Перечень условных обозначений и аббревиатур

a	 температуропроводность, м2/с;
c	 удельная теплоемкость, Дж/(кгК);
h1	 толщина слоя покрытия, мм;
h2	 толщина металлической пластины, мм;
L1	 длина образца, мм;
L2	 ширина образца, мм;
Rн	 радиус нагревателя, мм;
Rиз	 радиус подложки измерительного зонда, мм;
q	 тепловой поток, Вт/м2;
Q	 тепловая мощность, Вт;
	 температура, С;
	 тепловая активность, Втс0,5/(м2К);
	 теплопроводность, Вт/(мК);
	 плотность материала, кг/(м3);
	 время, с;
	 шаг измерения температуры, с;
ИC	 измерительная система;
ИЗ	 измерительный зонд;
Н	 нагреватель;
НК	 неразрушающий контроль;
ПМ	 полимерный материал;
ПА	 полиамидное покрытие;
ТП	 термоэлектрический преобразователь;
ТФС	 теплофизические свойства;
ТМ	 тепловой метод;
У	 усилитель;
БП	 блок питания.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время востребовано внедрение новейших и усовершенствование существующих методов и средств контроля за качеством материалов и изделий. Это связано с увеличением тщательности и точности проверок на основе экспериментов, выявляющих стойкость, долговечность и качество, как стандартных материалов, так и синтезированных. Для определения качества материалов, используются различные методы неразрушающего контроля (НК).

Актуальность бакалаврской работы по теме «Исследование теплового метода неразрушающего контроля качества двухслойных изделий, состоящих из сплава алюминия с полиамидным покрытием» заключается в том, что совершенствование известных и создание новых эффективных методов и средств контроля качества защитных покрытий востребованы и являются актуальными из-за сложности НК и большого объема практического использования.

Целью работы является исследование теплового метода неразрушающего контроля качества двухслойных изделий, состоящих из сплава алюминия с полиамидным покрытием.

Основной задачей НК выпускаемых двухслойных изделий является выявление (обнаружение) технологических дефектов изготовления изделий.

Предметом исследования бакалаврской работы является тепловой метод контроля качества двухслойных изделий, позволяющего получить достоверную, научно-обоснованную и объективную картину зависимостей температурных полей в исследуемом материале от наличия или отсутствия дефектов в виде различных включений, или воздушных расслоений.

Первая глава посвящена обзору литературных источников по данной тематике. В ней дана краткая классификация НК, описано назначение методов, приведена информация по методам и средствам теплового НК, а также описаны двухслойные материалы и полимерно-металлические изделия.

Вторая глава бакалаврской работы посвящена теоретическому обоснованию и аппаратурному оформлению теплового метода НК. Представлена физическая модель метода, математическая модель нестационарного теплопереноса для двухслойной системы. Приведена схема измерительной системы (ИС), реализующей метод НК, а также описан порядок измерительных операций.

В третьей главе приведены свойства материалов, применяемых для изготовления двухслойных полимерно-металлических покрытий.

Четвертая глава посвящена имитационному исследованию теплового метода НК. Приведены результаты имитационного исследования процесса нестационарного теплопереноса для двухслойной системы.

1 Обзор литературных и патентных источников по теме: «Методы и средства теплового неразрушающего контроля качества двухслойных изделий, состоящих из сплава алюминия с полиамидным покрытием»

1.1 Неразрушающий контроль: классификация и назначение

Неразрушающие методы контроля (НМК) – обобщенное название методов контроля качества материалов и изделий, применяемых для выявления нарушения сплошности или однородности макроструктуры, отклонения от физико-химических свойств, не приводящих к разрушению образцов материала или изделия в целом [1].

В таблице 1.1 приведена классификация методов НК в соответствии с ГОСТ 18353-79.

Таблица 1.1 – Классификация методов неразрушающего контроля.

