Способ определения дефектов в изделиях из керамических и полимерных композитных материалов, имеющих форму полых тел вращения

Использование: для определения дефектов в изделиях из керамических и полимерных композитных материалов, имеющих форму полых тел вращения. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют нагрев внутренней поверхности изделия потоком воздуха и обнаружение дефекта по изменению состояния температурного поля на внешней поверхности изделия, при этом нагрев осуществляют ламинарным потоком воздуха температурой 40-70°С, а изменение состояния температурного поля регистрируют в спектральном диапазоне 3-5 мкм в пределах различимой разницы температур 0,02°-0,05°С. Технический результат: повышение точности определения дефектов в виде несплошностей, расслоений и инородных включений. 11 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к инфракрасной диагностике и методам теплового неразрушающего контроля изделий из керамических и полимерных композитных материалов на наличие несплошностей, расслоений и инородных включений.

Основным информационным параметром при тепловом методе неразрушающего контроля является локальная разность температур между дефектной и бездефектной областями объекта контроля (ГОСТ Р 56511-2015. Контроль неразрушающий. Методы теплового вида. Общие требования). Температурное поле поверхности объекта контроля является источником информации об особенностях процесса теплопередачи, который, в свою очередь, зависит от наличия внутренних или наружных дефектов (несплошностей, расслоений, инородных включений и т.д.).

Известен способ тепловизионного контроля, в котором нагревается наружная поверхность контролируемого объекта, а источник тепла размещается со стороны тепловизора (Драгун В.Л., Филатов С.А. Тепловизионные системы в исследованиях тепловых процессов. Минск. Наука и техника, 1989, с.94). Однако такой вид нагрева практически неприменим для поверхностей, имеющих форму полых тел вращения, например, сферических или цилиндрических, из-за неравномерности распределения внешних тепловых потоков по сложным профильным поверхностям.

Известен способ обнаружения дефектов нестационарным методом (ГОСТ Р 56511-2015) в сотовых и композитных материалах, полимерах в виде нарушения сплошности. При нестационарном методе области нагрева объекта контроля и измерения его температуры не совпадают из-за сложности взаимного позиционирования нагревателя и устройства измерения температуры.

Недостатком данного способа контроля является неравномерное распределение температуры в области контроля, вследствие чего дефекты могут быть скрыты в тепловых шумах.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ теплового неразрушающего контроля и устройство для его осуществления (патент SU 913200 МКИ G01N 25/72, публ. 15.03.1982 г.). Нагрев трубчатого изделия выполняют посредством подачи в его полость со значительными скоростями потоков нагретого воздуха с последующим определением дефектов по температурным градиентам на наружной поверхности.

Недостатком данного способа является неравномерный прогрев контролируемых изделий вихревыми потоками воздуха, вызывающий тепловые шумы, что не позволяет точно определять дефекты.

Техническим результатом предполагаемого изобретения повышение точности определения дефектов в виде несплошностей, расслоений и инородных включений.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ определения дефектов в изделиях из керамических и полимерных композитных материалов, имеющих форму полых тел вращения, включающий нагрев внутренней поверхности изделия потоком воздуха и обнаружение дефекта по изменению состояния температурного поля на внешней поверхности изделия, отличающийся тем, что нагрев осуществляют ламинарным потоком воздуха температурой 40-70°С, а изменение состояния температурного поля регистрируют в спектральном диапазоне 3-5 мкм в пределах различимой разницы температур 0,025°-0,05°С.

При ламинарном потоке воздуха, внутри которого нет вихревых перемещений, наблюдается равномерный прогрев контролируемого изделия, уменьшаются тепловые шумы. При температуре ламинарного потока воздуха 40-70°С наблюдается наименьшая различимая разница температур 0,025°-0,05°С между дефектом и бездефектным материалом. Кроме того, уменьшается воздействие температурных полей на материал контролируемого изделия. Температурное поле регистрируется в спектральном диапазоне 3-5 мкм, обеспечивающим тепловую прозрачность материала контролируемого изделия.

На фигуре 1 схематически представлен способ подачи воздуха в изделие 1 через ламинарную решетку 2, расположенную от изделия в не менее, чем в трех внутренних диаметрах его торцевого сечения. Изменение температурного поля контролируется тепловизором 3.

Пример 1. Изделие из кварцевой керамики НИАСИТ установили в устройство, имеющее ламинарную решетку, через которую подавался поток воздуха температурой 400С, с целью его равномерного прогрева. Тепловизор InfRec R500Ex c рабочим спектральным диапазоном 3 – 5 мкм установили на расстоянии нескольких метров от изделия, что позволило полностью осматривать одну сторону этого изделия. Для осмотра второй стороны изделия, изделие поворачивалось на 1800 относительно своего первоначального положения. При этом различимая разница температур была 0,0250. На фигуре 2 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из стеклокерамики. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии был обнаружен дефект в виде трещины.

