Активная термография — это усовершенствованная процедура неразрушающего контроля, которая использует термографическое измерение термического отклика испытуемого материала после его внешнего возбуждения. Этот принцип может быть использован также для бесконтактного инфракрасного неразрушающего контроля (IRNDT) материалов.
Метод IRNDT основан на возбуждении тестируемого материала внешним источником, который сообщает материалу некоторую энергию. В качестве источника возбуждения для IRNDT могут использоваться галогенные лампы, импульсные лампы, ультразвуковой рупор или другие источники. Возбуждение вызывает тепловой отклик тестируемого материала, который измеряется инфракрасной камерой. Можно получить информацию о дефектах поверхности и под поверхностью тестируемого материала или неоднородностях материала, используя подходящую комбинацию источника возбуждения, процедуры возбуждения, инфракрасной камеры и метода оценки.
Современные термографические системы с высокоскоростными и высокочувствительными ИК-камерами расширяют возможности метода контроля. Модульность систем позволяет использовать их как в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, так и в современных промышленных производственных линиях.
Тепловизионный неразрушающий контроль деталей может проводиться на широком спектре различных материалов. Термографический контроль материала можно рассматривать как метод инфракрасной дефектоскопии, который способен выявлять такие недостатки материала, как трещины, дефекты, пустоты, раковины и другие неоднородности. Термографический контроль может проводиться на отдельных деталях в лабораторных условиях или непосредственно на технологических объектах, находящихся в эксплуатации.
Введение в инфракрасную термографию
Инфракрасная (ИК) термография — это метод анализа, основанный на обнаружении излучения в ИК-части электромагнитного спектра. Согласно закону излучения абсолютно черного тела, все объекты с температурой выше абсолютного нуля испускают ИК-излучение. Устройство, обнаруживающее и составляющее 2D-изображение ИК-излучения, обычно называют ИК-камерой или термографической камерой, также называемой инфракрасной камерой. Результатом термографической регистрации является изображение или последовательность, которая соответствует интенсивности теплового излучения регистрируемого объекта. Запись называется термограммой. Интенсивность теплового излучения объекта напрямую связана с температурой объекта. Таким образом, термограмма представляет собой изображение распределения температуры поверхности объекта. ИК-термография в большинстве случаев используется для бесконтактного измерения пространственного и временного распределения температурных полей.
Характеристики
ИК-термография имеет ряд преимуществ – это бесконтактное измерение, она захватывает область (аналогично классической видеокамере в видимом спектре) или может измерять движущиеся или вращающиеся объекты, даже если объекты имеют очень высокую температуру. Однако интенсивность ИК-излучения, регистрируемая инфракрасной камерой, зависит не только от температуры измеряемого объекта.
Главным недостатком ИК-термографии является тот факт, что на результат влияет ряд факторов, таких как термооптические свойства объекта (излучательная способность, пропускающая способность, отражательная способность), температура окружающей среды, свойства окружающей среды и т. д. Особенно знание оптических свойств измеряемого объекта имеет основополагающее значение для точного измерения температуры. Определение этих свойств часто является сложной задачей и требует как опыта, так и соответствующего оборудования.
Классификация
Термография может быть классифицирована как качественная или количественная, пассивная или активная. Качественная термография обычно не требует точного измерения температуры. Она только оценивает разницу температур между отдельными компонентами, между различными точками на одном объекте или между измеряемым объектом и фоном. Качественная термография имеет много важных приложений, например, тепловая диагностика утечек, тепловая диагностика компонентов, поиск людей или в медицине. Напротив, целью количественной термографии является точное измерение температуры проверяемых объектов. Знание термооптических свойств измеряемых объектов имеет важное значение в этом случае. Более того, термооптические свойства часто зависят от температуры, и также необходимо учитывать влияние окружающей среды.
Важными приложениями количественной термографии являются контроль температуры во время термической обработки или определение граничных тепловых условий для численного моделирования тепловых процессов.
Как качественный, так и количественный подходы могут применяться в терминах пассивной или активной термографии. Если температура объекта не подвергается искусственному влиянию во время ее измерения, это называется пассивной термографией. Если искусственное возбуждение с использованием внешнего источника применяется к измеряемому объекту, это называется активной термографией. Внешнее возбуждение вызывает температурные контрасты, связанные с неоднородностями материала или возникновением дефектов, или его можно использовать для идентификации свойств материала. Активная термография является важным методом, используемым для поиска дефектов в материалах, так называемым инфракрасным неразрушающим контролем (IRNDT). Активная термография также может применяться для определения тепловых свойств материалов.
