Все известные тепловые методы неразрушающего контроля базируются на использовании тепловой энергии контролируемого объекта, распространяющейся по всей площади его поверхности. Возникающее таким образом поле температур становится источником, информирующим оператора о наличии или отсутствии всевозможных дефектов как на поверхности, так и в глубине материала, из которого изготовлено контролируемое изделие, посредством оценки происходящих внутри объекта процессов теплопередачи.

Основные методы теплового контроля

Методы, предназначенные для осуществления теплового неразрушающего контроля, условно классифицируют на следующие:

Приведем краткую характеристику каждого из перечисленных методов.

Первый из них – вибротепловизионный. Такой способ выявления дефектов идеально подходит для исследования вибрирующих объектов контроля. В основе рассматриваемого метода лежит фиксирование тепловых полей, возникающих в местах негомогенности структуры изделия. Известно, что в эксплуатационных условиях, предполагающих наличие вибрации при работе объекта, в местах, где присутствуют дефекты, возникает рассеяние энергии, которое затем влечет за собой возникновение перегрева и, как следствие этого, возникновение температурных полей. Отметим, что зоны перегрева локальны и поэтому на термограммах ясно видны места, отличные от гомогенной структуры материала контролируемого изделия. Они как раз и указывают на присутствие несплошностей, раковин, посторонних включений и прочих дефектов. Вибротепловизионный метод – отличное решение задач, связанных с необходимостью проведения неразрушающего контроля вибрирующих объектов.

Следующий способ, перечисленный выше, сводится к использованию разнообразных тепловых эффектов с целью визуализации внутренней структуры объекта. Такая визуализация осуществляется посредством формирования изображений изделия в нескольких сечениях. Это становится возможным благодаря проведению импульсного облучения контролируемого изделия равномерным пучком и последующей регистрации отпечатков дефектов различных теплофизических параметров. Фиксирование их происходит на обратной стороне изделия контролируемого объекта посредством специального устройства – тепловизора.

Способы контроля, основанные на термофотоупругости, относятся к наиболее современным методикам и базируются на свойствах оптических кристаллов высокой прочности. Такие кристаллы находят широкое применение благодаря своим уникальным характеристикам. Одной из главнейших из них, несомненно, является наличие абсолютного значения натурального показателя поглощения. Этот показатель отвечает за долю поглощения материалом теплового излучения, проходящего через его материал, а также позволяет проводить диагностику многих характеристик исследуемого объекта.

При вихретоковом методе контроля посредством поля индуктора происходит возбуждение контролируемых изделий металлической природы. Используется прием так называемого теплового отклика с последующей оценкой полученной амплитудно-временной реализации. Происходящий тепловой процесс зависит от многих параметров объекта, что обуславливает возможность проведения контролируемого процесса несколькими доступными способами: тепловым и вихретоковым. Посредством представленного способа представляется возможным не только определить наличие дефектных неоднородностей, но и проводить толщинометрию самых разнообразных изделий, включая и те, которые имеют достаточно грубую внешнюю поверхность.

Последний, теплографический, метод идеально подходит в первую очередь для проведения контроля композиционных материалов. Их прочность во многом определяется имеющимися дефектными отклонениями в изделии. Этот способ является комбинированным и заключается в тепловом нагреве объекта с последующим фиксированием двух видов диаграмм. При фиксировании интерферограмм о присутствии отклонения судят по имеющимся аномалиям интерфереционных полос. Вместе с интерфереционнами диаграммами также фиксируются термограммы.

Тепловой контроль с физической точки зрения

Методы теплового контроля согласно (ГОСТ 18353 – 79) находят широкое применение в наблюдении тепловых процессов в широком спектре контролируемых изделий. Известно, что при нарушении динамического равновесия контролируемого изделия с окружающей его средой на поверхности материала изделия образуется поле температур, называемое также температурным полем, которое по своей природе является избыточным. По характеру этого поля возникает возможность судить о самых разных свойствах исследуемого контролируемого изделия. Можно обобщить, что известные способы проведения теплового вида неразрушающего контроля базируются на присутствующем у объекта контроля поле тепловой природы, которое взаимодействует со специальными чувствительными элементами. В роли таких элементов чаще всего могут выступать: термопары, индикаторы, фотоприемники. Впоследствии параметры поля трансформируются в различные импульсы электрической природы и передаются на прибор, который впоследствии их регистрирует.

Классификации ТНК

На сегодняшний день существуют два вида теплового контроля:

Выясним, чем же обусловлено это разделение.

Итак, пассивный контроль характеризуется отсутствием внешнего источника, оказывающего тепловое воздействие. Тепловое поле, необходимое для проведения исследования на наличие дефектов, возникает как бы само собой, вследствие работы прибора или его изготовления. Такой вид контроля отлично подходит для энергетического оборудования, печей, использующихся на предприятиях металлургии, изделий радиоэлектроники.