Пример 2. Способ обнаружения дефектов выполняли аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом температура подаваемого воздуха была 50°С. Спектральный диапазон тепловизора 3-5 мкм в пределах различимой разницы температуры 0,025°С. На фигуре 3 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из стеклокерамики толщиной 6 мм. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии были обнаружены дефекты в виде трещин.

Пример 3. Способ обнаружения дефектов выполняли аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом температура подаваемого воздуха была 60°С. Спектральный диапазон тепловизора 3-5 мкм в пределах различимой разницы температуры 0,05°С. На фигуре 4 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из стеклокерамики толщиной 7 мм. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии был обнаружен дефект в виде трещины.

Пример 4. Способ обнаружения дефектов выполняли аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом температура подаваемого воздуха была 70°С. Спектральный диапазон тепловизора 3-5 мкм в пределах различимой разницы температуры 0,05°С. На фигуре 5 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из стеклокерамики толщиной 8 мм. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии был обнаружен дефект в виде трещины.

Пример 5. Способ обнаружения дефектов выполняли аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом температура подаваемого воздуха была 50°С. Спектральный диапазон тепловизора 3-5 мкм в пределах различимой разницы температуры 0,025°С. На фигуре 6 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из кварцевой керамики НИАСИТ толщиной 6 мм. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии был обнаружен дефект в виде трещины.

Пример 6. Способ обнаружения дефектов выполняли аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом температура подаваемого воздуха была 60 0С. Спектральный диапазон тепловизора 3-5 мкм в пределах различимой разницы температуры 0,025°С. На фигуре 7 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из кварцевой керамики НИАСИТ толщиной 7 мм. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии был обнаружен дефект в виде трещины.

Пример 7. Способ обнаружения дефектов выполняли аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом температура подаваемого воздуха была 70°С. Спектральный диапазон тепловизора 3-5 мкм в пределах различимой разницы температуры 0,05°С. На фигуре 8 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из кварцевой керамики НИАСИТ толщиной 7 мм. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии был обнаружен дефект в виде трещины.

Пример 8. Способ обнаружения дефектов выполняли аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом температура подаваемого воздуха была 70°С. Спектральный диапазон тепловизора 3-5 мкм в пределах различимой разницы температуры 0,05°С. На фигуре 9 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из стеклокерамики толщиной 6 мм. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии был обнаружен дефект в виде раковины.

Пример 9. Способ обнаружения дефектов выполняли аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом температура подаваемого воздуха была 40°С. Спектральный диапазон тепловизора 3-5 мкм в пределах различимой разницы температуры 0,05°С. На фигуре 10 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из стеклопластика толщиной 3 мм. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии был обнаружен дефект в виде расслоений.

Пример 10. Способ обнаружения дефектов выполняли аналогичным образом, приведенном в примере 1. При этом температура подаваемого воздуха была 70°С. Спектральный диапазон тепловизора 3-5 мкм в пределах различимой разницы температуры 0,05°С. На фигуре 11 показана термограмма фрагмента изделия сферической формы из стеклопластика толщиной 4 мм. По изменению цветности термограммы поверхности изделия выявляли дефекты. В изделии был обнаружен дефект в виде расслоений.

Применение предлагаемого изобретения позволит повысить точность определения дефектов в изделиях в виде несплошностей, расслоений и инородных включений.

Способ определения дефектов в изделиях из керамических и полимерных композитных материалов, имеющих форму полых тел вращения, включающий нагрев внутренней поверхности изделия потоком воздуха и обнаружение дефекта по изменению состояния температурного поля на внешней поверхности изделия, отличающийся тем, что нагрев осуществляют ламинарным потоком воздуха температурой 40-70°С, а изменение состояния температурного поля регистрируют в спектральном диапазоне 3-5 мкм в пределах различимой разницы температур 0,02°-0,05°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контролю технического состояния высоковольтного оборудования энергетического назначения, в частности к комплектным распределительным устройствам (КРУ) собственных нужд АЭС. Сущность: перед вводом КРУ в эксплуатацию внутрь его корпуса устанавливают калибровочный источник тепловыделения с температурой, равной максимально допустимой температуре рабочего элемента КРУ.

Изобретение относится к исследованию материалов, а именно, к неразрушающему контролю материалов и изделий активным тепловым методом и может быть использовано для сплошного автоматизированного контроля подповерхностных дефектов в крупногабаритных плоских изделиях, выполненных из композиционных материалов и сотовых структур и относящихся к авиационной, ракетной и космической отраслям промышленности.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и позволяет точно локализовать места течей в бассейнах выдержки отработавшего ядерного топлива атомных электростанций, а также в металлических резервуарах, заполненных жидкостью. Предложен способ контроля герметичности металлических резервуаров, заполненных жидкостью, включающий погружение в жидкость и перемещение с требуемой скоростью по поверхности резервуара несущей конструкции на колесах с основанием и закрепленными на нем датчиками, проведением контроля герметичности перемещением несущей конструкции на колесах по поверхности резервуара и с постоянной фиксацией координат основания.

