Способ тепловой дефектоскопии изделий Советский патент 1982 года по МПК G01N25/72 

1

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и материалов и может быть использовано для обнаружения дефектов тепловым способом в изделиях, содержащих пленочное покрытие на металле.

Известен способ тепловой дефектоскопии изделий, основанный на визуализации распределения температуры по поверхности нагреваемого изделия с помощью жидкокристаллических термоиндикаторов, при котором контролируемую зону изделия нагревают, а неравномерности теплового поля, вызываемые наличием дефектов, наблюдают посредством нанесения на поверхность контролируемого объекта слоя термотропных жидких кристаллов, спектр отражения которых зависит от изменения температуры в диапазоне, определенном для каждого типа жидкокристаллической композиции 1.

Недостатками указанного способа являются сложность, трудоемкость и неоперативность контроля, значительный расход термочувствительного материала, трудность создания плоскостной текстуры жидкокристаллического слоя, необходимой для качественного наблюдения температурного поля на поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ тепловой дефектоскопии изделий с помощью

5 пленочных термоиндикаторов, заключающийся в том, что изделие нагревают непрерывным или импульсным источником тепловой энергии, а к контролируемой поверхности прикладывают пленку, содержащую

,Q микрокапсулированные включения жидких кристаллов, что позволяет наблюдать температурное распределение нагреваемой поверхности. При этом над участками отслоений наблюдается изменение температуры, по которому судят о наличии дефек15 тов 2.

Недостатком известного способа является то, что при использовании термочувстви тельной пленки сложно обеспечить тепловой контакт ее с поверхностью изделия,

