Выявить изъян — предупредить разрушение
Выявить изъян — предупредить разрушение
Российскими специалистами разработан новый оттискно-слепочный материал "Компар", открывающий новые возможности неразрушающего метрологического контроля
Как своевременно заметить начавшиеся разрушения изделий и конструкций из металла? Как вовремя обнаружить появление первых, но уже опасных изменений в самом металле, предупредить разрушение работающего оборудования, металлоконструкций?
Эти далеко не праздные вопросы актуальны и в строительстве. Ведь иной раз появившиеся мельчайшие изъяны в металле несущих конструкций (например, микротрещины, коррозионные изъязвления) могут привести к катастрофическим последствиям…
Объектами такого повышенного внимания в строительстве являются в первую очередь разнообразные сооружения из металлоконструкций — заводские цеха и корпуса, автобазы и гаражные хозяйства, депо и ангары, мостовые и башенные сооружения, выставочные павильоны и здания вокзалов, складские помещения, крытые рынки, спортивные и концертные залы… А кроме того — строительные машины и механизмы, самое различное оборудование, используемое при строительстве.
Проблема безопасности таких объектов, эксплуатирующихся в самых различных условиях, без преувеличения занимает одно из центральных мест, определяя целый спектр задач профилактического метрологического контроля металлоконструкций в строительстве.
Обычно для проведения такого контроля прибегают к визуальной оценке состояния узлов и конструкций сооружения, к доступным замерам геометрических характеристик деталей, элементов конструкций или же ограничиваются внесением в техническую документацию фразы "Обеспечивается технологией производства". В наиболее ответственных случаях приходится использовать дорогостоящие способы контроля — специальные приборы наблюдения и фиксации взаимоположения элементов конструкции, разрушающий контроль модельных образцов отдельных наиболее важных узлов или элементов конструкции и т.п.
Весьма перспективны методы неразрушающего контроля — более оперативные и, как правило, не требующие больших затрат при их проведении. К ним относится метод слепков, позволяющий путем копирования получить оперативную информацию о текущем состоянии элементов конструкции и деталей.
Вообще говоря, метод контроля параметров качества поверхности с помощью различных композиционных слепочных материалов известен довольно давно. Обычно такие композиты состоят из наполнителя и связующего, которое отверждается в процессе реакции — поликонденсации или полимеризации материала.
В настоящее время в качестве связующих используются различные материалы — поливинилсилоксаны, эпоксидные смолы, эфиры акриловой или метакриловой кислот. При этом оттискно-слепочные материалы на основе этих связующих имеют ряд недостатков. Так, одни из них имеют слишком большое время отверждения, другие — недостаточно высокую точность копирования и твердость, третьи отличаются слишком высокой адгезий к поверхности детали.
Наибольшее распространение получили материалы на основе эфира метакриловой кислоты (их выпускает ряд зарубежных фирм в Великобритании, США и др.). Эти слепочные материалы способны хорошо воспроизводить микрорельеф поверхности.
Но только в диапазоне параметра шероховатости от 0,2 до 4 мкм. Вне этого диапазона точность воспроизведения невысока (что связано с большой усадкой материала при полимеризации). Кроме того, названные материалы легко воспламеняются и довольно токсичны.
Надо сказать, что выбор оптимального варианта оттискно-слепочного материала для проведения неразрушающего метрологического контроля — дело непростое.
Здесь многое зависит от самой конструкции, физико-химических свойств используемых составов, их разрешающей способности (информационной адекватности) при получении контрольного слепка узла или детали, возможности длительного сохранения информации об объекте. Немаловажно соответствие экологическим кондициям. Да и цена такого рода материалов играет не последнюю роль.
К сожалению, удовлетворить всем этим требованиям удается далеко не всегда. Поэтому сегодня понятен интерес к новинкам в этой области.
Недавно московскими учеными и специалистами ГУП ГосНИИМедполимер совместно с ООО "Техномедимпорт" разработан комплекс новых композиционных оттискно-слепочных материалов, с помощью которых можно осуществлять неразрушающий метрологический контроль элементов самых различных материалов, в том числе строительных металлоконструкций. Разработанные композиции материала "Компар" (так назвали его разработчики) позволяют избежать большинства недостатков, присущих другим слепочным материалам.
Связующим нового материала является смесь диметакрилатов, наполнителем — смесь диоксидов кремния. "Компар" выпускается в виде двух паст, смесь которых отверждается от 5 до 20 мин.