Вид контроля	Классификация методов неразрушающего контроля
	по характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом	по первичному информативному параметру	по способу получения первичной информации
Магнитный	Магнитный	Остаточной индукции Магнитной проницаемости.	Магнитопорошковый Индукционный Магнитографический
Электрический	Электрический Термоэлектрический	Электропотенциальный Электроемкостный	Электростатический Порошковый
Радиоволновой	Резонансный	Частотный Поляризационный	Интерференционный Голографический
Оптический	Отраженного излучения. Рассеянного излучения.	Спектральный Поляризационный	Визуально-оптический Голографический
Проникающими веществами	Молекулярный.	Жидкостный Газовый	Галогенный Люминисцентный

Основными областями применения НМК являются дефектоскопия особенно ответственных деталей и устройств; дефектоскопия устройств длительной эксплуатации; непрерывная дефектоскопия особо ответственных агрегатов и устройств, контроль подземных выработок; проведение исследований структуры материалов и дефектов в изделиях с целью усовершенствования технологии [1].

Рассмотрим подробнее описание каждого вида НК.

1. Магнитный [1, 2]. Магнитный метод неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. Как правило, его применяют для контроля объектов из ферромагнитных материалов. По характеру взаимодействия физического поля с объектом этот вид контроля не дифференцируют: во всех случаях используют намагничивание объекта и измеряют параметры, используемые при контроле магнитными методами.

Процесс намагничивания и перемагничивания ферромагнитного материала сопровождается возникновением гистерезиса. Химический состав, структура, наличие несплошностей и другие свойства, которые требуется контролировать, обычно связаны с параметрами процесса намагничивания и петлей гистерезиса. Магнитные методы применяют для измерения толщины неферромагнитного покрытия на ферромагнитном основании; для дефектоскопии поверхностных и подповерхностных участков ферромагнитных материалов (магнитопорошковый метод); для получения информации о магнитной проницаемости и ее изменении в зависимости от напряженности магнитного поля (индуктивный метод) [1].

В общем случае при намагничивании объекта контроля, вблизи поверхности которого имеется несплошность (дефект), в области дефекта возникают пространственные аномалии напряженности магнитного поля. Появляются поля рассеяния. Изменение напряженности магнитного поля, точнее градиента напряженности, используют как первичный информационный параметр для выявления дефектов [2].

С помощью этого метода могут быть выявлены закалочные и шлифовочные трещины, усталостные трещины, закаты и другие поверхностные дефекты. Магнитопорошковый метод успешно применяется для контроля сварных швов.

Наиболее часто с помощью магнитных методов определяют толщину стенок из магнитных и немагнитных материалов, толщину немагнитных покрытий на магнитной основе.

Достоинствами магнитных методов являются: их высокая производительность, безвредность, экономичность. Основной недостаток – сложность автоматизации метода [3].

2. Электрический [2, 3]. Электрические методы основаны на создании в контролируемом объекте электрического поля, либо непосредственным воздействием на него электрическим возмущением (электростатическим полем, полем переменного и постоянного тока), либо косвенно с помощью воздействия возмущениями неэлектрической природы (например, тепловым, механическим).

Электрический контроль регистрирует параметры электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом (собственно электрический метод), или поля, возникающего в контролируемом объекте в результате внешнего воздействия (термоэлектрический метод) и применяется для контроля диэлектрических и проводящих материалов [2, 3].

Методы электрического контроля (электростатический порошковый, термоэлектрический, электроискровой) позволяют определять выявления раковин и других дефектов в отливках, расслоений в металлических листах, различных дефектов в сварных и паяных швах, трещин в металлических изделиях, растрескиваний в эмалевых покрытиях и органическом стекле. Кроме того, эти методы применяют для сортировки деталей, измерения толщин пленочных покрытий, проверки химического состава и определения степени термообработки металлических изделий. Недостатками перечисленных методов электрического НК являются необходимость контакта с объектом контроля, жесткие требования к чистоте поверхности изделия, трудности автоматизации процесса измерения и зависимость результатов измерения от состояния окружающей среды.

3. Радиоволновой [1, 3]. Радиоволновые МНК основаны на регистрации и анализе изменения параметров, которыми обладают взаимодействующие с объектом контроля электромагнитные волны радиодиапазона (их длина составляет от 0,01 до 1 м). Данные методы могут применяться для контроля объектов, изготовленных из материалов, не «заглушающих» радиоволны – диэлектриков (керамика), полупроводников, магнитодиэлектриков и тонкостенных объектов из металла [3].

С помощью приборов, разработанных на основе этого метода, можно оценить такие характеристики, как влажность, плотность пористость строительных материалов, толщину защитного слоя в железо­бетонных конструкциях.

