«Тепловые методы НК» МИНСК, 2008 В зависимости от назначения и области применения тепловой НК разделяют на тепловую дефектоскопию, бесконтактную пирометрию и тепловидение. Объектами тепловой дефектоскопии являются дефектные структуры, содержащие трещины, пустоты, поры, раковины, места непровара, непроклея, плохой тепло- и электроизоляции, неоднородности состава, посторонние примеси, места термического и усталостного перенапряжения и др. дефекты.
Методы тепловой дефектоскопии предусматривают качественный контроль тепловой неоднородности контролируемых объектов. Методы бесконтактной пирометрии используют для количественного измерения температуры различных объектов и процессов. Тепловидение – это относительно новое направление в технике теплового НК, использующее различные средства визуализации тепловых полей и изображений. Тепловизионные системы могут быть использованы как для целей тепловой дефектоскопии, так и для целей
бесконтактной пирометрии. Классификация и модели тепловой дефектоскопии В основе всех тепловых методов дефектоскопии лежит связь между тепловым потоком от объекта и неоднородностью температурного распределения на его поверхности, которая возникает при наличии дефектов в исследуемом объекте. В зависимости от наличия или отсутствия внешнего источника энергии различают активный и пассивный способы тепловой дефектоскопии. Активные способы предназначены для обнаружения дефектов типа нарушения
сплошности, изменений в структуре и физико-химических свойствах объектов. Такие дефекты обычно называют пассивными, т.е. не выделяющими тепла. Пассивные способы пригодны для контроля тепловых режимов и обнаружения активных дефектов, т.е. наиболее интенсивно выделяющих тепловую энергию. В зависимости от взаимного расположения источника нагрева, термочувтвительного элемента и объекта контроля а также последовательности контрольных операций различают односторонний, двухсторонний, комбинированный (таб.1), синхронный и несинхронный способы теплового неразрушающего контроля. Кроме этого способы теплового контроля делят на статические и динамические. В этом случае определяющим фактором является зависимость температуры объекта от времени. Таблица 1. Классификация способов теплового контроля В задачах теплового контроля обычно исследуют поверхностные температурные поля объектов.
Определение внутренних температур, как правило, затруднительно из-за непрозрачности объектов для ИК-излучения. Однако внутренние температурные неоднородности, характеризующие дефектность изделий, можно определить в численном виде с помощью моделирования их на ЭВМ. Наличие дефектов приводит к локальному или интегральному искажению температурного поля, характерного для данного изделия. Это выражается в появлении перепадов температуры.
Пространственно-временная функция этих перепадов определяется температурой тела, условиями его теплообмена с окружающей средой, геометрическими и теплофизическими характеристиками объекта контроля и самих дефектов, а также временем в динамическом режиме. Модель активного теплового контроля при обнаружении пассивных дефектов представлена на рис.1. Активный контроль предусматривает наличие источника энергии, которым обычно являются лазерный пучок света, электронный луч или какой-либо другой источник с подвижным локальным
воздействием в случае синхронного контроля или интегральный источник (ИК-лампа, электроплитка) для несинхронного контроля. Внутренний дефект в многослойном изделии оказывает значительное сопротивление тепловому потоку, который распространяясь в глубь изделия обтекает дефект по окружающим слоям основного материала. При этом имеет место накопление тепла в слое до дефекта и его недостаток в слое за ним, что проявляется в локальном повышении температуры на нагреваемой поверхности «Н» и понижении на противоположной нагреву поверхности «П». Иногда говорят, что дефект отражает тепловой поток на поверхность Н и затеняет его на поверхности П. Рис. 1. Модель активного теплового контроля пассивных дефектов: 1 – источник энергии; 2 – контролируемый объект; 3 – дефект; А – точка локального нагрева; Б – излучающая точка нагреваемой поверхности; X – направление сканирования источника энергии с локальным воздействием;
Н – нагреваемая поверхность; Z – направление вглубь образца; П – противоположная поверхность; Т – температура Примером пассивного контроля также являются ситуации, когда дефект в силу тех или иных причин сам по себе имеет аномальную по сравнению с основным материалом температуру, проявляясь на поверхности чаще всего в виде статического температурного перепада одного знака. В электронной технике такая модель используется для дефектов типа пробоя, короткого замыкания,
обрыва, изменения номинала или энергетического режима, утечки тока или тепла, а также при выходе из строя отдельных элементов (ИС, резисторов, транзисторов и т.п.). В пассивном тепловом контроле при обнаружении активных дефектов (рис.2) температура объекта вследствие определённых технологических или функциональных причин превышает температуру окружающей среды, и обнаружение дефекта возможно из-за интегрального различия теплофизических характеристик в месте дефекта и вне его.
Как правило, в этом случае более эффективен динамический режим контроля, поскольку при статическом режиме значительны эффекты растекания тепла вокруг дефекта.