123041 (Дефектоскопия и интероскопия тепловыми методами), страница 2

Взаимное расположение источника тепловой стимуляции и устройства регистрации температуры влияет на выявляемость дефектов, что важно с точки зрения практической реализации. Преимущества активного НК наиболее полно проявляются в односторонней процедуре (рис. 3, а). Её аналогом является ультразвуковой эхо-метод НК, в англоязычной литературе иногда используется термин «контроль на отражение». Двусторонняя процедура, иногда называемая «контролем на прохождение», требует прогрева всего изделия, и не может быть применена к толстым образцам (рис. 3, б). В случае внутреннего нагрева, например, электрическим током через металл, устройства регистрации температуры целесообразно размещать там, где внутренние дефекты создают максимальные температурные контрасты (рис. 3, в).

а) б) в)

Рис. 3. Процедуры ТК в зависимости от взаимного расположения устройств тепловой стимуляции и регистрации температуры.

Третий тип моделей активного ТК, (рис. 4) определяется сочетанием устройств нагрева и регистрации температуры. При поточечном сканировании изделия нагревают в малой зоне, а температуру регистрируют с некоторым запаздыванием, величина которого зависит от глубины залегания дефектов (рис. 4, а). На раннем этапе развития активного ТК, в силу малого распространения тепловизоров, этот способ разрабатывался достаточно интенсивно. В последующие годы он был незаслуженно забыт и затем снова возрожден в виде техники «летающего (ползущего) пятна».

Поточечное сканирование обеспечивает максимальное температурные контрасты над внутренними дефектами при внешнем нагреве и пригодно для обнаружения трещин, расположенный перпендикулярно поверхности изделия. Основным недостатком данного способа является низкая производительность испытаний.

Компромиссным вариантом между поточечным сканированием и тепловизионным способом ТК является сорное сканирование: изделие нагревают в узкой длинной полосе, а температуру регистрируют срочно-сканирующим пирометром (рис.4, б). Проблемы равномерность нагрева решается проще, чем при распределённом нагреве, а производительность испытаний выше, чем при поточечном сканировании, приблизительно в N раз, где N – число элементов в строке. В этом случае зона нагрева перемещается по поверхности изделия, поэтому срочное сканирование

а) б) в)

Рис. 4. Процедуры ТК в зависимости от вида зоны контроля и нагрева.

пригодно для обнаружения вертикальных трещин. Тепловизионный способ ТК предусматривает распределенный нагрев изделия (от одной зоны к другой) при регистрации температуры тепловизором (рис. 1.3., в). В последний годы этот способ наиболее популярен благодаря появления на рынке нового поколения тепловизоров, внедрения мощных импульсных нагревателей и разработки эффективных алгоритмов обработки тепловых изображений.

В роботизированных системах ТК, используемых преимущественно в авиакосмической технике, производят сканирование поверхности объекта контроля с последующей «сшивкой» отдельных термограмм в панорамное термоизображение, которое корректируют с учётом кривизны контролируемой поверхности. (1)

ОБЪЕКТЫ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТК.

Объектами ТК служат дефектные структуры с трещинами, порами раковинами, непроварами, участками плохой тепло- и электроизоляции, неоднородным составом, посторонними примесями, зонами термического и усталостного перенапряжения, а также с отклонениям гео­метрических и теплофизических характеристик от допустимых зна­чений.

Возможности ТК ограничены в основном теплопроводностью (метод не применим для материалов как с высокой, так и с низкой теплопроводностью); структурными помехами, вызванными флуктуациями теплофизических и оптических свойств объектов контроля: внешними тепловыми помехами (для ИК-систем).

