Стимуляція дефектів в активному тепловому контролі
Калашников Д.А.
Науковий керівник:
Ширяєв В.В., доцент, к.т.н.
Введення
«Класичні» методи теплового навантаження (конвективний і оптичний), використовувані в активному тепловому неруйнівному контролі, не завжди застосовні для виявлення тих чи інших дефектів. Зокрема тріщини, розташовані перпендикулярно поверхні контрольованого об'єкту практично неможливо виявити за допомогою даних методів. Тому існує необхідність використання «нетрадиційних» джерел нагріву.
Індукційний і ультразвуковий методи відмінно вирішують дану проблему, так як при стимуляції нагрівається сам дефект, а не вся площа контрольованої поверхні, як у випадку з традиційними методами.
Експериментальні дослідження.
. Активний тепловий контроль з використанням індукційного нагріву (індукційна інфрачервона термографія)
Індукційний нагрів проводиться наступним чином. Електропровідна (металева, графітова) заготівля поміщається в так званий індуктор, що представляє собою один або кілька витків дроту (найчастіше мідного). У індукторі за допомогою спеціального генератора наводяться потужні струми різної частоти (від десятка Гц до декількох МГц), в результаті чого навколо індуктора виникає електромагнітне поле. Електромагнітне поле наводить у заготівлі вихрові струми. Вихрові струми розігрівають заготовку під дією джоулева тепла. Нагрівається тільки поверхневий шар, який називається скін-шар. У разі якщо на поверхні заготовки є тріщина, то вона нагрівається до більшої температури, ніж бездефектная область, так як має більший опір (малюнок 1) [1].
Малюнок 1. Схема установки індукційного нагріву
В якості об'єкта дослідження використовувався перехідною переводник для бурильних колон з поздовжньою тріщиною (Малюнок 2).
Малюнок 2. Об'єкт контролю
індукційний ультразвукової стимуляція дефект
При проведенні експериментів використовувалося наступне обладнання: тепловізор TH9100ML фірми NEC Avio для запису термографічних послідовностей, в якості джерел нагріву застосовувалася система індукційного нагріву.
Загальний вигляд тепловізійного дефектоскопа представлений на малюнку 3.
Малюнок 3. Тепловізійний дефектоскоп з індукційною стимуляцією
Нагрівання виробляли протягом 5 секунд. Далі на малюнку 4 представлені результати обробки отриманих термограмм за допомогою програми ThermoFit Pro, розробленої у Томському політехнічному університеті.
Малюнок 4. Отримані термограмми: до початку нагріву (ліворуч) і після нагрівання (праворуч)
З отриманих термограмм видно, що температура в області тріщини більше, ніж у бездефектної області. Температурний сигнал (різниця температур тріщини і бездефектної області) склав близько 6,5 0 С.
Далі на малюнку 5 представлений графік залежності температури від часу інфрачервоної зйомки.
Малюнок 5. Графік залежності температури від часу: червоний - над тріщиною, зелений - над бездефектной областю
. Активний тепловий контроль з використанням ультразвукового нагріву (ультразвукова інфрачервона термографія)
Основна відмінність УЗ стимуляції від оптичної полягає в тому, що ультразвук істотно підвищує температуру тільки в зоні дефектів з «трущимися» краями, залишаючи бездефектні зони «холодними».
Для нагріву використовуються УЗ зварювальні пристрої, що генерують імпульси потужністю до 1 кВт і тривалістю 30 ... 200 мс з несучою частотою 20 кГц [2].
В якості джерела нагріву об'єкта контролю використаний пристрій для ультразвукової стимуляції дефектів у конструкційних матеріалах ІЛ-УСД. Фото тепловізійного дефектоскопа показано на малюнку 6.
Малюнок 6. Тепловізійний дефектоскоп з ультразвуковою стимуляцією
Пристрій призначений для ультразвукової стимуляції структурних неоднорідностей (втомних і ударних тріщин) в металів і неметалів, з метою випробування матеріалів з використанням методу ультразвукової інфрачервоної термографії.
Пристрій оснащений високоефективним ультразвуковим магнітострикційним перетворювачем.
При введенні ультразвуку в об'єкт контролю виникли складнощі - оскільки джерело ультразвуку має більшу потужність, зразок через вібрацію «вислизав» з-під індентор...