Материал имеет высокую разрешающую способность в диапазоне шероховатости поверхности Ra от 0,04 до 25 мкм, а также позволяет воспроизводить локальные дефекты поверхности в диапазоне глубин от 0,2 мкм и более. При этом слепок имеет высокую твердость, что позволяет измерять параметры микрорельефа контактными методами. С другой стороны, упругие свойства материала позволяют легко вынимать слепок (деформируя его) даже из самых труднодоступных мест, после чего исходная форма слепка восстанавливается.
Стабильность геометрических параметров слепков позволяет использовать их в качестве образцов-свидетелей не менее трех лет. Все эти свойства позволяют применять "Компар" для контроля и наблюдения за стадиями развития дефектов или износа ответственных деталей при их эксплуатации, хранении или нагрузочных испытаниях, в том числе и в строительных технологиях.
В строительстве с помощью нового материала можно осуществлять самые различные виды метрологического контроля элементов работающего оборудования и металлоконструкций (линейных и угловых размеров узлов и деталей). Материал позволяет выявлять уже первые признаки начала опасных процессов — деформации и изменения зазоров элементов (в том числе в труднодоступных местах), определять наличие поверхностных дефектов, параметров текстуры поверхности металла и пр.
Конкретные задачи такого контроля во многом определяются условиями эксплуатации строительного оборудования и металлоконструкций. Так, при эксплуатации строительных металлоконструкций существует необходимость контроля перемещений составляющих элементов относительно друг друга, оценки деформации несущих элементов и контроля зазоров в стыках. При этом необходимо фиксировать динамику развития процессов деформации и перемещения элементов.
Другой проблемой в строительстве является контроль состояния самих несущих элементов конструкции. Известно, что при длительной эксплуатации металлоконструкций возможно возникновение усталостных деформаций, ползучести металла. Это может явиться причиной обрушивания отдельных элементов металлоконструкций, а в худшем случае — частей или даже всего здания. Для того чтобы определить состояние металла, необходимо проанализировать его структуру.
Наконец, существует необходимость следить за появлением поверхностных дефектов (в том числе в результате коррозионных процессов). Такие на первый взгляд незначительные, незаметные изменения могут происходить в местах концентрации напряжений, сварных соединениях, в том числе в труднодоступных местах конструкций. Здесь очень важно определить момент зарождения дефекта и фиксировать динамику его развития.
И во всех этих ситуациях существенную помощь могут оказать новые оттискно-слепочные материалы серии "Компар".
Технология такого контроля такова. Непосредственно перед проведением испытаний приготавливается (в зависимости от конкретных условий) некоторый объем оттискно-слепочного материала путем смешивания компонентов.
Время смешения и формирования готовой массы не превышает нескольких минут. Нанесенный на поверхность детали материал "Компар" довольно быстро затвердевает. Обладая высокой проникающей способностью, он заполняет все неровности на поверхности детали, в том числе и в самых труднодоступных местах. После этого с поверхности контролируемой детали снимается слепок, который точнейшим образом передает все изъяны металла — микротрещины, каверны, риски, коррозионные изъязвления…
А дальше — дело техники. Параметры слепка замеряются на универсальных измерительных приборах. Анализ их может многое рассказать о состоянии конструкции, о процессах, происходящих в рабочих элементах конструкции. При этом слепок способен длительное время сохранять свои размеры. А это весьма важно при проведении последующих замеров с целью наблюдения за состоянием наиболее важных узлов и деталей объекта и всеми возможными изменениями в металле "во времени".
Здесь также во многом помогут методические разработки специалистов предприятия. Для проведения объективного и досконального исследования слепка — контроля глубины микротрещин, возникших коррозионных каверн, анализа состояния их внутренней поверхности — разработаны и утверждены методики выполнения измерений МИ 2839-2003 и МИ 2840-2003 слепков, сделанных из материалов серии "Компар".
Новый материал "Компар" имеет весьма широкий спектр использования для проведения метрологического контроля, и в частности, в строительстве. При этом в каждом конкретном случае может быть выбран один из типов нового материала.
Так, с помощью оттискно-слепочного материала "Компар-С" можно решить большинство задач контроля относительных перемещений, деформаций, зазоров в стыках стальных конструкций. Этот материал имеет высочайшую точность копирования (линейная усадка не более 0,3%), легко обрабатывается, просто базируется на измерительных приборах и долгое время (до трех и более лет) сохраняет свои размеры. Кроме этого, эластичность материала в отвержденном состоянии позволяет извлекать его практически из любых труднодоступных мест, а способность восстанавливать первоначальные размеры после деформации гарантирует адекватность копии (слепка) и объекта контроля.