Что касается второго способа, то тут все наоборот. Активный вид неразрушающего теплового контроля не возможен без наличия сторонних источников энергии. Такой метод контроля активно используется, например, в дефектоскопии. Там всю информацию о наличии дефектов как раз можно получить, наблюдая локально расположенные неоднородности полей температуры на поверхности контролируемого изделия.

Области применения теплового контроля

Рассмотрим отдельно сферы использования активного и пассивного неразрушающего теплового контроля.

Активный контроль широко применяется во многих областях промышленности. Особенно это касается авиакосмической сферы, микроэлектроники, машиностроения, материаловедения, строительства, нефтехимии и энергетики. Данный вид контроля позволяет проводить тепловую диагностику объектов, характеризующихся напряженными состояниями, контролировать теплопроводность строительных материалов, осуществлять толщинометрию, дефектоскопию и многое другое.

Пассивный контроль также широко используется в энергетике, машиностроении, строительстве, металлургии, авиации. Позволяет осуществлять тепловую диагностику турбин, труб, выявлять утечки тепла, проводить контроль загрязнений, расположенных на поверхности воды, выявлять тепловые аномалии, а также пустоты и промоины. Нельзя не сказать отдельно о таких областях, как медицина и экология. Ведь с помощью теплового пассивного контроля можно осуществлять экологический мониторинг, контролировать состояние окружающей среды и экологи в целом. Кроме этого, перед нами открываются широкие возможности для осуществления диагностики онкологии, сосудистых и кожных заболеваний посредством проведения термодиагностики. Отметим, что этим не ограничивается список всех областей применения методов теплового неразрушающего контроля.

Приборы теплового контроля

Тепловизоры

Тепловизор относится к основным устройствам теплового неразрушающего контроля. Используя это устройство, можно наблюдать характер распределения температурного поля по поверхности материала исследуемого изделия. При этом распределение температуры представляется в виде изображения, отображаемого на экране тепловизора, где каждому цвету на картинке соответствует своя температура. Все устройства данного типа условно разделяют на стационарные и переносные.

Первые находят широкое применение на производстве, активно используются в целях осуществлении контроля за технологическими процессами. Отличительной особенностью стационарных тепловизоров является их способность работать в широком интервале рабочих температур (от -40°C до +2000°C). В основе работы устройств лежат матрицы, которые собирают из фотоприемников полупроводниковой природы.

Переносные приборы – прекрасное решение задачи, связанной с необходимостью проведения быстрого и портативного контроля. Такие тепловизоры не столь громоздки, а также имеют возможность подключения к ПК, ноутбукам, что делает анализ и обработку полученных результатов быстрым и достаточно простым. Портативные приборы особенно часто используются при проведении оценочных работ, которые отличаются своей сложностью.

Термометры и пирометры

Термометр является одним из наиболее известных измерительных приборов, нашедших самое широкое распространение как на производстве, так и в повседневной жизни. Сложно встретить человека, который бы ни разу не встречал термометр. Эти устройства предназначены для фиксирования показателя температуры. В качестве контролируемого объекта при этом могут выступать воздух, вода, почвы и многое другое. Сегодня все термометры можно классифицировать следующим образом:

Принцип, лежащий в основе работы жидкостных термометров прост и заключается в изменении объема вещества, залитого в термометр, при возникновении изменения температуры окружающей среды. Механические устройства работают практически также, вся разница заключена лишь в том, что в роли датчика в данном случае может быть использована механическая спираль. Действие электрических устройств основано на фиксировании варьирования такого параметра, как сопротивление, имеющегося у проводника, в условиях колебания температурного показателя внешней среды. Оптический вид термометров фиксирует температуру по изменениям в спектре или изменению светимости, которые возникают как следствие возникновения изменения окружающей температуры. Особый интерес, безусловно, представляют инфракрасные термометры, называемые также пирометрами, позволяющие проводить измерения температуры тела дистанционно, без наличия непосредственного физического контакта с ним (ВЛ, РД 153-34.0-20.363-99). Отметим, что в некоторых государствах давно перешли именно на такого вида устройства не только на производственном, но и бытовом уровне. Что вполне соответствует рекомендациям медицинских учреждений.

Логгеры данных температуры и влажности

Логгерами данных называют регистраторы, которые позволяют выполнять широкий спектр задач, связанных с контролем параметров окружающей среды. Современные модели оснащены множеством дополнительных функций, которые делают измерительный процесс легким, удобным и понятным для любого оператора. Возникает возможность оценивать и анализировать результаты измерений в режиме реального времени.

Достоинства теплового контроля

Тепловой контроль имеет немало очевидных преимуществ. Например, возможность проведения измерительного процесса дистанционно, высокая оперативность проводимого измерения, а также скорость анализа полученной информации, возможность измерения при наличии как одностороннего, так и двустороннего доступа к контролируемому изделию, возможность исследования материалов практически любой природы, отличное сочетание данного типа наблюдения с другими видами контроля, возможность наблюдения нескольких контролируемых параметров одновременно и многое другое.