Краткий обзор областей применений ТК дан в табл. 1

Табл. 1 Области применения ТК

ТЕРМИНОЛОГИЯ ТК. КРИТЕРИИ ДЕФЕКТОНОСТИ

Терминология ТК определена ГОСТ 18353-79, ГОСТ 23483-79 и рядом отраслевых РД. Там же приведена классификация видов и способов ТК. На практке, как уже было сказано выше, наиболее существенно деление ТК на активный и пассивный, одно- и двусторонний, синхронный и несинхронный. Для выведения изделия из состоянии термодинамического равновесия со средой при активном ТК используют ИНТ с сосредоточенной (точечные) или распределённой (полосовые и площадочные) зоной нагрева или охлаждения. По времени действия различают непрерывные импульсные ИНТ. В последнем случая процедуру ТК называют импульсной. Температурное поле регистрируют с помощью контактных и бесконтактных средств, причём последние иногда подразделяют на околоповерхностные (вихретоковые и термоэлектрические преобразователи) и дистанционные (ИК-устройства). В соответствии с другой классификацией к средствам ТК относится устройство для поэлементного в точке или по строке съёма температурной информации (термопары, пирометры) и для регистрации двумерных температурных полей (тепловизоры, жидкокристаллические термоиндикаторы).

Для выявления дефектов объекта контроля используют тепловой дефектоскоп. Под чувствительностью этого прибора понимаю отношение приращения выходного сигнала дефектоскопа к вызвавшему его приращению контролируемого параметра.

Критерии дефектоности (КД), то есть измеряемые или рассчитываемые физические величины, по которым оценивают качество объекта контроля, подразделяют на амплитудные и временные. В течение долго времени на практике использовали абсолютную температуру Т изделия, разность температур дефектного и бездефектного участков или эталонного и контролируемого изделия, названную температурным перепадам , а также температурный контраст ввиду того что указанные амплитудные критерии существенно зависят от специфических ТК помех, а последние годы интенсивно разрабатывают временные критерии, которые представляют собой некоторое характерное время процесса теплопередачи. (2)

ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ

Оптимальным считается такой режим ТК, который обеспечивает максимальное отношение сингал-помеха при выбранных критериях сравнение возможных вариантов. В идеальном случае максимум температурного контраста между дефектной и бездефектной точкой обеспечивает мгновенным точечным источником, дискретно перемещающимся по объёму. На практике наиболее близкими к оптимальному можно считать следующие режимы контроля: ТК узким, движущимся с максимально возможной скоростью пучком, пропускание через изделие мощного импульса электрического тока, а также индукционный и СВЧ-нагрев. Наиболее простой способ оптимизации режима ТК – теоретический расчёт различных вариантов, отбор которых производят с учётом доступа к изделию, технологичности нагрева и наличия помех.

ОСОБЕННОСТИ ТК И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Перечислим характерные особенности ТК: дистанционности (для ИК-систем); высокая скорость обработки информации, обусловленная малым временем преобразования носителя информации в электрический сигнал; высокая производительность испытаний, ограниченная скоростью нагрева в активном режиме и скоростью сканирования в пассивном режиме; высокое линейное разрешение (до 10 мкм в ИК-микроскопии); возможность контроля при одно- и двустороннем подходе к изделию; теоретическая возможность контроля практически любых материалов, если теплофизические или спектральные свойства дефектов и материалов различаются; практическая нецелесообразность контроля материалов с высокой и низкой теплопроводностью, а также контроля при обилии внешних тепловых помех; многопараметрический характер испытаний; меньшая зависимость результатов контроля от шероховатости поверхности по сравнению с некоторыми другими видами НРК; возможность взаимодополняющего сочетания ТК с другими видами НРК, особенно с радиационными, капиллярными и ультразвуковыми методами; возможность наследования динамических и статических тепловых процессов, процессов производства, преобразования, передачи, потребление и консервации энергии различный видов, возможность прогнозирования тепловой деградации изделий и наследование усталостных и коррозионных процессов; стыкуемость со стандартными системами обработки информации; возможность поточного контроля и создания автоматизированных систем контроля и управление технологическими процессами.

Основные направления работ в области ТК: расширение номенклатуры, увеличение объёма выпуска, усовершенствование серийной ИК- и теплофизической аппаратуры; разработки дополнительных функциональных и сервисных устройств для повышения достоверности оценки параметров тепловых полей оператором, а также для стыковки с автоматизированными системами обработки данных; создание специализированных тепловых дефектоскопов; улучшений характеристик серийных тепловизоров (увеличение пространственного и температурного разрешения, переход к портативным моделям с неохлаждаемым приемником излучения, автономным питанием и микропроцессорной обработкой изображения).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