Материал "Компар-П" с успехом может использоваться для контроля возникновения поверхностных дефектов (в том числе микротрещин, коррозии) в местах концентрации напряжений и сварных соединениях. С его помощью можно обнаружить мельчайшие поверхностные дефекты размером от 0,5 мкм и получить адекватную копию дефекта, определить его глубину и размеры, оценить динамику развития дефектов во времени. Для этого нет необходимости контролировать всю поверхность металлоконструкций — достаточно лишь периодически снимать слепки с мест концентраций напряжений.
И еще одна сфера применения новинки. Известно, что при длительной эксплуатации металлоконструкций возможно возникновение ползучести металла, что может явиться причиной обрушивания металлоконструкций.
Для того чтобы определить состояние металла, необходимо проанализировать его структуру. Обычно для этого делают микрошлиф и на металлографическом микроскопе анализируют структуру металла, с тем чтобы дать рекомендации по остаточному ресурсу металлоконструкций. Однако в реальных условиях зачастую не удается установить микроскоп на такой микрошлиф и провести анализ.
Так вот, с микрошлифа можно снять точнейший слепок с помощью материала "Компар". А уже затем, установив слепок на металлографический микроскоп, можно выявить все возможные изменения в структуре металла, дать обоснованные рекомендации по остаточному ресурсу металлоконструкций.
В настоящее время новые материалы успешно прошли полный цикл испытаний. По их итогам материал "Компар-П" зарегистрирован в Реестре Системы сертификации средств измерений, получены гигиенические сертификаты. Недавно новинка была представлена на представительной международной выставке "Машиностроение-2003" в Сокольниках в Москве, где вызвала большой интерес специалистов и участников выставки.
Уже накоплен и опыт использования оттискно-слепочных материалов "Компар" на практике. Сегодня эти материалы с успехом применяются при проведении операций неразрушающего метрологического контроля деталей, узлов, элементов конструкций в самых различных областях машиностроения. "Компар" находит применение и в строительстве (в частности, для контроля состояния конструкций и ферм подъемных башенных кранов). Отзывы о практическом использовании новинки — положительные.
Алексей ЛАБУНСКИЙ
Российскими специалистами разработан новый оттискно-слепочный материал "Компар", открывающий новые возможности неразрушающего метрологического контроля
Как своевременно заметить начавшиеся разрушения изделий и конструкций из металла? Как вовремя обнаружить появление первых, но уже опасных изменений в самом металле, предупредить разрушение работающего оборудования, металлоконструкций?
Эти далеко не праздные вопросы актуальны и в строительстве. Ведь иной раз появившиеся мельчайшие изъяны в металле несущих конструкций (например, микротрещины, коррозионные изъязвления) могут привести к катастрофическим последствиям…
Объектами такого повышенного внимания в строительстве являются в первую очередь разнообразные сооружения из металлоконструкций — заводские цеха и корпуса, автобазы и гаражные хозяйства, депо и ангары, мостовые и башенные сооружения, выставочные павильоны и здания вокзалов, складские помещения, крытые рынки, спортивные и концертные залы… А кроме того — строительные машины и механизмы, самое различное оборудование, используемое при строительстве.
Проблема безопасности таких объектов, эксплуатирующихся в самых различных условиях, без преувеличения занимает одно из центральных мест, определяя целый спектр задач профилактического метрологического контроля металлоконструкций в строительстве.
Обычно для проведения такого контроля прибегают к визуальной оценке состояния узлов и конструкций сооружения, к доступным замерам геометрических характеристик деталей, элементов конструкций или же ограничиваются внесением в техническую документацию фразы "Обеспечивается технологией производства". В наиболее ответственных случаях приходится использовать дорогостоящие способы контроля — специальные приборы наблюдения и фиксации взаимоположения элементов конструкции, разрушающий контроль модельных образцов отдельных наиболее важных узлов или элементов конструкции и т.п.
Весьма перспективны методы неразрушающего контроля — более оперативные и, как правило, не требующие больших затрат при их проведении. К ним относится метод слепков, позволяющий путем копирования получить оперативную информацию о текущем состоянии элементов конструкции и деталей.
Вообще говоря, метод контроля параметров качества поверхности с помощью различных композиционных слепочных материалов известен довольно давно. Обычно такие композиты состоят из наполнителя и связующего, которое отверждается в процессе реакции — поликонденсации или полимеризации материала.
