Теплового и радиоволнового контроля

Оптический, тепловой и радиоволновой неразрушающий контроль объединяет то, что все эти виды контроля используют электромагнитное излучение для формирования информационного поля при его взаимодействии с объектом контроля.

В оптическом контроле основную роль играет свет, в тепловом – инфракрасное (ИК) излучение, а радиоволновом – сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение.

В НК принято всю шкалу электромагнитных волн делить на два диапазона: оптический и радиоволновой. Оптический диапазон включает в себя рентгеновское, ультрафиолетовое (УФ), видимое и инфракрасное излучения. В свою очередь, радиоволновой диапазон делится на ряд поддиапазонов, как видно из приведенной таблицы.

В видимом диапазоне также выделяют участки спектра, отличающиеся по цвету. Спектральные области цветовых составляющих света:

ИК-излучение занимает протяженную спектральную область, примыкающую с одной стороны к видимому излучению, а с другой – к радиоволновому диапазону. ИК-участок спектра принято делить на 4 области

1. Ближняя (0,78…3) мкм.

2. Средняя (3…6) мкм.

3. Дальняя (6…15) мкм.

4. Сверхдальняя (15…1000) мкм.

дефектов поверхности

Принцип определения поверхностных дефектов состоит в следующем. Поверхность без дефектов рассеивает падающее излучение определенным образом. А дефекты изменяют вид рассеяния. Можно выделить два вида дефектов: рассеивающие и поглощающие.

Дефектоскоп работает следующим образом. Сколимипрованный пучок света от лазера направляется на вращающуюся призму дефлектора, имеющую зеркальные грани. Лазерный пучок отражается от призмы и попадает на контролируемый объект, на поверхности которого рисует прямую линию через всю ширину контролируемого объекта, который движется. При наличии на поверхности дефектов, рассеивающих свет, он рассеивается и собирается с помощью волоконно-оптического жгута, образующего на одном конце линейку волокон. Затем со второго конца жгута рассеянное дефектом излучение попадает на фотоприемник, электрический сигнал с которого регистрируется устройством.

Разделение дефектов по размерам осуществляется регулировкой чувствительности прибора.

Такие приборы обеспечивают скорость контроля до 50 м/с и определяют наличие дефектов размерами 0.1…0,5 мм.

Теплопроводность, конвекция…

Теплопроводность – это молекулярный процесс переноса теплоты на микроуровне за счет передачи изменения интенсивности колебаний от молекулы к молекуле, причем совокупность молекул в целом занимает определенный постоянный объем, среднее положение которого неизменно в пространстве. Теплопроводность в чистом виде характерна для твердых тел, и в меньшей степени для жидкостей. Теплопроводность в металлах осуществляется за счет переноса энергии свободными электронами, в диэлектриках – за счет колебаний молекул, а в полупроводниках – за счет электронов и колебаний кристаллической решетки. Примером прибора, у которого процесс передачи тепла осуществляется с помощью теплопроводности является паяльник.

Конвекция – это перенос теплоты перемещающимися в пространстве частицами вещества. процесс передачи теплоты за счет конвекции характерен для жидкостей и газов. примером конвективной передачи тепла может служить нагрев воды в чайнике, стоящем на плите.

Тепловое излучение – это передача теплоты путем испускания коротких электромагнитных волн. тепловое излучение охватывает диапазон электромагнитных колебаний от 3·10¹¹ Гц до 4·10¹⁴ Гц, что соответствует длинам волн от 0,75 мкм до 1 мм. Этот диапазон делится на 4 области: ближняя (от 0,75 мкм до 3 мкм); средняя (от 3 мкм до 6 мкм); дальняя (от 6 мкм до 15 мкм) и сверхдальняя (от 15 мкм до 1 мм). Такое деление в основном обусловлено применяемыми методами регистрации и генерации такого излучения. Наиболее освоенной областью с точки зрения неразрушающего контроля является ближняя область и часть средней.

Если теплопроводность и конвекция возможны лишь только в среде из какого-то вещества, то тепловое излучение может распространяться и в вакууме, а скорость его движения – это скорость света.

На практике имеют место все виды передачи тепла одновременно, но в различных количественных соотношениях в зависимости от конкретного вида контролируемого объекта и задачи неразрушающего контроля.

Как правило, передача теплоты от источника к контролируемому объекту может производиться любым из этих способов, в контролируемом объекте теплопередача, как правило, происходит в виде теплопроводности, а от контролируемого объекта к первичному измерительному преобразователю или индикатору обычно происходит в виде инфракрасного излучения при бесконтактных методах регистрации или в виде теплопроводности в случае применения контактных преобразователей.

Указанные обстоятельства определяют методику расчета поля температур по контролируемому объекту и сравнительно медленный процесс установления этого поля. В тоже время в силу электромагнитного характера теплового излучения процесс получения тепловых сигналов преобразователем и их обработка могут осуществляться с большой скоростью, определяемой быстродействием аппаратуры.

Таким образом температурное поле поверхности объекта контроля является источником информации об особенностях процессов теплопередачи, которые, в свою очередь, зависят от наличия внутренних или наружных дефектов. Под дефектами понимаются наличие скрытых раковин, полостей, трещин, непроваров, инородных включений и т. д., всевозможные отклонения физических свойств объекта от нормы, наличие мест локального разогрева, охлаждения и др.