам­плитуде, так и на времени прохождения принятого сигнала.

Частичная звукопрозрачность дефек­тов не оказывает существенного влияния на амплитуду сигнала, так как ослабление последней обычно достаточно для четкого выявления дефекта. Однако звукопро­зрачность меняет время прохождения сквозных импульсов тем сильнее, чем меньше раскрытие h дефекта. Так, для

искусственного дефекта в виде полосы шириной 50 мм в плите из пенопласта ППУ-ЗФ толщиной 56 мм уменьшение h с 20 до 5 мм уменьшает это время примерно на 10 %. Результатов для дефектов с меньшими раскрытиями автор не приво­дит. Однако из теории ясно, что с умень­шением h звукопрозрачность дефектов увеличивается, и ее влияние на время рас­пространения УЗ-импульсов растет, асим­птотически приближаясь к времени про­хождения в бездефектной зоне ОК. Таким образом, при контроле амплитудно­временным методом прохождения звуко­прозрачность дефекта влияет, в основном, на временную составляющую сигнала.

Блоки из пенопласта ППУ-ЗФ длиной 6 м, шириной 0,25 м, толщиной 5,6 см с радиусом кривизны 1 м амплитудно­временным методом прохождения кон­тролируют на установке, содержащей 11 пар излучающих и приемных катящихся преобразователей (рис. 4.17) при скорости сканирования 3 м/мин [198]. Полученную информацию обрабатывают компьютером. Уровень браковочного контроля является переменной величиной, зависящей от ско­рости звука на контролируемом участке

ОК. При изменении скорости с, этот уро­вень А6р, подстраивается в соответствии с установленной корреляционной зависимо­стью (рис. 4.18). Результаты контроля представляются в виде дефектограммы, представляющей собой вид ОК в плане с выявленными дефектами.

Минимальный размер выявляемого дефекта (ширина полосы) равен 1 ... 2 см с погрешностью ± 0,5см. Двухпараметро - вая обработка информации при контроле пенопластов ППУ-ЗФ амплитудно-вре­менным методом в 3 ... 6 раз повышает чувствительность и достоверность кон­троля по сравнению с однопараметровой.

В работе [197] приведена методика оценки ширины и раскрытия протяженных дефектов. Кроме дефектов, установка по­зволяет оценивать физико-механические свойства пенопластов типа ППУ-ЗФ (см. разд. 7.5.4).

За рубежом блоки из пенопласта кон­тролируют также бесконтактными элек­тростатическими преобразователями с воздушной связью на частоте 50 кГц (см. разд. 4.2).

В трехслойных панелях с легкими за­полнителями из пенопласта используют
обшивки из металлов (обычно, алюминие­вых сплавов) или ПКМ. Толщины обши­вок 0,3 ... 3 мм, заполнителя - до несколь­ких десятков миллиметров. Пенопласт вклеивают между обшивками или вспени­вают в пространстве между ними. В по­следнем случае он соединяется обшивка­ми благодаря собственным адгезионным свойствам.

Контроль трехслойных панелей, в ко­торых пенопласт служит легким заполни­телем между двумя обшивками, отличает­ся тем, что кроме дефектов пенопласта, требуется обнаружение дефектов его со­единения с обшивками. Описанная аппа­ратура и методика применимы также для контроля трехслойных панелей.

При наличии только одностороннего доступа к ОК методы прохождения не применимы. Использованию УЗ-ревер- берационного метода для обнаружения дефектов соединения обшивки с пенопла­стом препятствует очень низкое волновое сопротивление последнего. Поэтому нане­сенная на обшивку пленка клея сильнее влияет на реверберационный процесс в обшивке, чем соединение с пенопластом. Это затрудняет или исключает примене­ние метода.

Дефекты соединения обшивки с пе­нопластом могут быть обнаружены ло­кальным методом свободных колебаний. Его чувствительность повышается с уменьшением жесткости обшивки (т. е. ее
толщины и модуля Юнга материала), уве­личением волнового сопротивления (про­порционального д/Яр ) и толщины пено­пласта. Этот же метод успешно применя­ют для обнаружения зон нарушения со­единений обшивки и лонжерона с пено­пластовым заполнителем в воздушных винтах самолетов (см. разд. 4.10).

Применение импедансного метода с использованием изгибных колебаний воз­можно лишь в случаях малой жесткости обшивки, относительно высокого волно­вого сопротивления и достаточной тол­щины пенопластового заполнителя.