Испытательные стенды (приборы неразрушающего контроля прочности материалов (НКП)) представляют собой группу аналитической техники, применяемой в науке и промышленности,  с помощью которой  оцениваются свойства материалов, их компонентов или систем без причинения ущерба изучаемому объекту. Такой подход к исследованию характеристик материалов до их реальной эксплуатации является очень ценным и значимым, так как позволяет существенно сэкономить затраты и время на устранение различных неисправностей.

К основным методам НКП относятся: ультразвуковой, радиографический, магнитных частиц,   протекающей жидкости, контроля вихревыми токами (метод электроиндуктивной дефектоскопии), дистанционного визуального осмотра, интерферометрический и др. методы.

Испытательные стенды используются в медицине, авиационном машиностроении, электроинженерии,  строительной инженерии, инженерно-технологической экспертизе, инженерной механике и даже в искусстве.

Рассмотрим применение некоторых приборов и методов НКП на примерах.

Пример I. НКП металлов

Прочность материалов (различных металлов) может проверяться методом «Вдавливания шарика». Шарик автоматически вдавливается несколько раз в одну и ту же точку материала с помощью небольшого сферического аппарата – вдавливателя. Этот метод зачастую применяется при НКП различных металлов, например: углеродистой стали, нержавеющей стали, сплавах никеля, сплавах алюминия, коррозионностойких сплавах циркония,  нескольких  видах корпусной стали (облученная и необлученная нейтронами,  прошедшая термический отжиг) и др.

Процесс тестирования происходит следующим образом:

1. В исследовании используется шарик диаметром  1, 575 мм., который вдавливается в  образец металла.
2. Для оценки характеристик компонентов металлов  используются данные двух машин- вдавливателей: а) лабораторная модель и б)  портабельная модель.
3. Полученные результаты тестирования машины выдают в виде графических таблиц.

Данные, получаемые в результате тестирования:

1. Сравнение типичной нагрузки и глубины проникновения шарика в материал.
2. Выявление причин образования разрывов и вмятин при вдавливании шарика  и сравнение их с существующими данными о глубине проникновения.
3. Корреляция между данными обоих машин и данных линии растяжения для различных видов стали.
4. Корреляция между значениями машин и данными линии растяжения для  нержавеющей стали.
5. Сличение кривой деформации основных металлов, сплавов и мягкой стали.
6. Градиент прочности в условиях комнатной температуры основных металлов, сплавов и сплава стали.
7. Сопоставление кривых (графические результаты), полученные машинами при применении метода «вдавливаемого шарика» стали A553B, находящейся в условиях  отсутствия радиактивного облучения стали, облучения,  облучения+ отжиг.
8. Зависимость коэффициента деформации от величины нагрузки.
9. Сопоставление данных текучести материалов, полученных методом «Вдавливаемого шарика» и существующих данных о коэффициенте текучести того или иного материала.
10. Выявление изменений   параметров прочности под воздействием температуры.

Одним из лидеров в сфере  НКП металлов является компания Hounsfield Test Equipment (США), которая поставляет на рынок современные гидравлические тест-машины (испытательные стенды), которые физически могут протестировать материалы весом до 300 тонн на растяжение, сжатие, срез (срезывающая сила), гибкость, облезание верхнего слоя. Такие машины обычно используются для определения прочности металлов, а также любых других высокопрочных материалов различной формы и размера.

Пример II. Стандартные методы НКП  бетона

Эти методы позволяют проверить материал на сжатие, гибкость и сопротивляемость растяжению (деформации), твердость,  стойкость к проникновению , способность к отражению (рикошету), способность  и возможность передачи ультразвуковых импульсов, а также  X лучей (рентгеновских).

Они используются для тестирования отдельных образцов и в реальных условиях (при строительстве). Недостаток -  невозможно получить результаты мгновенно (требуется время), так как отдельные образцы бетона по своим характеристикам могут отличаться от  характеристик материала в  реальном строительстве из-за различных условий сушки и прессования. Также прочность конкретного образца зависит от его размера и формы.

Тест на проникновение

Метод зондирования Виндзора является  одним из лучших способов тестирования бетона на проникновение. Необходимое оборудование: специальная пушка или драйвер, зонды из прочных сплавов, глубиномер для измерения проникновения зонда, начиненные  порохом патроны и др. Зонд диаметром 6, 5 мм. И длиной 8 см. выстреливается в бетон  с помощью порохового заряда. Глубина проникновения зонда дает возможность оценить сопротивление бетона компрессии (сжатию, сдавливанию). Но при этом градуировочные таблицы должны быть приведены в соответствие с типом бетона, типом и размером зонда.

