Тепловые методы дефектоскопии.

Рассмотрим два основных метода, использующих эффект теплопроводности и способы термографии.

Метод теплопроводностиоснован на известном свойстве тел отбирать тепло от излучателя тепловой энергии и проводить его. Интенсивность передачи тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности λ. Например, если в некоторой среде имеется разность температур, то от слоя с более высокой температурой к слою с более низкой температурой устанавливается тепловой поток Ф, равный Ф = Q / t, где Q – количество теплоты, t – время. Отсюда, коэффициент теплопроводности будет равен: λ = Q / t S (Δt / Δl), где Q – количество теплоты, прошедшей через площадку S за время t при температурном градиенте (Δt / Δl) на расстоянии l. Если создать условия, при которых количество теплоты, отдаваемой излучателем, и площадь ввода тепла будут постоянными, то коэффициент теплопроводности будет зависеть только от времени и температурного градиента.

Существует несколько схем относительного измерения коэффициента теплопроводности. На рисунке 50 приведена схема, в которой в качестве индикатора использован испытатель электропроводности ИЭ-1. Датчик прибора 3 изготовлен из алюминия и содержит две обмотки: одна (1) для нагрева сердечника до 60-70 град., а другая (2) – измерительная. Если датчик наложить на объект 4, то от стержня в изделие пойдет тепловой поток. Количество тепла, отбираемого объектом в единицу времени зависит от его теплопроводности, Изменение температуры сердечника приводит к изменению электропроводности индукционной катушки 2, что изме-

Рис.50 ряет прибор ИЭ-1.

Этот метод неразрушающего контроля обычно используют для разделения неметаллических материалов по маркам (органическое стекло, пластмассы, резины и т.д.).

Методы термографии основаны на принципе регистрации температурных полей на контролируемой поверхности изделия. Измерение температуры может производится различными методами. Так, при контактном методе, для измерения температуры используют фотоэлектрические преобразователи, термометры, термопары и терморезисторы. Они позволяют определять температуру с точностью до 0.05⁰С. Разрешающая способность температурных полей по поверхности достигает 1 мм², Температуру также определяют с помощью жидких кристаллов, представляющих собой органические вещества, занимающие промежуточное положение между твердыми и жидкими агрегатными состояниями. Эти промежуточные фазы обладают особым свойством, характерным для вязкой жидкости. В то же время они проявляют свойства кристаллических твердых тел. Молекулы всех этих веществ часто имеют форму стерженьков.

Измерение температуры с помощью флуоресцентной термографии основано на температурной зависимости эффекта флюоресценции таких высокочувствительных веществ, как фосфор, сульфид кадмия, сульфид цинка, фосфорной смолы или флюоресцирующих керосиновых растворов. При контактном контроле флюоресцирующее вещество наносят непосредственно на контролируемый объект, который нагревают в основном с противоположной стороны изделия.

При бесконтактном измерении температуры используют термисторы, квантовые или фотонные детекторы инфракрасного излучения. Первый основан на регистрации теплового потока, получаемого контролируемым объектом при непосредственном контакте с источником тепла, второй – на регистрации собственного излучения контролируемого объекта., третий – теплового потока, передаваемого контролируемому объекту в результате процесса конвекции (в газообразных или жидких средах).

К числу наиболее перспективных методов контроля относится инфрокрасная

Дефектоскопия (ИК). Здесь все материалы, облучаемые инфрокрасными лучами , подразделяются на прозрачные и непрозрачные для этого излучения. Прозрачные материалы – это все пластмассы и стеклопластики, а непрозрачные –электропроводящие материалы.

Взаимодействие лучистого потока с веществом характеризуется следующими параметрами: коэффициентом пропускания, коэффициентом отражения, спектральными показателями преломления и рассеяния.

Применение инфракрасного излучения для целей диагностики дефектов основано на анализе всех вышеперечисленных характеристик взаимодействия излучения с контролируемой поверхностью. Так, по интенсивности ИК-излучения определяют фактическую тепловую нагрузку элементов печатной платы в рабочем состоянии и ее надежность. ИК-излучение позволяет выявить элементы печатной платы, которые подвергаются чрезмерной тепловой нагрузке.

Для выявления дефектов по градиенту температурного поля используют приемники инфракрасного излучения – тепловизоры марок БТВ-1, Радуга-2 Статор и др.

Особый интерес для неразрушающего контроля представляет свойство жидких кристаллов изменять свой цвет при нагревании. Для оценки тепловых полей применяют жидкокристаллические препараты на основе холестерина. Объемная структура жидких кристаллов изменяется под действием температуры в определенном интервале таким образом, что происходит последовательное селективное рассеяние длин волн всего спектра от красного до фиолетового, в соответствии с температурой. Температурный интервал применения этой методики ограничен интервалом от -40 до +285 ⁰С.