Также эффективно применение радиоволнового метода при контроле пластмасс, древесины (в том числе и в клееных конструкциях), бетона, железобетона и других материалов. Радиоволновой метод дает возможность исследовать как начальную стадию зарождения очагов нарушения сплошности конструкций, так и ход дальнейшего развития дефектов [2, 3].

4. Оптический [2, 3]. Оптический вид неразрушающего контроля основан на взаимодействии светового излучения с контролируемым объектом. Это взаимодействие связано с поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией и другими оптическими эффектами. Данный метод применяют для измерения геометрических параметров изделий, контроля состояния поверхности и обнаружения поверхностных дефектов. Оптические методы имеют очень широкое применение благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. Возможность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта. Оптические методы широко применяют для контроля прозрачных объектов. В них обнаруживают макро — и микродефекты, структурные неоднородности, внутренние напряжения. Недостатками оптических методов являются узкий диапазон контролируемых параметров, жесткие требования к состоянию окружающей среды и чистоте поверхности изделия [2, 3].

Применение инструментов (визуально-оптический контроль) типа луп, микроскопов, эндоскопов для осмотра внутренних полостей, проекционных устройств для контроля формы изделий, спроецированных в увеличенном виде на экран, значительно расширяет возможности оптического метода. Чаще всего оптические методы широко применяют для контроля прозрачных объектов. В них обнаруживают макро- и микродефекты, структурные неоднородности, внутренние напряжения (по вращению плоскости поляризации). Использование гибких световодов, лазеров, оптической голографии, телевизионной техники расширяет область применения оптических методов и повышает точность измерения [3].

5. Контроль проникающими веществами (капиллярная дефектоскопия, течеискания). Капиллярная дефектоскопия – метод дефектоскопии, базирующийся на способности проникновения определенных жидких веществ в поверхностные дефекты изделия под действием капиллярного давления, в результате чего повышается свето- и цветоконтрастность дефектного участка относительно неповрежденного.

Капиллярный контроль предназначен для выявления невидимых или слабо видимых невооруженным глазом поверхностных и сквозных дефектов (трещины, поры, раковины, непровары, межкристаллическая коррозия, свищи и т.д.) в объектах контроля, определения их расположения, протяженности и ориентации по поверхности. Течеискание – процесс обнаружения течей.

Стандартизация методов течеискания сегодня отвечает не только формальной необходимости выработки и применения наиболее правильных способов и приёмов контроля герметичности изделий, установок, систем, но и становится практически необходимым мероприятием в связи с рядом обстоятельств. К ним относятся:

– повышение требований к надёжности работы объектов, представляющих опасность для населения и окружающей среды в случае возникновения аварий;

– развитие приборной базы течеискания, как зарубежной, так и отечественной, дающей новые возможности при их использовании;

– относительная сложность выполнения испытаний на герметичность, требующая специальных знаний и навыков;

– ограниченное распространение опыта течеискания, который накапливался в основном в оборонных и закрытых отраслях промышленности;

– неэффективность слепого распространения опыта контроля одних объектов на другие, относящиеся к другому классу технических систем.

Обнаружение мест нарушения герметичности вакуумных систем осуществляется приборами, называемыми течеискателями. Простейший способ нахождения течей – с помощью искрового течеискателя, которым обнаруживают течи в стеклянных оболочках по искре, возникающей при прикосновении иглы течеискателя к дефектному месту [1 – 3].

Назначение неразрушающих методов контроля состоит в том, чтобы не допускать к установке на машины и конструкции изделий или эксплуатацию изделий, имеющих отклонения от заданных норм годности. Нормы годности регламентируются ГОСТ. НК позволяет по этапам проследить процесс изготовления, найти причину образования дефектов, правильно выбрать технологию изготовления. Дефектоскопия – это объединенная в одну систему совокупность методов и средств, позволяющих обнаруживать дефекты изделий без его полного или частичного разрушения Основная задача дефектоскопии – повышение качества изделия. Использование НК позволяет существенно сократить объем необходимых проверок. Методы неразрушающего контроля предназначены для обнаружения дефектов материала и признаков разрушения деталей, в частности – воздушного расслоения материала, его структуры, отклонений физико-химический свойств.