Способ тепловой дефектоскопии изделий

СОЮЗ СОВЕТСНИХиацмщнипех.РЕОЪБЛИН 69) 8 57 А 10 ЗЩ 6 01 М 25/ ЕТЕНИЯ,У ПИСАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательский институт строительной физики Госстроя СССР(56) 1Авторское свидетельство СССР М 748208, кл, С 01 И 25/18, 1978.2. Шагиков А.Г. и др. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Под ред. А.В.Лыкова М., "Энергняфф, 1973, с. 42-44 (про" тотип).(54)(57) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ИЗДЕЛИЙ, включающий его охлаждение при известной постоянной температуре среды и регистрацию температуры, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности неразрушающего контроля и снижения трудоемкости измерений охлаждают изделие в окружающей воздушной среде, термографируют поверхность изделия, определяют дефектные участки поверхности, измеряют их температуру в два момента времени с интервалом между ними, лежащем в области постоянства тепло- физических характеристик материала, излучательной способности и коэф- Е фициента тенлоотдачи от темпера- туры25 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае" мому результату является способ тепловой дефектоскопии изделий, включающий его охлаждение при известной постоянной температуре среды и регистрацию температуры 2 3,Недостатками известного способа являются сложность эксперимента по определению совокупности локальных коэффициентов мемпературопроводности, необходимость нарушения целостности материала контролируемого изделия для ввода измерителей темпе ратуры, малая точность неразрушающего контроля.Цель изобретения повышение точности неразрушающего контроля и сни- жения трудоемкостиизмерений. 65 Изобретение относится к технике контроля теплофизических свойств материалов и может быть использовано при проведении дефектоскопии крупноразмерных изделий посредством определения совокупности ло кальных коэффициентов температуропроводности, распределенных по глади иэделия, и преимущественно предназначено для оценки тепло- защитных свойств плоских крупно размерных бетонных и железобетонных строительных изделий при их охлаждении (нагреве ) в окружающей воздушной среде.Известен способ определения . 15 коэффициента теплопроводности в крупноразмерных изделиях, согласно которому пропускают тепловой поток постоянной мощности от блока нагре" ва к исследуемому объекту, регистрируют начальную температуру блока нагрева и температуру, установившуюся через заданное время, и по разности температур определяют ис" комый коэффициент теплопроводности 1 .Недостатком известного способа является возможность определения коэффициента теплопроводности лишь в отдельных, локальных участках изделия. Укаэанные недостатки обусловлены тем, что применение способа возможно лишь на изделиях, находящихся в равновесном тепловом состоя-. нии. Повторные измерения локального коэффициента на других участках изделия обеспечиваются при сглаживании теплового возбуждения, обусловленного предыдущим измерением кроме того, учитывая, что способ является косвенным, необходима пред варительная тарировка на эталонных образцах. При этом должен быть обеспечен идеальный тепловой контакт. блока нагрева с поверхностью эталон-, ных образцов и контролируемого из делия. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу тепловой дефектоскопии изделий, включающему его охлаждение при известной постоянной температуре и регистрацию температуры, охлаждают иэделие в окружающей воздушной среде, термографируют поверхность изделия, определяют дефектные участки поверхности, измеряют их температуру в два момента времени с интервалом между ними, лежащем в области постоянства тепло- физических характеристик материала, измерительной способности и коэффициента теплоотдачи от температуры.Крупноразмерное изделие, находящееся в изотермическом состоянии с температурой с , помещают в окружающую среду с известной постоянной температурой с большей или меньшей чем с. Интервал температур (с" ) выбирают таковым, чтобы при достижении регулярного режима тепло- обмена между изделием и окружающей воздушной средой фоновое излучение было принебрежительно мало.При регулярном режиме (критерий Фурье Ро),0,2 с точностью 1,5 ) проводят термографирование поверхности изделия в два моментавремении 2, отсчитываемые от начала теплообмена, с интервалом между ними, лежащим в области постоянства теплофиэических коэффициентов от изменяющейся температуры. Величина температурного интервала, при которой теплофизические коэффициенты могут быть приняты постоянными, и возможная погрешность такого приближения оцениваются по справочным данным. По зафиксированным в два момента времени распределениям температуры и отношению времени их термографирования искоьияе локальные коэффициенты температуропроводности определяются из аналитических соотношений.Полученная таким образом совокупность локальных коэффициентов температуропроводности, распределенных по глади изделия, позволяет качественно судить о наличии и оценивать численно тепловые неоднородности имеющиеся в толще изделия, т.е. проводить его тепловую дефектоскопию.В качестве примера расчетной схемы рассмотрим определение локального коэффициента температуропроводности в изделии, математической моделью которого может быть принята неограниченная пластина толщиной 2 Й.