В настоящее время в качестве связующих используются различные материалы — поливинилсилоксаны, эпоксидные смолы, эфиры акриловой или метакриловой кислот. При этом оттискно-слепочные материалы на основе этих связующих имеют ряд недостатков. Так, одни из них имеют слишком большое время отверждения, другие — недостаточно высокую точность копирования и твердость, третьи отличаются слишком высокой адгезий к поверхности детали.
Наибольшее распространение получили материалы на основе эфира метакриловой кислоты (их выпускает ряд зарубежных фирм в Великобритании, США и др.). Эти слепочные материалы способны хорошо воспроизводить микрорельеф поверхности.
Но только в диапазоне параметра шероховатости от 0,2 до 4 мкм. Вне этого диапазона точность воспроизведения невысока (что связано с большой усадкой материала при полимеризации). Кроме того, названные материалы легко воспламеняются и довольно токсичны.
Надо сказать, что выбор оптимального варианта оттискно-слепочного материала для проведения неразрушающего метрологического контроля — дело непростое.
Здесь многое зависит от самой конструкции, физико-химических свойств используемых составов, их разрешающей способности (информационной адекватности) при получении контрольного слепка узла или детали, возможности длительного сохранения информации об объекте. Немаловажно соответствие экологическим кондициям. Да и цена такого рода материалов играет не последнюю роль.
К сожалению, удовлетворить всем этим требованиям удается далеко не всегда. Поэтому сегодня понятен интерес к новинкам в этой области.
Недавно московскими учеными и специалистами ГУП ГосНИИМедполимер совместно с ООО "Техномедимпорт" разработан комплекс новых композиционных оттискно-слепочных материалов, с помощью которых можно осуществлять неразрушающий метрологический контроль элементов самых различных материалов, в том числе строительных металлоконструкций. Разработанные композиции материала "Компар" (так назвали его разработчики) позволяют избежать большинства недостатков, присущих другим слепочным материалам.
Связующим нового материала является смесь диметакрилатов, наполнителем — смесь диоксидов кремния. "Компар" выпускается в виде двух паст, смесь которых отверждается от 5 до 20 мин.
Материал имеет высокую разрешающую способность в диапазоне шероховатости поверхности Ra от 0,04 до 25 мкм, а также позволяет воспроизводить локальные дефекты поверхности в диапазоне глубин от 0,2 мкм и более. При этом слепок имеет высокую твердость, что позволяет измерять параметры микрорельефа контактными методами. С другой стороны, упругие свойства материала позволяют легко вынимать слепок (деформируя его) даже из самых труднодоступных мест, после чего исходная форма слепка восстанавливается.
Стабильность геометрических параметров слепков позволяет использовать их в качестве образцов-свидетелей не менее трех лет. Все эти свойства позволяют применять "Компар" для контроля и наблюдения за стадиями развития дефектов или износа ответственных деталей при их эксплуатации, хранении или нагрузочных испытаниях, в том числе и в строительных технологиях.
В строительстве с помощью нового материала можно осуществлять самые различные виды метрологического контроля элементов работающего оборудования и металлоконструкций (линейных и угловых размеров узлов и деталей). Материал позволяет выявлять уже первые признаки начала опасных процессов — деформации и изменения зазоров элементов (в том числе в труднодоступных местах), определять наличие поверхностных дефектов, параметров текстуры поверхности металла и пр.
Конкретные задачи такого контроля во многом определяются условиями эксплуатации строительного оборудования и металлоконструкций. Так, при эксплуатации строительных металлоконструкций существует необходимость контроля перемещений составляющих элементов относительно друг друга, оценки деформации несущих элементов и контроля зазоров в стыках. При этом необходимо фиксировать динамику развития процессов деформации и перемещения элементов.
Другой проблемой в строительстве является контроль состояния самих несущих элементов конструкции. Известно, что при длительной эксплуатации металлоконструкций возможно возникновение усталостных деформаций, ползучести металла. Это может явиться причиной обрушивания отдельных элементов металлоконструкций, а в худшем случае — частей или даже всего здания. Для того чтобы определить состояние металла, необходимо проанализировать его структуру.
Наконец, существует необходимость следить за появлением поверхностных дефектов (в том числе в результате коррозионных процессов). Такие на первый взгляд незначительные, незаметные изменения могут происходить в местах концентрации напряжений, сварных соединениях, в том числе в труднодоступных местах конструкций. Здесь очень важно определить момент зарождения дефекта и фиксировать динамику его развития.
