Дефектоскопия и интероскопия тепловыми методами (стр. 2 из 3)

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.

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

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
Электроннаятехника	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