Спосіб неруйнівного контролю герметичності на основі газорозрядної візуалізації

Винахід відноситься до способів випробування на герметичність і може бути використаний для контролю, без руйнування якості зварних швів у виробах, які містять працююче середовище, заварене у металізовану діелектричну оболонку. Спосіб, що заявляється, заснований на газорозрядній візуалізації внутрішньої структури контрольованого виробу (або його частини) при впливі на нього високовольтним електричним полем. Це явище відомо як ефект Кірліан. Дослідження, проведені багатьма дослідниками [1, 2, 3], вказують на те, що необхідною умовою здійснення газорозрядної візуалізації є забезпечення газорозрідженого поля біля виробу, збудження і реєстрація зображення газового розряду, що виникає у виробі та по його краю при впливі високовольтного поля. При цьому джерелом інформації про наявність дефектів звареного шва (непровари), які є джерелом негерметичності, можуть бути зміни напруженості електричного поля поблизу поверхні виробу, або газовиділення працюючого середовища. Відомий спосіб контролю герметичності виробу [4], який полягає у тому, що в зоні контролю створюють замкнений об'єм, утворений зовнішньою поверхнею виробу і прозорим електродом, прикладають до виробу та електроду різницю потенціалів, яка відповідає пороговому значенню виникнення газового розряду й обдувають вн утрішню поверхню виробу пробним газом, який, проходячи через дефект у замкнений об'єм, викликає створення розрядного електронного потоку. Для реєстрації розряду з боку прозорого електрода розташовують реєструючий пристрій, наприклад, фотокамеру. Носієм інформації у відомому способі є фотозображення розрядного електронного потоку, за формою та виглядом якого судять про просторову неоднорідність газовиділення крізь поверхню виробу й визначають розмір непроварів й місце їх розташування. Недоліком відомого способу є необхідність застосування продувки пробним газом, що ускладнює процес контролю й робить неможливим його застосування для виробів, замкнений об'єм яких заповнений працюючим середовищем. Відомі способи неруйнівного контролю [5, 6], які не потребують застосування пробного газу, і за допомогою яких виявляють на основі газорозрядної візуалізації дефекти у виробах. Ці способи засновані на тому, що контрольований виріб і реєстратор у вигляді рідкокристалічної комірки розташовують поміж електродами, подають на електроди високовольтну напругу і створюють електричне поле, яке впливає на виріб, вектор напруженості якого спрямований нормально до поверхні виробу. Про результати контролю роблять висновки по проявленому зображенню газорозрядного процесу. Інформативною ознакою наявності дефекту є зміна форми газорозрядженого зображення, яка викликана порушенням нормальної складової електричного поля в зоні дефекту. Для підвищення інформативності контролю розмір зазору між виробом і реєстратором витримують у діапазоні 50-100мкм. Вигляд газорозрядного зображення залежить від товщини й діелектричної проникності шарів, що обмежують газорозрядний зазор, а форма визначається формою виробу й складається з окремих плямок засвітлення плівки, кількість яких на одиниці площі визначається амплітудою й кількістю імпульсів під час експозиції високовольтним електричним полем. Засвітлення плівки зумовлене лавинними розрядними процесами, що спрямовано поширюються вздовж силових ліній електричного поля від окремих точок виробу до реєстратора зображення. Розряди виникають у випадкових точках виробу рівномірно по всій площі зазору. Наявність на поверхні або в об'ємі виробу дефектів веде до порушення симетрії (до перекручування) електричного поля у газорозрядному зазорі. Це відображається на формі газорозрядного зображення. При цьому збільшення напруженості електричного поля викликає переважний і найбільш інтенсивний розвиток лавинних розрядів в цій зоні, а зменшення - послаблення розрядів. У зв'язку з цим дефектна зона на реєстраторі буде засвічена або слабше, або сильніше у порівнянні з фоном, тобто з бездефектними ділянками. Чутли вість контролю визначається градієнтом напруженості електричного поля дефектної й бездефектної ділянок. Загальним недоліком відомих способів є їх низька чутли вість неруйнівного контролю виробів з зовнішнім електропровідним шаром, що різко знижує інформативність контролю за розміром зміни нормального складового електричного поля дефектної зони виробу. Відомий також спосіб виявлення й реєстрації пустот (розшарувань) у твердому тілі [7], який заснований на розташуванні контрольованого виробу поміж електродами, на які подають високовольтну напругу, викликають розряд, який світиться. Це світлення відбиває внутрішню структур у виробу. Розряд, що світиться, реєструється на фотоносії. Для визначення розміру пустоти - порожнини у напрямку силових ліній електричного поля фотографування