Способ тепловой дефектоскопии изделий

 

аЮСОБ ТЕПЛОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ИЗДЕЛИЙ, включающий его охлаждение при известной постоянной температуре cpejtQj и регистрацию температу1 л , отличающийся тем что, с целью повышения точности неразрушаюцего 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 меясцу ними, лежащем в области постоянства теплоФизических характеристик материала, g йзлучательной способности и коэффициента теплоотдачи от темпера (Л туры.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ИЯВ

РЕСПУБЛИН

ЗЩ) G 01 N 25/72

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ,(21) 3370544/18-25 (22) 18.12.81 (46) 30.08.83. Бюл. 9 32 (72) В.A.Ëîáàíoâ, Г.С.Иванов и В.И.Сухарев (71) Научно-исследовательский институт строительной физики Госстроя

СССР (53) 536.629.7 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 748208, кл. G 01 l4 25/18, 1978.

2. Шагиков A.Ã. и др. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Под ред. A ° Â.Ëûêîâà

М., "Энергия", 1973, с. 42-44 (прототип).,ЯК„1038857 А (54)(57) СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ИЗДЕЛИЙ, включающий его охлаждение при Известной постоянной температуре среды и регистрацию температуры, отличающийся 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 теплофизических характеристик материала, излучательной способности и коэф- Е фициента тенлоотдачи от температуры е

1038857

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ тепловой дефектоскопии изделий, включающий его охлаждение при известной постоянной температуре среды и регистрацию температуры f2 ), Недостатками известного способа являются сложность эксперимента по определению совокупности локальных коэффициентов емпературопроводности, необходимость нарушения целостности материала контролируемого изделия для ввода измерителей темпе- 60 ратуры, малая точность неразрушающего контроля.

Цель изобретения повышение точности неразрушающего контроля и сни- жения трудоемкости измерений. 65

Изобретение относится к технике контроля теплофизических свойств материалов и может быть использовано при проведении дефектоскопии крупноразмерных изделий посредством определения совокупности ло- 5 кальных коэффициентов температуропроводности, распределенных по глади иэделия, и греимущественно предназначено для оценки теплозащитных свойств плоских крупно- 10 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 нагрева к исследуемому объекту, регистрируют начальную температуру блока нагрева и температуру, установившуюся через заданное время, и по разности температур определяют искомый коэффициент теплопроводности f1 ).

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- 40 варительная тарировка на эталонных образцах. При этом должен быть обеспечен идеальный тепловой контакт; блока нагрева с поверхностью эталон-, ных образцов и контролируемого из- 45 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 теплофизических характеристик материала, измерительной способности и коэффициента теплоотдачи от температуры.

Крупноразмерное изделие, находящееся в изотермическом состоянии с температурой t, помещают в окружающую среду с известной постоянной температурой t большей или меньшей чем й„. Интервал температур (to" < ) выбирают таковым, чтобы при достижении регулярного режима теплообмена между изделием и окружающей воздушной средой фоновое излучение было принебрежительно мало.

При регулярном режиме (критерий

Фурье Fo),0,2 с точностью 1,5% ) проводят термографирование поверхности изделия в два момента .времени и У2, отсчитываемые от начала теплообмена, с интервалом между ними, лежащим в области постоянства теплофиэических ксэффициентов 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 20, Величина относительной избыточной температуры в точке контроля на поверхности пластины, в случае ее симметричного охлаждения при конечных и неопределенных граничных условиях третьего рода, для регуляр1038857 ного режима в моменты времени ь„. и с2 может быть выражена следующими соотношениями:

8 = P(6i„)ехр (-n2 F I (1!

В"=Р(ВЕ„)еер (.е F ), tel относительная избыточная температура в точке контроля на поверхности пластины в моменты времени с "„ и

)Ф и — абсолютные значения тем1 ператур в моменты времени", 2Sin n CoS n1 (3)

Р(В,) 35

Р(В;„)=ехр (pen Е"- Е„В )/(1,-1)), (Ч где К = F/ Fn = ь/С - постоянная

2 величина для выбранных моментов термографирования поверхности.

Вычислив численное значение Р(М„), аналитически по соотношению (3 ) или же по предварительно построенному графику зависимости (3 ) для точки контрог)я определяют значение перво

ro корня характеристического уравнения (4 ) и величину критерия Био. далее, зная 8г(9")и применяя линеаризованную номограмму Гейслера (диаграмма для определения относительной избыточной температуры 8 по известным значениям критериев Fl) и gi1 построенную для поверхности б0 пластины из предположения регулярности режима всего процесса теплообмена, или соотношение (1)(2) определяют критерий F (F" ) и по соотношению (5 ) — искомйй йоэффициент 65,амплитуда температурного поля в точ ке контроля на поверхности пластины в момент времени В- =0 .для регуляризованного процесса теплообмена, К вЂ” первый корень характеристичес1 кого уравнения ,гт. /Si =et/ n; (4)

25 а „ссИ)Р— критерий Био)

F 4Г/ Р2- критерий Фурье; (5) о(— коэффициент теплоотдачи, .

Л - коэффициент теплопроводности; 30

ct - -искомый коэффициент температуропроводности.Логарифмируя выражения (1) и (2) и решая их совместно относительно

Р(Ь „), получаем амплитуду температурного поля регуляризованного процесса теплообмена в точке контроля на поверхности пластины в момент времени ь = 0 температуропроводности. Приведенную расчетную схему можно выразить в виде окончательной формулы

Ol г,2 „- (1с. )

1 1

При 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 е 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 широко)

ro 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 1и i> определяются по термограммам поверхности изделия. Результаты практического использования предлагаемого способа показаны на примере контроля строительной однослойной,керамзитобетонной стеновой панели, имеющей размеры 6000 4000 3000 мм. Неравномер ность распределения плотности бетона

С 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 про1038857, Составитель В.Битюков

Редактор Н.Гришанова,Техред С Мигунова Коррректор В.Бутяга

Заказ 6222/51 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4,водят тепловиэионной системой

АГА-780, снабженной блоками аналоговой обработки сигнала и магнитозаписи термографируемого изображения.

Разрешающая способность системы по температурному полю - 0,1 С. 5

Температуру 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,10

В этом температурном диапазоне значение локального коэффициента темпе-ратуропроводности принимается постоянным, так как при изменении температуры на 5 С теплофизические ко- )5 эффициенты практически не изменяются.

Затем определяют амплитуду температурного поля из услбвия регулярности всего режима теплообмена

" (8 в момент времени . =0 и по амплитуде P (s t „- критерий Био, далее при помощи линеаризованной но-. мограммы Гейслера по критерию Био и измеренным температурам - критерий Фурье и по полученному критерию Фурье - искомый коэффициент температуропроводности

Р(8 1=0, 449, 8i1 =3,01

Ро =О,?1, Ро = ОФ32у а =21 0 10 4м /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.