И во всех этих ситуациях существенную помощь могут оказать новые оттискно-слепочные материалы серии "Компар".
Технология такого контроля такова. Непосредственно перед проведением испытаний приготавливается (в зависимости от конкретных условий) некоторый объем оттискно-слепочного материала путем смешивания компонентов.
Время смешения и формирования готовой массы не превышает нескольких минут. Нанесенный на поверхность детали материал "Компар" довольно быстро затвердевает. Обладая высокой проникающей способностью, он заполняет все неровности на поверхности детали, в том числе и в самых труднодоступных местах. После этого с поверхности контролируемой детали снимается слепок, который точнейшим образом передает все изъяны металла — микротрещины, каверны, риски, коррозионные изъязвления…
А дальше — дело техники. Параметры слепка замеряются на универсальных измерительных приборах. Анализ их может многое рассказать о состоянии конструкции, о процессах, происходящих в рабочих элементах конструкции. При этом слепок способен длительное время сохранять свои размеры. А это весьма важно при проведении последующих замеров с целью наблюдения за состоянием наиболее важных узлов и деталей объекта и всеми возможными изменениями в металле "во времени".
Здесь также во многом помогут методические разработки специалистов предприятия. Для проведения объективного и досконального исследования слепка — контроля глубины микротрещин, возникших коррозионных каверн, анализа состояния их внутренней поверхности — разработаны и утверждены методики выполнения измерений МИ 2839-2003 и МИ 2840-2003 слепков, сделанных из материалов серии "Компар".
Новый материал "Компар" имеет весьма широкий спектр использования для проведения метрологического контроля, и в частности, в строительстве. При этом в каждом конкретном случае может быть выбран один из типов нового материала.
Так, с помощью оттискно-слепочного материала "Компар-С" можно решить большинство задач контроля относительных перемещений, деформаций, зазоров в стыках стальных конструкций. Этот материал имеет высочайшую точность копирования (линейная усадка не более 0,3%), легко обрабатывается, просто базируется на измерительных приборах и долгое время (до трех и более лет) сохраняет свои размеры. Кроме этого, эластичность материала в отвержденном состоянии позволяет извлекать его практически из любых труднодоступных мест, а способность восстанавливать первоначальные размеры после деформации гарантирует адекватность копии (слепка) и объекта контроля.
Материал "Компар-П" с успехом может использоваться для контроля возникновения поверхностных дефектов (в том числе микротрещин, коррозии) в местах концентрации напряжений и сварных соединениях. С его помощью можно обнаружить мельчайшие поверхностные дефекты размером от 0,5 мкм и получить адекватную копию дефекта, определить его глубину и размеры, оценить динамику развития дефектов во времени. Для этого нет необходимости контролировать всю поверхность металлоконструкций — достаточно лишь периодически снимать слепки с мест концентраций напряжений.
И еще одна сфера применения новинки. Известно, что при длительной эксплуатации металлоконструкций возможно возникновение ползучести металла, что может явиться причиной обрушивания металлоконструкций.
Для того чтобы определить состояние металла, необходимо проанализировать его структуру. Обычно для этого делают микрошлиф и на металлографическом микроскопе анализируют структуру металла, с тем чтобы дать рекомендации по остаточному ресурсу металлоконструкций. Однако в реальных условиях зачастую не удается установить микроскоп на такой микрошлиф и провести анализ.
Так вот, с микрошлифа можно снять точнейший слепок с помощью материала "Компар". А уже затем, установив слепок на металлографический микроскоп, можно выявить все возможные изменения в структуре металла, дать обоснованные рекомендации по остаточному ресурсу металлоконструкций.
В настоящее время новые материалы успешно прошли полный цикл испытаний. По их итогам материал "Компар-П" зарегистрирован в Реестре Системы сертификации средств измерений, получены гигиенические сертификаты. Недавно новинка была представлена на представительной международной выставке "Машиностроение-2003" в Сокольниках в Москве, где вызвала большой интерес специалистов и участников выставки.
Уже накоплен и опыт использования оттискно-слепочных материалов "Компар" на практике. Сегодня эти материалы с успехом применяются при проведении операций неразрушающего метрологического контроля деталей, узлов, элементов конструкций в самых различных областях машиностроения. "Компар" находит применение и в строительстве (в частности, для контроля состояния конструкций и ферм подъемных башенных кранов). Отзывы о практическом использовании новинки — положительные.
Алексей ЛАБУНСКИЙ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 16 за 2004 год в рубрике материалы и технологии
