Реферат: Дефектоскопия и интероскопия тепловыми методами

Модели Активного ТК можно классифицировать:

1) по типу источника тепловой стимуляции (рис. 2);

2) взаимному расположению устройств тепловой стимуляции и регистрации температуры (рис. 3.);

3) форме и размерам зоны тепловой стимуляции и регистрации температуры (рис. 4)

Тепловую стимуляцию (нагружение) объекта контроля можно производить нагревом или охлаждением, что с теплофизической точки зрения является равноценным. Однако, учитывая достижимые плотности тепловых потоков, фактор технологичности и возможные помехи, практически всегда применяют нагрев с помощью полей излучения или потоков газа и твёрдых частиц.

Наибольшую мощность в зоне стимуляции обеспечивает нагрев оптическим излучением, генерируемым лампами различного типа и лазерами (рис. 2, а).

Наиболее просто можно нагреть поверхность объекта контроля с помощью электрических ламп накаливания. Плотность нагрева может составлять до нескольких кВт/ в зоне диаметром до 1 м при произвольной длительности нагрева. Такие лампы являются гибким и практичным средством «мягкого» нагрева неметаллов. Для стимуляции металлов применяют галогенные и ксеоновые лампы, которые создают плотность до 100 кВт/ в течение времени от нескольких миллисекунд до нескольких секунд.

а) б) в)

г) д)

е) ж) з)

и) к)

Рис. 2. Процедуры ТК в зависимости от типа источника тепловой стимуляции.

Лазеры способны обеспечивать сверхвысокую плотность энергии, однако низкий КПД, большие габариты и высокая стоимость ограничивают их применение в ТК лабораторными исследованиями.

Лазеры также используют в технике «летающего пятна» для быстрого локального нагрева изделий, однако, в этом случае снижается плотность погашенной энергии. Поэтому при контроле металлов наиболее эффективны мощные ксеноновые лампы-вспышки (flashtubes), используемые в фотографической технике. Металлические изделия можно нагревать индукторами. Плотность поглощенной мощности при этом ниже чем в случае оптического нагрева, однако индукционный нагрев не создаёт помех за счёт отражённого излучения и позволяет нагревать металл через внешние слои из неметаллов (рис. 2, б).

В ряде случаев металлы нагревают, пропуская через них электрический ток (рис. 2, в). Этот способ также не создаёт оптической помехи и эффективен при обнаружении трещин, расположенных перпендикулярно направлению линий тока. Применение такого вида нагрева создаёт проблему ввода в изделие мощных токов.

Нагрев СВЧ-излучением рекомендуется при обнаружении зон повышенной влажности в пористых неметаллах (рис. 2, г) в сочетании с тепловизионной регистрацией температуры.

Конвекционный нагрев можно производить с помощью жидкости или газа (рис. 2, д, е). Известен способ контроля внутренних каналов турбинных лопаток, пропусканием через них горячей (холодной) воды (рис.2, д). Односторонний нагрев возможен потоком горячего воздуха (рис. 2, е), направляемого на изделия с помощью фена («воздушной пушки»).

Оригинальной разновидностью этого способа является быстрая охлаждение поверхности объекта контроля парами жидкого азота. Нагрев газом в односторонней процедуре ТК во многих случаях не хуже оптического нагрева благодаря более низкому уровню помехи, обусловленной отражением излучением.

Преимуществом механического нагружения в изделии за счёт вибрации (дозированной циклической нагрузки) или ультразвука является отсутствие оптической помехи, а также то, что температура аномалии возникает только в дефектных областях за счёт трения стенок трещин, образовании зон пластической деформации и других механический эффектов (рис. 2, ж). Этот способ хорошо зарекомендовал себя при испытаниях композиционных изделий, возбуждаемых стандартными пьезоэлектрическими вибраторами.

Способы тепловой стимуляции изображены на рис. 2, а-ж, требует использования разнообразных технологических устройств. В ряде случаев, например, при обнаружении скрытых в грунте противопехотных мин, диагностики фасадных покрытий строительных сооружений и т.п., возможно использовать нагрев солнечным излучением, плотность мощности которого в средних широтах составляет около 1 кВт/ в безоблачный день (рис. 2, з). Данный способ нагрева идентичен изображённому на рис. 2, а.

В лабораторных исследованиях иногда используют специфический способы тепловой стимуляции и регистрации температуры. Высоким температурным разрешением обладает техника «миража», которая предусматривает нагрев и регистрацию температуры с помощью лазера (рис. 2, и). Над дефектом создаётся область повышенной температуры прилегающего воздуха при прохождении через которую пробный луч лазера претерпевает отклонение, пропорциональные температуры и регистрируемые позиционно-чувствительным фотодетектором. Другой пример комбинирование техники НК показан на рис 2, к: при нагреве лазером слои материала, расположенные над дефектом, испытывают аномальные деформации, которые фиксируют с помощью второго (пробного) лазера и позиционно-чувствительного фотодетектора.

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.