Зондирование дает совершенно разные результаты, при этом, нужно учитывать, что они не могут быть идеально точными. Однако, этот метод может использоваться для получения моментальной оценки прочности конструкционного бетона. Метод не разрушает структуру материала, а оставляет лишь небольшое отверстие, которое можно легко залатать.

Другой не менее интересный метод НКП бетона – это тест на рикошет.

Одним из самых простых тестеров является молот, который моментально дает результаты о прочности бетона. Обычно в этих целях используют молот Шмидта, который весит около 1, 8 кг и  отлично подходит для лабораторных и полевых испытаний. Суть тестирования: выявление корреляции между силой удара и количеством отскоков. Молот оснащен контроллером места удара. Он направляется на поверхность бетона, и отскоки происходят в определенной точке. Таким образом, можно тестировать горизонтальные, вертикальные плоскости или под любым углом, но при этом нужно откалибровать молот в этом положении. Молот Шмидта является быстрым, дешевым и простым способом определения прочности бетона, но точные показатели (погрешность +-15-20%) возможны только для образцов. На результаты тестирования могут повлиять такие факторы, как гладкость поверхности, форма и размер образца, влажная консистенция бетона, тип цемента, наличие крупных частиц в его составе и степень карбонизации поверхности.

Пример III. Геотехнические методы НКП

1. Обнаружение влаги на различных покрытиях таких, как краска, штукатурка на уже сухой стене, кирпичная кладка, винил и др. Для этого используется доступный прибор – влагомер, который позволяет обнаружить излишнюю влагу на поверхностях любого типа, в том числе дерево, стекловолокно и др. Таким образом, можно определить влажность определенных участков здания, например, чтобы вовремя предотвратить разрушение материала.
2. Толщиномер (прибор, определяющий толщину защитного слоя бетона) Этот прибор использует зонд, который дает возможность точно определить толщину бетона, расположение арматуры.
3. Также существуют приборы волоконно-оптического зондирования, облегчающие работу инженеров электроподстанций, поставщиков различного оборудования и производителей, которым необходимы супер современные средства мониторинга. Такие приборы являются надежными инструментами, устойчивым к электромагнитным помехам. Они используются во всем энергетическом секторе: от электрической до нефтяной, от ядерной до  водородной сфер. Приборы могут проводить измерения в течение длительного времени, давая специалистам-энергетикам возможность соотнести такие параметры, как давление и температура с собственными ключевыми показателями, например, ток нефти или температура окружающей среды.
4. В полевых условиях применяются приборы для определения устойчивости материалов к коррозии и электро-лучевому воздействию. Они измеряют и оценивают все важные аспекты катодной системы, обеспечивая тем самым дальнейшую защиту от перегрузок и электромагнитных воздействий.
5. В пищевой промышленности известен прибор      Food Development. Это единственный инструмент, который может выполнять измерения под воздействием микроволн. Для удобства прибор оснащен поворотным механизмом. Он был специально разработан для специалистов пищевой и упаковочной промышленности. Прибор оснащен чувствительными сенсорами (датчиками), измеряющими давление и температуру.

Пример IV. Тестирование пластмасс  и пластичных материалов

Для НКП пластмасс и пластичных материалов используется экстензометр – прибор, измеряющий линейную деформацию. Таких приборов существует довольно много, каждый из них отличается более или менее точным измерением материала.

Одной из лидирующих компаний на рынке, поставляющей такие приборы является компания Zwick Roell Group. Экстензометры не ограничиваются измерением ражесткости, прочности и пластичности. Экстензометр может испытывать такие материалы, как фольга, которые очень чувствительны к силе натяжения.

Материалы более высокой жесткости традиционно  испытываются несколькими экстензометрами. Один из них, как правило, определяет малую деформацию (до 5 мм.) и оценивает  различный диапазон упругости. Другой прибор  работает в более широком диапазоне линейных деформаций (до 500 мм.). Это довольно удобной и простое в обращении устройство, которое можно легко настроить. Оно значительно сокращает время и силы,  показывая объективные результаты, так как субъективное восприятие при работе с прибором сведено к минимуму..

Безусловно, в данной статье приведены не все приборы для НКП, а лишь некоторые из них. Названия компаний и испытательных стендов не носят рекомендательный характер, а служат простыми примерами.