Инфракрасный неразрушающий контроль (IRNDT)
Активная термография
Активная термография использует внешний источник для возбуждения измеряемого объекта, что означает введение энергии в объект. Источники возбуждения можно классифицировать по следующим принципам:
Для активной термографии и неразрушающего контроля могут использоваться различные источники возбуждения, например, лазерный нагрев, лампы-вспышки, галогенные лампы, электрический нагрев, ультразвуковой рупор, вихревые токи, микроволны и другие. Измеряемый объект может быть нагрет напрямую от внешнего источника, например, от источника тепла. галогенными лампами или горячим воздухом. Неоднородности или дефекты материала вызывают искажение температурного поля. Это искажение обнаруживается по разнице температур на поверхности материала. Другая возможность – использование теплофизических процессов в материале, когда механическая или электрическая энергия за счет дефектов и неоднородностей преобразуется в тепловую. Он создает локальные источники температуры, которые вызывают перепады температур, обнаруживаемые на поверхности объекта инфракрасными методами. Так обстоит дело, например, при ультразвуковом возбуждении.
Методы IRNDT
Разработано множество методов активной термографии для оценки измерений неразрушающего контроля. Выбор методов оценки зависит от применения, используемого источника возбуждения и типа возбуждения (импульсное, периодическое, непрерывное). В простейшем случае ответ виден непосредственно из термограммы. Однако в большинстве случаев необходимо использовать передовые методы анализа. Наиболее распространенные методы включают методы оценки блокировки, импульса или переходного процесса (ступенчатая термография). В некоторых случаях также можно использовать непрерывное возбуждение.
Для приложений IRNDT обычно используется высокоскоростная охлаждаемая инфракрасная камера с высокой чувствительностью. Однако неохлаждаемая болометрическая инфракрасная камера может использоваться для конкретных целей. Это может значительно снизить затраты на приобретение измерительной системы.
Системы ИК-неразрушающего контроля обычно являются модульными. Это означает, что различные источники возбуждения могут быть объединены с различными инфракрасными камерами и различными методами оценки в зависимости от области применения, испытываемого материала, требований к времени измерения, размера испытываемой области и т. д. Модульность обеспечивает универсальное использование системы для различных промышленных, научных и исследовательских приложений.
Примеры применения
Метод ИКНДТ (инфракрасный неразрушающий контроль) подходит для обнаружения и проверки трещин, дефектов, полостей, пустот и неоднородностей в материале, также метод можно использовать для проверки сварных соединений металлических и пластиковых деталей, проверки солнечных элементов и панелей, определения внутренней структуры материала и т. д.
Основным преимуществом метода ИРНДТ является доступность контроля различных материалов в широком спектре промышленных и исследовательских приложений. Измерение IRNDT является быстрым, неразрушающим и бесконтактным. Ограничивающим условием для метода ИРНДТ является глубина контроля в сочетании с размером и ориентацией дефекта/трещины/неоднородности материала.
Импульсный IRNDT-анализ демонстрационного образца
Демонстрационный и калибровочный образец изготовлен из композита углеродного волокна и эпоксидной смолы. На одной стороне имеются шесть отверстий разной глубины для имитации дефектов на разной глубине в диапазоне от 1 до 4 мм под поверхностью. Анализ IRNDT выполняется с плоской стороны.
Результаты анализа импульсов вспышки показывают, что отверстия появляются в разные временные интервалы оценки – в зависимости от их глубины. Таким образом, анализ импульсов вспышки не только обнаруживает наличие дефектов, но и определяет их глубину под поверхностью, если известна температуропроводность образца.
Проверка пластиковых деталей, сваренных лазером
Лазерная сварка пластмасс – прогрессивная технология соединения материалов с различными оптическими свойствами. Классические методы проверки сварочных характеристик и качества сварных соединений, такие как металлографический микроскопический анализ среза или рентгеновская томография, не подходят для рутинных измерений. Импульсный IRNDT-анализ может быть успешно использован для контроля сварных швов во многих случаях.
На снимках показан пример проверки пластиковых деталей с дефектным сварным швом и с правильным сварным швом. Зазоры в дефектном сварном шве и правильная непрерывная линия сварки хорошо видны в результатах анализа импульсов IRNDT.
Контроль лазерных сварных соединений
Лазерная сварка – это современная технология сварки плавлением. В настоящее время находит свое широкое применение не только в области научных исследований, но и внедряется в различных отраслях промышленности. Среди наиболее частых пользователей – автомобильная промышленность, которая благодаря стабильным постоянным инновациям позволяет быстро внедрять передовые технологии в свое производство. Понятно, что лазерная сварка существенно расширяет возможности инженерных разработок и позволяет создать ряд новых изделий, которые ранее невозможно было изготовить традиционными методами.
Лазерная сварка позволяет производить качественные сварные швы различных типов, как сверхтонких, так и толстых заготовок. Свариваемыми являются обычные углеродистые стали, нержавеющие стали, алюминий и его сплавы, медь, титан и, наконец, специальные материалы и их комбинации.
Неотъемлемой частью производства сварных изделий является контроль качества. В отличие от традиционных методов неразрушающего контроля, IRNDT применяется не только после процесса лазерной сварки, но и в процессе ее проведения. Это позволяет в процессе производства определить, соответствует ли сварное изделие установленным критериям качества.