Величина относительной избыточной температуры в точке контроля на поверхности пластины, в случае ее симметричного охлаждения при конечных и неопределенных граничных условиях третьего рода, для регулярного режима в моменты времени и сг может быть выражена следующими соотношениями:6= Р(в ехр (-и Ро) (4) СеврВ 4 )еер е р ), 1 е относительная избыточная температура в точке контроля на поверхности пластины в моменты времени с" и Ф и г - абсолютные значения температур в моменты времениф ЯЗп ь СОЗ 11 1 (з) ИВ)- пгз г,гыг 1 35 40 Р(В):ехр(КЕг Е"-Ег Вф)П)у, (6) где К = Г/ Р = 7/С - постоянная2величина для выбранных моментов термографированияповерхности.Вычислив численное значение Р(ВЯ аналитически по соотношению (3 )или же по предварительно построенному графику зависимости ( 3 ) для точки контрог)я определяют значение перво го корня характеристического уравнения (4 ) и величину критерия Био.далее, зная ОЧО")и применяя линеари зованную номограмму Гейслера (диаграмма для определения относительной избыточной температуры 9 по известным значениям критериев Р) и 81 построенную для поверхности бО пластины из предположения регулярности режима всего процесса тепло- обмена, или соотношение (1)(2) определяют критерий Го(Р,",) и по соотношению (5 ) - искомйй йоэффициент 65,амплитуда температурного поля в точке контроля на поверхности пластины в момент времени г =0 .для регуляризованного процесса теплообмена, К - первый корень характеристического уравнения,и. /В ссЬ л; (4)25ВссИ(Р - критерий Био;Г аГ/Р 2- критерий фурье; (Ы)о - коэффициент теплоотдачи,.Л - коэффициент теплопроводности 30сг - искомый коэффициент температуропроводности,.Логарифмируя выражения (1) и (2) и решая их совместно относительно Р(В 1), получаем амплитуду температурного поля регуляризованного процесса теплообмена в точке контроля на поверхности пластины в момент времени "С = 0температуропроводности. Приведенную расчетную схему можно выразить в виде окончательной формулы 01 ге 2 е; (1 е1 1При этом погрешность вносимая при аналитическом представлении амплитуды температурного поля в момент времени Ч: =. О, исходя из регулярности всего процесса теплообмена, исключается при измерениях, проводимых в регулярном режиме, и при использовании для определения критерия фурье линеаризованной номограммы Гейслера." Соотношением (6) определяют амплитуду,температурного поля в точке контроля в момент времени=0 для .тел любой геометрической формы при условии одномерности их.температурного поля, что позволяет использовать предлагаемый способ для определения локального коэффициента температуропроводности более широкого класса твердых тел.Предлагаемая расчетная схема определения локального коэффициента температуропроводности применяется и для определения совокупности локальных коэффициентов. При этом значения температур в расчетных точках В МОМЕНТЫ ВРЕМЕНИ ь 1 И ь ОПРЕДЕЛЯ- ются по термограммам поверхности изделия, Результаты практического использования предлагаемого способа показаны на примере контроля строительной однослойной,керамзитобетонной стеновой панели, имеющей размеры бООО 4000 3000 мм. Неравномер ность распределения плотности бетонаС по.глади изделия, образующаяся при ее формовании, небднородность бетон ной смеси, обусловленная недостаточно качественным ее перемешиванием при приготовлении и др. обусловливают различные значения коэффициента температуропроводности по участкам изделия. Определение совокупности локальных коэффициентов температуропроводности достигается.при следующих условиях. Нагрев и изотерми-, ческую выдержку обеспечивают в камере тепловой обработки, величина изотермической температуры составлят 95 С. Охлаждение проводят в воздушной среде большого объема с постоянной температурой 21,2 С при симметрии граничных условий третьего раца относительно средней плоскости. Выход на регулярный режим охлаждения происходит через 3 ч. При этом температура в точке контроля, характеризующая один из участков изделия, составляет 50,3 С. Термографирование температурного поля проЗаказ 6222/51 Тираж 873 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Ю аю т вфилиал ППП "Патентф, г, ужгород, ул. Проектная, 4,водят тепловиэионной системой АГА, снабженной блоками аналоговой обработки сигнала и магнитозаписи термографируемого изображения. Разрешающая способность системы по температурному полю - 0,1 фс, 5Температуру в точке контроля определяют по термограммам, фиксируемьм через 4 и 6 ч после начала охлаждения, и ее величина для рассматриваемой .точки составляет 48,5 С и 45,1 С,О В этом температурном диапазоне зна" чение локального коэффициента темпе-. ратуропроводности принимается постоянным, так как при изменении температуры на 5 С теплофизические ко эффициенты практически не изменяются.Затем определяют амплитуду температурного поля из услбвия регулярности всего режима теплообмена " (8 в момент времени , =О и по амплитуде Р(в 1 - критерий Вио, да" лее при помощи линеаризованной но-. мограммы Гейслера по критерию Био и измеренным температурам - критерий фурье и по полученному критерию фурье - искомый коэффициент температуропроводностиР 1 Въс ЬО, 449,Вт =3,0101:01 Ф РЗ = ОФ 32 у с 1 =21 0 10 ф м /ч. Аналогичным образом определяются численные значения коэффициентов температуропроводности и в других точках иэделия. Температурный контраст между изделием и окружающей воздушной средой может быть также легко обеспечен за счет контраста температур наружного и внутреннего воздуха как в зимних, так и в летних условиях,