розряду роблять у два етапи: одержують на порозі запалювання розряду знімок, реєструють при цьому розмір прикладеної напруги, потім продовжують збільшувати напругу на електродах, досягаючи такого її значення, при якому виникає розряд у порожнині - дефекті і він відбивається на плівці. Він може виглядати яскравіше або бути таким самим за тоном, як і бездефектні ділянки. Реєструючи величину напруги, що прикладається до електродів і порівнюючи її з напругою, при якій було отримано перший знімок, судять про наявність і розкриття порожнини у напрямку силових ліній електричного поля. Недоліком цього способу є велика помилка у визначенні величини напруги запалювання розряду в порожнині, що суттєво й істо тно знижує чутливість контролю. Найбільш близьким по технічній суті й результативності, що досягається, - є відомий спосіб неруйнівного контрою якості склеювання тонкошарової композиції метал - діелектрик [8], у якому металева частина виробу використовується як один з електродів. На шар діелектрика накладають фотоносій емульсійним шаром до поверхні виробу. Загалом цю систему притискають роликом, а саме - прикатують по поверхні виробу. Напругу від імпульсного високовольтного генератора подають на ролик, який є позитивним електродом. Після експонування фотоматеріал обробляють звичайним, прийнятим у фотодрук уванні способом. Поява дефекту, тобто порожнини або прошарку поміж металевою основою й діелектричним покриттям виробу, приводить до зменшення напруженості поля на зовнішній поверхні виробу і, відповідно, до ослаблення розряду, який виникає у дефектній зоні. Ці зони будуть світлішими у порівнянні з бездефектними зонами. Чутливість цього способу контролю визначається тільки характером розподілу нормальної компоненти електричного поля над поверхнею контрольованого виробу й співвідношенням розміру розкриву (розкриття) по нормалі непроклею з товщиною діелектричного покриття. Недоліком відомого способу є необхідність формування газорозрядного зазору з боку діелектричного шару виробу, що робить неможливим його застосування для виробів з корпусом виробу, металізованим з двох боків. Чутливість цього способу буде низькою, тому що працюватиме виключно нормальна складова поля в зоні непроклею. Задача пропонованого винаходу - удосконалення способу контролю герметичності методом газорозрядної візуалізації шляхом формування оптимальної спрямованості газорозрядного процесу незалежно від провідності зовнішнього шару виробу. Це досягається за рахунок впливу на виріб суперпозиційного електричного поля, що має як нормальну так і тангенційну складові. Вищезазначена проблема вирішується таким чином. У пропонованому способі неруйнівного безконтактного контролю герметичності на основі газорозрядної візуалізації, який включає вплив на контрольований виріб високовольтним імпульсним електричним полем, що створюють між позитивним електродом і металевим шаром діелектричного корпусу виробу і реєстрацією на фотоносії зображення газорозрядного процесу, що виникає при цьому, відповідно до винаходу, виріб розташовують на діелектричній пластині, розміщеній на позитивному електроді, площу якої обирають у співвідношенні до площі виробу не менш, ніж 7:1. І додатково впливають на виріб електричним полем попередньо поляризованої діелектричної пластини, розташованої між позитивним електродом і виробом, а відношення площі діелектричної пластини до площі позитивного електроду обирають у співвідношенні 1,2:1 і розташовують пластину симетрично до центру позитивного електроду. Крім цього, діелектричну пластину попередньо поляризують не менш, ніж трьома високовольтними імпульсами, а поляризацію діелектричної пластини забезпечують високовольтними імпульсами тривалістю 100-120мксек, модульованих частотою 200-300кГц. Різні площі виробу й електроду та попередня поляризація діелектричної пластини забезпечують умови виникнення тангенціальної складової поля. Саме вона забезпечує розряд у горизонтальних непроварах виробу. Завдяки винаходу заявлений спосіб контролю герметичності дозволяє зменшити трудомісткість контролю за рахунок виключення продуву пробним газом, розширити область його застосування для виробів з робочим середовищем, завареним у поліетиленову металізовану оболонку і забезпечити нову якість - можливість газорозрядної візуалізації у тонкошарових зварних з'єднаннях тангенціально орієнтованих дефектів з малим розкриттям. Поміж істотними ознаками винаходу і результатом, що досягається є причинно-наслідковий зв'язок, що здійснюється шляхом впливу на виріб суперпозиційного електричного поля, яке має як нормальну так і тангенціальну складові. Просторова організація виробу, позитивного електроду і поляризованої діелектричної пластини дозволяє реалізувати як нормально спрямований до поверхні виробу, так і тангенціально спрямований розряди. Фізичний механізм формування