Изобретение относится к автотракторной и машиностроительной областям для определения теплодинамических показателей блочно-модульной системы охлаждения тягово-транспортных средств. Способ заключается в установлении параметров теплодинамических показателей радиаторов блочно-модульной системы охлаждения, по которым рассчитывают величины тепловых функций во всем диапазоне работы двигателя, и позволяющих определить и построить общую характеристику температурно-динамического анализа работы охлаждающей системы автотракторного средства при работе на различных нагрузочных режимах работы двигателя.

Изобретение относится к оборудованию для механических испытании при повышенных температурах. Камера содержит прямоугольный корпус, теплоизоляцию, расположенные на боковых стенках внутри корпуса нагревательные элементы, соединенные с внешним источником питания.

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ автоматизированного ультразвукового термооптического неразрушающего контроля изделий из композитных материалов включает ультразвуковое возбуждение температурного поля в области дефекта, регистрацию температурного поля и выявление дефектных областей путем сравнения величины температурного поля с пороговым уровнем.

Изобретение относится к испытательной технике, преимущественно к технике проведения тепловых испытаний керамических обтекателей ракет при инфракрасном нагреве. Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение длительности нагрева испытуемой конструкции.

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ оптического контроля безопасности эксплуатации конструкций из полимерных и металлополимерных композитных материалов включает использование оптоволоконной линии, которая содержит волоконные брэгговские решетки и выполнена в защитном акрилатном покрытии, интегрирование оптоволоконных линий на стадии изготовления в конструкцию из полимерных и металлополимерных композитных материалов, нагружение изготовленной конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов с интегрированными оптоволоконными линиями, выбор локальных областей расположения волоконных брэгговских решеток в конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов для проведения измерений механической деформации, измерение механической деформации в локальных областях интегрирования волоконных брэгговских решеток во всем диапазоне нагружения конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов, сравнение величин измеренных механических деформаций с предельно допустимой величиной, формирование заключения о безопасности эксплуатации конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов, согласно изобретению дополнительно выполняют следующие действия, а именно перед интегрированием оптоволоконной линии в конструкцию из полимерных и металлополимерных композитных материалов оптоволоконную линию погружают в раствор полисульфона марки ПСФФ-30 в диметилформамиде и выдерживают при температуре в диапазоне 20-30 °С в течение 7-8 ч, затем вынимают и просушивают на воздухе в течение 5-7 мин, а оптоволоконные линии интегрируют в конструкцию из полимерных и металлополимерных композитных материалов между слоями армирующего наполнителя в направлении армирования хотя бы одного из слоев армирующего наполнителя, при этом направление армирования второго слоя армирующего наполнителя не должно отличаться более чем на 45° от первого.

Способ определения степени повреждения силосов элеватора из монолитного железобетона характеризуется тем, что на люк загрузки зерна пустого наружного силоса устанавливают компрессор, с помощью которого создают избыточное давление внутри пустого силоса 200-500 Па атмосферным воздухом, подачу воздуха прекращают так, чтобы не было обратного хода воздуха, измеряют время, в течение которого давление воздуха внутри силоса снижается на 50% от первоначально созданного, при этом если такое время равно или составляет более 40 с, то силос герметичный, если указанное время составляет менее 40 с, то для определения степени повреждения и нахождения мест повреждений силоса производят повторное нагнетание избыточного давления 200-500 Па атмосферным воздухом, подогретым на 10-15°С, затем проводят обследование наружной поверхности наружных стен силоса при помощи тепловизионного оборудования, получают термографический отчет, по которому устанавливают максимальную и минимальную температуру на поверхности наружных стен силосного корпуса элеватора и по разности указанных температур определяют место и степень повреждения наружной стены наружного силоса элеватора.

Изобретение относится к неразрушающему контролю скрытых дефектов в тепло- и  гидроизоляционных обшивках крупногабаритных цилиндрических изделий, относящихся к химической, нефтегазовой и ракетно-космической отраслям промышленности с использованием активного теплового метода. Способ заключается в непрерывном равномерном вращении объекта контроля вокруг своей продольной оси, одновременном нагреве его наружной поверхности нагревателем, расположенным вдоль образующей объекта контроля, и регистрации температурного поля наружной поверхности объекта контроля тепловизором, расположенным таким образом, что нагретая поверхность объекта контроля попадает в поле зрения тепловизора в заданный момент времени.
Наверх