3. Коэффициенты теплопроводности наиболее часто используемых материалов

По теплопроводности и удельной теплоемкости ат­тестованы стандартные образцы из оптического кварца КВ, стекла ТФ-1 и ЛК-5, стали 12Х18Н10Т.

В табл. 4 приведены ТФХ ряда материалов.

Структура и элементная база систем теплового контроля

Обобщенная функциональная схема автоматической системы ТНК показана на рис. 3. Контроль с помощью этой системы осуществляется следующим способом.

Рис. 3. Обобщенная функциональная схема автоматической системы активного теплового неразрушающего контроля:

1 - источник теплового возбуждения; 2 - объект контроля;

3 - дефектоотметчик; 4 - сканирующее устройство; 5 - оптическая система и приемник излучения; 6 - устройство выбора оптимального времени регистрации температуры; 7 - электронный блок; 8 – ЭВМ

Контролируемый объект 2 подвергается воздейст­вию со стороны источника теплового возбуждения (ИТВ) 1. Нагретая поверхность объекта становится ис­точником инфракрасного излучения, поступающего в оптическую систему и на приемник излучения 5. Скани­рующее устройство 4 перемещает нагреватель I с посто­янной скоростью вдоль контролируемой поверхности, а также непрерывно обследует заданную траекторию. Блок 6 автоматически подбирает оптимальное время регист­рации температуры для каждого типа контролируемого изделия в зависимости от ТФХ материала и времени на­грева. Электронный блок 7 непосредственно управляет устройством 4, блоком 6, дефектоответчиком 3, отмечает контур дефекта на поверхности контролируемого объек­та. Для обработки результатов контроля в состав АС АТНК входит ЭВМ 8.

В качестве ИТВ можно использовать различные ти­пы нагревателей (например, инфракрасные кварцевые галогенные лампы, когерентные излучатели (лазеры), индукционные нагреватели, воздушные струи и т.п.). Достоверность АТНК в немалой степени зависит от ИТВ, нагревающего поверхность контролируемого объ­екта до температуры, превышающей температуру окру­жающей среды на 5 ... 100 К. Основными параметрами ИТВ являются плотность теплового потока, равномер­ность нагрева и размеры зоны нагрева. Для обнаружения дефектов малых размеров ИТВ должны отличаться вы­сокой равномерностью нагрева, так как неравномерно нагретые участки могут быть классифицированы как ложные дефекты. При 2 %-ной чувствительности тепло­вого контроля неравномерность нагрева не должна пре­вышать 2 К при уровне нагрева 100 К.

Оптические системы собирают и фокусируют поток лучистой энергии на чувствительном элементе приемни­ка излучения. Они могут быть выполнены в виде зер­кального или линзового объектива. Зеркальные объекти­вы используются при предъявлении высоких требований к чувствительности, а линзовые - при необходимости высокого геометрического разрешения. Чаще использу­ются зеркальные объективы. В зависимости от размеров, конструкции контролируемых объектов могут приме­няться телеоптические, микроскопические и нормальные объективы. Основными параметрами объективов явля­ются фокусное расстояние, диаметр, угловое поле, раз­решающая способность. Для доступа к труднодоступным объектам контроля используют зеркальные или волокни­стые световоды.

Главным элементом оптической системы АС АТНК является приемник излучения, который преобразует ин­фракрасное излучение в электрический сигнал.

Сканирующее устройство перемещает с постоянной скоростью оптическую ось системы по одной или двум взаимно перпендикулярным координатам. В зависимости от конструкции оптико-механического сканирующего устройства траектория сканирования может быть спи­ральной, розеточной, прямоугольной и др. Можно ис­пользовать сканирующие устройства на основе колеб­лющихся плоских зеркал, вращающихся зеркальных призм, барабанов, пирамид, преломляющих клиньев. Важным параметром сканирующего устройства является количество строк, просматриваемых в единицу времени. От прилегания просматриваемых строк друг к другу за­висит качество получаемой тепловой картины объекта, а от времени нахождения визируемого участка объекта контроля в мгновенном поле зрения прибора - ее ин­формативность.

К числу наиболее важных параметров сканирующих устройств можно отнести максимальный угол сканиро­вания, частоту вращения барабана или качания зеркала, размеры пятна сканирования.

Анализ результатов теоретических расчетов и экс­периментальных исследований показывает, что сущест­вует оптимальное время регистрации температуры после окончания нагрева, которое зависит от времени нагрева объекта и от глубины залегания дефекта, поэтому при его изменении возможен послойный контроль объекта и выявление дефектов на различной глубине. Для досто­верного обнаружения дефекта необходимо выбирать та­кое время регистрации, при котором температурный контраст над дефектом с наименьшей глубиной залега­ния превышал бы разрешающую способность в 3 ... 4 раза.

Электронный блок определяет уровень порогового сигнала и подавляет помехи, возникающие в процессе контроля. Помехи могут быть вызваны следующими причинами: неравномерный нагрев объекта контроля вдоль траектории сканирования, изменение расстояния от нагревателя до поверхности контролируемого объек­та, случайные изменения ТФХ объекта, изменение напряжения питания и т.п. Случайные помехи можно по­давлять фильтрованием суммарного сигнала и выделе­нием полезного сигнала, вызванного дефектом.

Дефектоотметчик должен иметь достаточно про­стую конструкцию и малую инерционность для разметки контура дефекта с высокой скоростью и перемещения синхронно со сканирующим устройством. Наличие дефектоотметчика позволяет оперативно оценивать обна­руженный дефект.

Наличие ЭВМ позволяет накапливать, хранить и документировать данные контроля, реализовывать слож­ные алгоритмы определения геометрических характери­стик дефектов, определять координаты и площадь де­фектов.