тангенціально спрямованого розряду на ділянці порушення герметичності спирається на аналіз емісії з виробу і поляризованої пластинки таких заряджених часток як іони та електрони, що індукують розрядні мікроканали. Вигляд мікроканалів визначається роботою виходу електронів, геометрією виробу і співвідношенням площ позитивної, попередньо поляризованої пластини і виробу. Останнє співвідношення вибирається експериментально для кожного типу виробу і мусить бути не менш як 7:1. Нижче наведено приклад використання неруйнівного безконтактного контролю герметичності на основі назорозрядної візуалізації для виявлення непроварів у зварених шва х вакуумованих хімічних джерел струму. Заявлений спосіб надає можливість виявляти у тонкошарових зварених композиціях тангенціально зорієнтовані непровари, що приводять до порушення герметичності виробів. Спосіб пояснюється малюнками, приведеними на Фіг.1, 2. На Фіг.1 зображена схема контролю герметичності виробу з працюючим середовищем, завареним у металізовану поліетиленову оболонку, де: 1 - генератор високовольтних імпульсів, 2 - металізована поліетиленова оболонка виробу, 3 - працююче середовище виробу, 4 - зона завареного шва виробу, 5 - дефект (незаварена ділянка), що викликає порушення герметичності виробів, 6 - рентгенівська плівка, закрита чорним папером, 7 - діелектрична поляризована пластина, 8 - позитивний електрод. На Фіг.2 показані світлини газорозрядної візуалізації зроблені на рентгенівській плівці, на яких бачимо структур у виробу з штучними дефектами у вигляді відрізків металевого дроту, заварених в декількох зонах завареного шва, де дефект №1 - штучний непровар, який отримано після того, як витягли відрізок металевого дроту діаметром 0,1мм, №2 - виявлені природні непровари, але розкриттям, меншим ніж 100мкм. Вони нами не нормувались по цьому параметру, але їх менший від 100мкм розмір характеризується відсутністю розряду: ми бачимо лише світлі сліди повітря, яке просочилось у заварений об'єм через ці надзвичайно малі непровари. Заявлений спосіб реалізується таким чином. На позитивний плоский електрод площею S1 накладають діелектричну пластинку площею S2=1,2S1 так, щоб позитивний електрод був цілком закритий, після чого подають на електрод високовольтні імпульси, напруга яких поляризує діелектричну пластину. Поляризовану пластину накривають рентгенівською плівкою, на яку в центрі розміщують виріб, заземляють його металізовану поверхню й подають на позитивний електрод експозиційну серію високовольтних імпульсів, при цьому на ділянках виробу, що мають порушення герметичності, виникають тангенціально спрямовані розряди, фотозображеня яких у вигляді вузьких темних смуг фіксується на фотоносії. На бездефектних ділянках зображення внутрішньої структури звареного шва виглядає як рівномірна плямиста засвітка. Розміри плям засвітки визначаються кількістю імпульсів у серії експозиції й вибираються експериментально для кожного виробу в діапазоні від 3 до 9. Спосіб був випробуваний на зразках виробів, що містять працююче середовище у вигляді прямокутних брикетів, заварених у металізовану поліетиленову плівку. Ширина зварювального шва 5мм. Порушення герметичності імітувалось вварюванням у зварювальний шов відрізків металевого дроту діаметром від 100мкм до 300мкм. що після зварювання витягаються. Наявність дефектів на фотографії визначалась шляхом експертної оцінки операторів - контролерів. Діаметр мінімального дефекта (непровара), який виявляється, складає 100мкм. Таким чином, заявлений спосіб дозволяє виявляти у тонкошарових заварених з'єднаннях непровари діаметром ³ 0,1мм, що забезпечує неруйнівний контроль герметичності виробів з працюючим середовищем, завареним у металізовану поліетиленову плівку, у процесі виготовлення, зберігання і експлуатації. Джерела Інформації 1. Коротков К.Г. Исследования физических процессов, протекающих при газоразрядной визуализации различных объектов. / Автореф. Дис. канд. физ. На ук. - Л.: 1982/. 2. Зюнов В.Г., Коркин Ю.В. Аналитический обзор литературы по газоразрядной визуализации (метод Кирлиан), НПАН СССР, деп. ВИНИТИ, 1985, №4117-85. 3. Баньковский Н.Г., Коротков К.Г., Петров Н.Н. Физические процессы формирования изображений при газоразрядной визуализации // Радиотехника и электроника, Т.31, вып.4, 1986. 4. Способ контроля герметичности изделий, - Н.Г. Баньковский и К.Г. Коротков. - Авт. свид. СССР №1290120, 1987, G01M3/40, 15.02.1987г. - Бюл. №6. 5. Способ неразрушающего контроля. С.Ф. Романий. - Авт. свид. СССР №781687, G01N27/24, 23.11.80г. бюл. №43. 6. Способ неразрушающего контроля. - С.Ф. Романий, З.Д. Черный, - Авт. свид. СССР №949484, G01N27/82, 07.08.82г., бюл. №29. 7. Авторське свідоцтво СРСР №1091106, 1984, G03В41/00. 8. Романий С.Ф., Чёрный З.Д. Неразрушающий контроль материалов по методу Кирлиан. Днепропетровск; Издательство ДГУ, 1991.