2Q что особенно важно в тех случаях, когда изделие содержит тонкое пленочное покрытие, теплоемкость которого сопоставима с теплоемкостью жидкокристаллического термоиндикатора. Кроме того, в случае тонких покрытий осуществление постоянного нагревания жидкокристаллической пленки со стороны пленочного покрытия приводит к быстрому установлению стационарного режима и размытию характерных областей температурного рельефа, несущих информацию об объекте, применение же импульсных источников нагрева сопряжено либо со значительным непродуктивным расходом тепловой энергии, либо с усложнением системы контроля (например, использование в качестве источника тепловой энергии импульсного лазера). Цель изобретения - повышение достоверности и чувствительности обнаружения дефектов в изделиях, содержащих пленочные покрытия на металле. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу тепловой дефектоскопии изделий, заключающемуся в нагревании изделия и визуализации распределения температуры по поверхности изделия с помощью пленочных термоиндикаторов, на поверхность пленочного термоиндикатора помещают сосуд с открытым дном и нагревание изделия осуществляют за счет адиабатического сжатия газа в сосуде. На чертеже показана схема осуществления предлагаемого способа. Способ осуществляют при помощи сосуда 1, содержащего воздух, прозрачного порщня 2, металлического основания 3, диэлектрического пленочного покрытия 4. На чертеже обозначены область 5 дефекта, жидкокристаллический пленочный термоиндикатор 6, направление 7 движения поршня. Используемый в качестве термочувствительного элемента пленочный микрокапсулированный жидкокристаллический термоиндикатор представляет собой дно сосуда, содержащего сжимаемый газ. При нагревании пленки за счет адиабатического сжатия газа в зависимости от коэффициента теплопередачи внутри изделия изменяется количество тепла, отводимого от пленки в каждом участке, т. е. фиксируют области, в которых прерывается тепловой поток, отводимый от пленки. Теплопередача от нагретого адиабатическим сжатием газа через жидкокристаллическую пленку изделия зависит от степени теплового контакта между ними, которыи улучшается вследствие увеличения давления на пленку и более полного прижатия ее к поверхности контролируемого объекта. При этом в областях дефектов, прерывающих или уменьшающих тепловой поток, температура выше, чем в бездефектных. Это приводит к соответствующему изменению цвета в отраженном свете жидкокристаллической пленки. Наблюдение оптического изображения теплового рельефа может быть осуществлено через прозрачный поршень. Пример реализации способа. Пусть в сосуде под поршнем находится воздух при температуре Т, 27°С (ЗООК) при нормальном давлении 1 1 атм. Образец - плоская металлическая пластина с тонким диэлектрическим покрытием, толщина которого dn 0,2 мм, а коэффициент теплопроводности Xti 0,5 вт/м.град, в котором имеется локальная неоднородность, представляющая собой воздущную прослойку толщиной ,OlMM и коэффициентом теплопроводности ij 0,02 вт/м. град. Толщина термочувствительного слоя du 0,1 мм , а коэффициент теплопроводности его Яц 0,4 вт/м.град. При адиабатическом сжатии газа, проводимом таким образом, чтобы результирующий объем был вдвое меньше исходного , давление под порщнем определяется из уравнения адиабаты Pj Р| (Vj/Vz) где V - отнощение теплоемкостеи газа при постоянном давлении и постоянном объеме (для воздуха У 1,4), и составит РЗ 2,64 атм, что обеспечивает прижим пленки из термочувствительного материала к поверх ности изделия избыточным давлением 1,64 кг/см и позволяет осуществить полный тепловой контакт термоиндикатора с объектом. В тепловых методах контроля с использованием традиционных средств нагревания градиент температур на поверхности изделия, являющийся критерием наличия дефекта, обусловлен различной скоростью передачи тепла на дефектных и бездефектных участках. Так как дефект является термическим сопротивлением на пути теплового потока, над дефектным участком аккумулируется дополнительное по отнощению к бездефектному участку тепло, которое и регистрируется индикатором. Величина и скорость прироста тепла зависят от толщины слоя материала над дефектом, а чувствительность способа - от расстояния между термоиндикатором и контролируемой поверхностью. Если в качестве меры чувствительности способа С принять величину, равную отношению тепловых потоков через бездефектный и дефектный участки, то при наличии воздушного промежутка между жидкокристаллическим термоиндикатором и контролируемой поверхностью dnp 0,1 мм эта величина составит С 1,08, а по предлагаемому способу, т. е. в отсутствие зазора между индикатором и объектом, С 1,8, что обеспечивает уверенную локализацию дефекта. Температура Т газа после сжатия составляет 122,9°С. Предположим, что в отличие от рассматриваемого способа, нагревание изделия осуществляется за счет источника, излучающего как абсолютно черное тело, и в идеальном случае весь поток поглощается жидкокристаллическим индикатором. Если площадь обогрева составляет 10 см, а приведенная теплоемкость термоиндикатора 1,5 Дж/см, то для того, чтобы нагреть индикатор на AT 95,9°С за 2 с требуются источник нагревания с температурой 1627°С. Очевидно, недостатком такого способа является наличие внешнего источника, содержащего высокотемпературный нагревательный элемент, невыгодный с энергетической точки зрения. Предлагаемый способ позволяет устранить этот недостаток. Повышается экономичность контроля за счет исключения затрат электрической энергии на нагревание контролируемого объекта, нагревание производится за счет тепловой энергии, выделяюш.ейся при адиабатическом сжатии газа. Использование предлагаемого способа тепловой дефектоскопии обеспечивает обнаружение дефектов в изделиях, содержащих тонкие пленочные покрьЕтия на металле, и облегчает как совершенствование технологии изготовления изделий, так и устранение обнаруженных дефектов в готовых изделиях. Предлагаемый способ обладает следующими преимуш.ествами по сравнению со способом с непосредственным наложением термоиндикатора на поверхность объекта; оперативность контроля увеличивается при мерно в 10 раз; обеспечивается равномерное прижатие жидкокристаллической пленки к поверхности изделия, в связи с чем улучшается достоверность термограмм; осуществляется импульсный нагрев жидкокристаллического индикатора, что приводит к лучшей выявляемости дефектов; отсутствует специальный нагреватель. Формула изобретения Способ тепловой дефектоскопии изделий, заключающийся в нагревании изделия и визуализации распределения температуры по поверхности изделия с помощью пленочных термоиндикаторов, отличающийся тем, что, с це.тью повышения достоверности и чувствительности обнаружения дефектов в изделиях, содержащих пленочные покрытия на металле, на поверхность пленочного термоиндикатора по.мещают сосуд с открытым дном и нагревание изделия осуществляют за счет адиабатического сжатия газа в сосуде. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Приборы для неразрущающего контроля материалов и изделий. Справочник под ред. В. В. Клюева. Т. I, М., «Машиностроение, 1976, с. 104. 2..Авторское свидетельство СССР № 352204, кл. G 01 N 25/30, 1971 (прототип) .