Модели активного ТК (часть 1)

Тепловой контроль (ТК) хорошо зарекомендовал себя в процедурах диагностики зданий и сооружений, авиа-, судо-, автомобилестроении и атомной промышленности. Однако не все специалисты знают классификацию и типы данного метода неразрушающего контроля. Команда «Диагност ПБ» решила рассказать об основных методах теплового контроля.

         Существуют 3 основные классификации моделей активного ТК:

         1) по типу источника тепловой стимуляции;

         2) по взаимному расположению устройств тепловой стимуляции и регистрации температуры;

         3) по форме и размерам зоны тепловой стимуляции и регистрации температуры.

         Тепловая стимуляция – это нагружение объекта контроля (ОК), производимое нагревом или охлаждением. Однако чаще применяют нагрев, процедура которого более технологичная и дает меньше помех, с помощью полей излучения или потоков газа и твердых частиц.

Классификация по типу источника тепловой стимуляции

Наибольшую мощность в зоне стимуляции обеспечивает нагрев оптическим излучением, генерируемым лампами различного типа и лазерами

         Наиболее просто можно нагреть поверхность ОК с помощью электрических ламп накаливания. Плотность нагрева может составлять до нескольких кВт/м2 в зоне диаметром до 1 м при произвольной длительности нагрева. Это так называемый «мягкий» нагрев, используемый для неметаллов. Для стимуляции металлов применяют галогенные и ксеноновые лампы, которые создают плотность мощности до 100 кВт/м2 в течение времени от нескольких миллисекунд до нескольких секунд.

         Лазеры формируют пучок энергии сверхвысокой плотности, однако отличаются низким КПД, большими габаритами и высокой стоимостью, поэтому они редко используются в ТК.

Нагрев металлических изделий индукторами. Плотность поглощенной мощности ниже, чем при оптическом нагреве, однако не создаются помехи за счет отраженного излучения. Индукционный нагрев позволяет нагревать металл через внешние слои из неметаллов.

Нагрев через электрический ток. Не создаются оптические помехи, модель эффективна при обнаружении трещин, расположенных перпендикулярно направлению линий тока.

Нагрев СВЧ-излучением для обнаружения зон повышенной влажности в пористых неметаллах.

Конвекционный нагрев производится с помощью жидкости или газа. На рисунке представлен контроль внутренних каналов турбинных лопаток.

Односторонний конвекционный нагрев осуществляется потоком горячего воздуха, направляемого на изделие феном, воздушной пушкой. Может заменять оптическое излучение благодаря меньшему уровню помех.

Вибрационный нагрев не дает оптических помех, температурные аномалии возникают только в дефектных областях за счет трения стенок трещин и образования зон пластической деформации. Используется при испытаниях композиционных изделий.

         В лабораторных исследованиях иногда используют специфические способы тепловой стимуляции и регистрации температуры. Высоким температурным разрешением обладает техника «мираж». Она предусматривает нагрев и регистрацию температуры с помощью лазера. Над дефектом создается область повышенной температуры прилегающего воздуха, при прохождении через которую пробный луч лазера претерпевает отклонения, пропорциональные температуре.

Техника ТК «мираж»

         Другая комбинированная техника ТК заключается в следующем: при нагреве лазером слои материала, расположенные над дефектом, испытывают аномальные деформации, которые фиксируют с помощью луча второго (пробного) лазера и позиционно-чувствительного детектора (см. картинку ниже).

Комбинированная техника ТК