Приборы автоматического контроля дефектов поверхностей

Принцип определения поверхностных дефектов заключается в следующем. Если неровности поверхности намного меньше, чем длина волны излучения, то падающий лучистый поток отражается только в одном направлении, т. е. поверхность выступает в качестве зеркала. Если размеры неровностей того же порядка, что и длина волны излучения, то в рассеянии его главную роль играют дифракционные эффекты, если же неровности поверхности намного больше, чем длина волны излучения, то оно зеркально рассеивается на неровностях.

Дефекты поверхности изменяют вид распределения рассеяния излучения. Причем можно выделить два вида дефектов: рассеивающие излучение и поглощающие его.

Рассеивающие дефекты, например царапины, вызывают зеркальное отражение излучения в различных направлениях, индивидуальных для каждого дефекта. Обычно при этом наблюдается значительное дифракционное рассеяние из-за острых концов царапин, размеры которых намного превышают длину волны излучения. Если дефект представляет собой включение чужеродного материала, то увеличивается поглощение падающего пучка, т. е. уменьшается интенсивность отраженного света.

Таким образом, задачу определения различных видов дефектов можно свести к определению соответствующих изменений плотности распределения пучка рассеянного излучения путем так называемой пространственной фильтрации. Рассеянное излучение пропускается через фильтр с различной по сечению пропускающей способностью. Он задерживает или ослабляет большую часть лучистого потока, отраженного от нормальной поверхности, а лучи, отраженные от поверхности дефектов, пропускает на приемник излучения. Фильтр может также использоваться для определения вида дефектов, так как позволяет подавлять лучи, отраженные от дефектов, дающих одну плотность распределения рассеянного излучения, и усиливать лучи, идущие от дефектов, дающих другую плотность распределения. Можно также подавлять лучи от дефектов, поглощающих излучение, и усиливать лучи от дефектов, рассеивающих излучение, или наоборот.

ЛЕКЦИЯ 5. ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ

План лекции: Физические основы и элементная база ТНК. Общие сведения. Физические основы теплового излучения. Средства контроля температуры. Термометры. Приборы для неконтактного измерения температуры.

ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ

Физические основы и элементная база ТНК

Общие сведения

В тепловых методах неразрушающего контроля в качестве пробной энергии используется тепловая энергия, распространяющаяся в объекте контроля. Температурное поле поверхности объекта является источником информации об особенностях процесса теплопередачи, которые, в свою очередь, зависят от наличия внутренних или наружных дефектов. Под дефектом при этом понимается наличие скрытых раковин, полостей, трещин, непроваров, инородных включений и т. д., всевозможных отклонений физических свойств объекта от нормы, наличие мест локального перегрева (охлаждения) и т. п.

Основной характеристикой температурного поля, являющейся индикатором дефектности, служит величина локального температурного перепада. Координаты места перепада, его рельеф или, иными словами, топология температурного поля и его величина в градусах являются функцией большого количества факторов. Эти факторы можно разделить на внутренние и внешние. Внутренние факторы определяются теплофизическими свойствами контролируемого объекта и дефекта, а также их геометрическими параметрами. Эти же факторы определяют временные параметры процесса теплопередачи, в основном, процесса развития температурного перепада. Внешними факторами являются характеристики процесса теплообмена на поверхности объекта контроля (чаще всего величина коэффициента конвективной теплоотдачи), мощность источника нагрева и скорость его перемещения вдоль объекта контроля.

Основным информационным параметром при ТНК является локальная разность температур между дефектной Т_А и бездефектной Т_Вобластями объекта ∆Т= = т_а — t_В. Знак перепада зависит от соотношения теплофизических свойств дефекта и изделия и исследуемой поверхности. При нагреве изделий, содержащих дефекты, плохо проводящие тепло (типа газовых включений), перепад положителен для поверхности, подвергнутой нагреву (т. е. место дефекта характеризуется локальным повышением температуры), и отрицателен для противоположной стороны. В случае дефекта, проводящего тепло лучше основного изделия (металлические вкрапления), знак перепада изменяется на обратный.

Увеличение мощности нагревателя и уменьшение интенсивности теплообмена приводит к росту уровня нагрева d изделия и лучшему выявлению дефектов.

В основе аналитического решения задач активного теплового контроля лежит уравнение теплопроводности.

Существуют следующие способы активного теплового контроля изделий:

1. Кратковременный локальный нагрев изделия с последующей регистрацией температуры той же (при одностороннем контроле) или 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.

2. 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.

3. Одновременный нагрев поверхности образца вдоль некоторой линии с последующей регистрацией температуры вдоль этой же линии (при одностороннем контроле) или вдоль аналогичной линии с противоположной поверхности образца (при двустороннем контроле).

4. Одновременный нагрев всей поверхности образца и последующая одновременная регистрация температурного распределения на этой же или на противоположной поверхности.

Эффективность выявления дефектов каждым из описанных способов теплового контроля уменьшается от первого к четвертому, а производительность - возрастает.