Реферат: Дефектоскопия и интероскопия тепловыми методами

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

Область применения	Объекты контроля	Обнаруживаемые дефекты и отклонения от номинального состояния
Энергетика	Электрические подстанции; линии электропередач; теплотрассы; тепломеханическое оборудование; парораспределительные сети; пруды – гидроохладители; трубы дымовые; статоры турбогенераторов; щётки электромашин; склады сыпучих материалов; электризованные ванны	Прямые утечки воды, пара , газов; нарушение электро- и теплоизоляции; ослабление механического контакта; засорение теплообменников; трещины в трубах; короткие замыкания; пробой изолятора; износ токоведущих частей; места самовозгорания сыпучих материалов
Машинострое- ние и произ- водство кон- струкционных материалов	Печи металлургические; ковши для разливки метала, горячий прокат; шины; древесно-стружечные плиты; композиционные материалы; сварные, паяные, клеевые соединения; трубы; машины и механизмы	Утонение, трещины и отсутсвие футеровки; краевые расслоения, непроклеи, непровары, непропаи; обрыв матрицы; утонение стенок; коррозионный износ; дефекты сборки; примеси
Электронная техника	Полупроводниковые приборы; интегральные микросхемы; печатные платы; узлы и блоки радиоэлектронной аппаратуры, резисторы, конденсаторы, трансформаторы	Трещины, непровары, непроклеи, непропаи; дефекты p-n – перехода; изменение номинального значения; короткие замыкания; обрывы; некачественный монтаж; загрязнения; коррозия проводников; неправильное размещение элементов; утечки тока
Строительство	Панели; крыши зданий; дымовые трубы	Дефекты стыка панелей; трещины; ухудшение теплоизоляционных свойств; участки инфильтрации воды; обрыв арматуры
Инфракрасная аэросъёмка	Элементы земного ландшафта; подземные теплотрассы; вулканы; ледники; участки геотермальной деятельности; лес; водные бассейны; фауна; служба спасения людей; геология; сельскохозяйственные посевы	Тепловое загрязнение водного и воздушного бассейнов; очаги подаров; трещины в ледяном покрове; полезные ископаемые; тектонические изменения; утечка теплоты; болезни растений; степень созревания культур
Искусство	Настенная живопись; картины; скульптурные сооружения	Дефекты фресок; следы более поздней реставрации

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

Специфика теплового метода неразрушающего контроля и технической диагностики состоит в его универсальности, обусловленной тем фактом, что информативным параметром качества исследуемых объектов является температура. Температура служит неотъемлемым индикатором работы технических установок и сложных систем, а также характеризует структурные и тепловые процессы в конструкционных материалах. Расшифровка температурных распределений поставляет информацию о разнообразных процессах, протекающих в объектах контроля, однако платой за универсальность метода является высокий уровень помех, что снижает вероятность обнаружения дефектов и повышает вероятность ложной тревоги.