Физическая сущность теплового контроля

Методы неразрушающего контроля теплового вида (ГОСТ 18353 - 79) используют при исследовании тепловых процессов в изделиях. При нарушении термодинамического равновесия объекта с окружающей средой на его поверхности возникает избыточное температурное поле, характер которого позволяет получить информацию об интересующих свойствах объектов. Методы теплового контроля основаны на взаимодействии теплового поля объекта с термодинамическими чувствительными элементами (термопарой, фотоприемником, жидкокристаллическим индикатором и т.д.), преобразовании параметров поля (интенсивности, температурного градиента, контраста, лучистости и др.) в электрический сигнал и передаче его на регистрирующий прибор.

Достоинствами теплового контроля являются: дистанционность, высокая скорость обработки информации; высокая производительность испытаний; высокое линейное разрешение : возможность контроля при одно- и двустороннем подходе к изделию; теоретическая возможность контроля любых материалов; многопараметрический характер испытаний; возможность взаимодополняющего сочетания ТНК с другими видами неразрушающего контроля; сочетаемость со стандартными системами обработки информации; возможность поточного контроля и создания автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами. Различают:

1)пассивный ТНК;

2) активный ТНК.

Пассивный ТНК не нуждается во внешнем источнике теплового воздействия (ИТВ) - тепловое поле в объекте контроля (ОК) возникает при его эксплуатации (изделия радиоэлектроники, энергетическое оборудование, металлургические печи и т. п.) или изготовлении (закалке, отжиге, сварке и. т. п.). Активный ТНК предполагает нагрев объекта внешними источниками энергии. В случае использования АТНК в дефектоскопии, например для обнаружения дефектов в виде нарушения сплошности (раковин, трещин, мест непроклея), информацию о дефектах несут в себе локальные неоднородности температурного поля на поверхности ОК.

Существуют следующие способы активного теплового контроля изделий:

Кратковременный локальный нагрев изделия с последующей регистрацией температуры той же(при одностороннем контроле) или при противоположной области( при двустороннем контроле). По истечении некоторого времени(чтобы изделие успело остыть) переходят к следующей точке и т.д. Так будет пройдена вся поверхность изделия, причем измеренная температура дефектных областей будет существенно отличаться от температуры бездефектных участков. С использованием сканирующей системы, состоящей из жестко закрепленных друг относительно друга источника нагрева и регистрирующего прибора(например, радиометра), перемещающихся с постоянной скоростью вдоль поверхности образца. Одновременный нагрев поверхности образца вдоль некоторой линии(при одновременном контроле) или вдоль аналогичной линии с противоположной поверхности образца( при двустороннем контроле). Подобная регистрация может быть осуществлена , например, прибором " Термопрофиль." Одновременный нагрев всей поверхности образца и последующая одновременная регистрация температурного распределения на этой же или на противоположной поверхности. Подобный способ контроля может быть осуществлен при помощи телевизора. В методе АТНК можно выделить три основных направления развития:

тепловая дефектоскопия (ТД);

тепловая дефектометрия (ТД);

тепловая томография (ТТ).

Тепловая дефектоскопия состоит в определении факта наличия дефекта и его расположение в объекте контроля. В настоящее время это наиболее разработанное направление. Тепловая дефектометрия - направление АТНК, представляющее методы и средства количественной оценки глубины залегания дефектов, их толщины и поперечных размеров. С математической точки зрения ТД требует решения обратных теплофизических задач. Тепловая томография (ТТ) является последующим развитием ТД и состоит в послойном синтезе внутренней структуры объекта контроля на основе использования методов проективной компьютерной томографии.

Область применения активного ТНК:

Область	Способ, объекты контроля, выявляемые дефекты
Авиакосмическая индустрия	ИК-влагометрия: дефекты структуры композитов, готовых панелей, клеевых соединений, защитных покрытий
Микроэлектроника	Лазерный контроль пайки, сварки: ИК-томография полупроводников, БИС; дефектов теплоотводов
Машиностроение	Термоволновая дефектоскопия антикорозионных покрытий, тепловая толщинометрия пленок
Лазерная техника	Контроль термонапряжений в лазерных кристаллах, световой прочности элементов силовой оптики
Материаловедение	Тепловая диагностика напряженного состояния объектов на основе термоэластического эффекта
Строительство	Контроль теплопроводности строительных материалов, защитных ограждений, обнаружение пустот, промоин
Нефтехимия	Термографический контроль уровня жидкостей в резервуарах
Энергетика	Тепловизионный контроль статоров, защитных покрытий, термоизоляции
Агрокомплекс	Контроль ТФК продуктов, дефектоскопия деталей с.х. техники

Области применения пассивного ТНК:

Область	Способ, объекты контроля, выявляемые дефекты
Энергетика	Тепловая диагностика турбин, дымовых труб, энергоагрегатов, контактных сетей, теплоизоляции
Нефтехимия	Тепловизионный контроль реакторных колонн и энергоагрегатов, обнаружение утечек из продуктопроводов
Машиностроение	Контроль тепловых режимов машин, механизмов
Строительство	Обнаружение утечек тепла в зданиях, тепловизионный контроль качества кровли, ограждающих конструкций
Экологический мониторинг	Дистанционный контроль утечек тепла, загрязнений на водных поверхностях, выявление тепловых аномалий, обнаружение пустот, промоин
Металлургия	Пирометрический контроль температуры расплавов, тепловизионная диагностика футеровки, контроль горячего проката
Транспорт	Обнаружение перегрева букс, дефектов контактных сетей, изоляторов, тепловая диагностика электрооборудования подвижного состава
Авиация	Световая пирометрия лопаток ТТД, аэродинамический эксперимент, контроль теплового режима бортовой РЭА
Медицина	Термодиагностика сосудистых заболеваний, онкологии, кожных заболеваний