Устройство для бесконтактного теплового неразрушающего контроля

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик 717639 (61) Дополнительное к авт. свид-ву! (51)Ж. К>G 01 и 25/72 (22) Заявлено 05,01.78 (21) 2565004/18-25 с присоединением заявки М (23 ) Приоритет

Ваудюрстевнный кюмитет

СССР ню делам иаебретеиий к юткрытнй

ОпУбликовано25.02,80. Бюллетень Рй 7

Дата опубликования описания28 02 80 (53) УДК, 586.6 (088.8) Ю. В. Гавинский, А. С. Кицанов, А. И. Потапов. и В. И. Ворожцов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ТЕПЛОВОГО

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРСПЯ

Изобретение относится к области не- ) разрушающего контроля, в частности тета. лового, и может использоваться для обнаружения дефектов в слоистых конструкциях, а также для определения глубины залегания предварительно обнаруженных дефектов.

Температурный контроль поверхности" изделия позволяет установить наличиб и" " характер дефектов и сделать заключение

10 о степени их опасности.

Известно устройство для теплового неразрушакицего контроля, содержащее источник теплового возбуждения, устройство для измерения температуры поверх:15 ности, приспособление для сканирования изделия относительно источника и устройства для измерения температуры, а также схему регистрации (It

Бесконтактное измерение температуры .поверхности при тепловом неразрушающай контроле обычно осуществляется с помощью инфракрасных редиометров, в которых термочувствительными элементами являют2 ся фотоприемники (фотодиоды, фоторезисторы) и тепловые приемники (термоэлементы, болометры, прироприемники) .

Известно также устройство для бесконтактного теплового неразрушаюшего контроля с помощью инфракрасной радиометрии. В данном устройстве для теплового возбуждения объекта используется поток горячего воздуха. Устройство 1 ля получения такого потока представляет со- бой нагреватель, установленный на выходном участке магиСтрали со сжатым воздухом (21.

Недостатки этого устройства заключаются в следукхц ем.

При тепловом контроле изделий из легковоспламеняющихся материалов в соответствии с нормами техники безопасности мощность близко расположенных источников электрического нагрева не должна превышать сотых долей ватта. R то же время для создания достаточного интенсивного воздушного потока с температурой, на несколько десятков градусов

717639

3

ЙИю.а м.—.ю ы ср ; - и .- - * с х ф превышающей окружающую, требуется электрический нагреватель мощностью несколько сотен ватт.

Для соблюдения норм безопасности следует йагревателЬ устанавливать на воздушной магистрали вдалеке от места вывода нагретого воздушного потока. Однако, при этом растут -потepm тепла на участке между местом нагрева и местом потребления воздуха. Создание на этом участке адиабатного воздухопровода существенно усложняет систему контроля, ухудшает ее мобильность и практически исключает возможность контроля труднодоступных участков (различного рода по-. лостей).

Существенным недостатком применения электрического нагревателя являются значительные затраты энергии, помимо затрат на сжатие воздуха.

В известном устройстве регистрация температуры поверхности изделия осуществ-: ляется радиометром с приемником излучения в виде болометра. Известно, что такие радиометры довольно сложны и громоздки, так как содержат оптическую систему, систему модуляции падающего на болометр лучистого потока, систему усиления и демодуляции" элЖтрйФ кого, сигнала болометра, стабилизированный блок BHTQHHH болометра. Эксй фжацйя по добных радиометфов "в "условййх"йройзЖд - ственного контроля представляет значительные трудности. Кроме того, наличие в радиометре движущихся элементов и сйстемы электропитания требует принятия мер безопасносги Жри контроле легковоспламеняющихся материалов.

Пель предлагаемого изобретения— повышение безопасности и упрощение

40 контроля изделий из легковоспламеняюшихся материалов путем исключения электрйческих цепей для нагрева воздушного потока и для питания радиометрической аппаратуры.

Оля этого устройство выполнейо в виде вихревой трубы, горячий койеп кото рой служит источником локального тепло вого возбуждения контролируемого объекта, а холодный конец- теплоотводом для укрепленного на нем приемника излуч ения, Все это позволяет получить ряд дополнительных преимушеств. а) уменьшение габаритов за счет исключения цепей нагрева и электропитания

55 аппаратуры, а также-за счет совмещения в одном узле нагреваюшей и Измерительной частей устройства;

4 б) повышение экономичности за счет исключения затрат электрической энергии на нагрев воздушного потока; в) уменьшение потерь энергии на участке между нагревателем и местом теплового возбуждения за счет нагрева воздушного потока вихревой трубой непосредственно в месте его потребления;

r) утилизация холодной составляющей воздушного потока, не используемой для теплового возбуждения объекта, путем обеспечения необходимого для нормальной работы термобатарейного. преобразователя температурного режима.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из корпуса 1, к которому через штуцер 2 подводится сжатый воздух от магистрали 3. В полости корпуса 1 укрепляется гайкой 4 отбортованная труба 5, улитка 6 с внутренней поверхностью, построенной по спирали Архимеда, диафрагма 7 и патрубок 8 для отвода холодного воздуха. К корпусу 1 крепится теплоотводяший стакан 9, на торце которого укреп лены термобатарейный преобразователь

10 и охрайное кольцо 11 для защиты пре. образователя от воздействия мешающих конвективных потоков. На другом конце трубки 5 укреплено сопло 12, направляющее горячий воздушный "поток на поверхность изделия 13. Вдоль оси трубки 5 с возможностью перемещения установлен . дроссейьный вентиль 14, имеющий на конце четырехлопастную крестовину 15.

Устройство крепится трубкой 5 на основании 16, которое посредством рукоятки 17 прижимается к поверхности изделия 13 в случае использования устройства для определения глубины залегания дефекта. При сканирующем контроле устройство устанавливается на тележку, перемещающуюся по поверхности изделия (на чертеже не показана).

Попадая в улитку 6, воздушный поток приобретает интенсивное круговое вращение. Под действием газодинамических .процессов происходит перераспределение . энергии воздушного потока. Периферийные слой (показаны стрелками) движутся вдоль трубки 5, подогреваются и вытекают через дроссельный вентиль 14 в

/ сопло 12, Приосевые слои воздушного потока охлаждаются и, двигаясь противо— током от вентиля 14, выводятся через диафрагму 7 и патрубок 8 в стакан 9..

Крестовина 15 усиливает температурный эффект вихревой трубы. Меняя положение

7176 вентиля 14, можно изменять расходы и температуры холодного и горячего потоков. Иля понижения температуры холодного потока необходимо расход холодного потока (открыть шире вентиль 14). 7!ля повышения температуры горячего потока, наоборот, вентиль 14 прикрывается.

Холодный поток, выходящий из патрубка 8, омывает.дно стакана 9, выполненного из высокотеплопроводного матерйала, t0 например, меди, и выводится через от:- верстие на противоположном торце стакана. На охлаждаемом торце стакана 9 на внешней стороне укреплен высокочувствительный теплометрический термобатарейный преобразователь с вспомогатель. ной стенкой 10. Чувствительные спаи преобразователя, которых содержится около 2400 в объеме 0,3 смз, располо- жены на параллельных поверхностях, причем нерабочие спаи контактируют. со ехаканом 9, в результате чего их температура в процессе контроля поддерживается постоянной. Рабочие спаи подвергаются--воздействию теплового потока с нагретой поверхностью изделия, обусловленному радиационной и кондуктивной составляюшими теплообмена через тонкую воздушную прослойку, обеспечивающую бесконтактность хонтроля., Такой приемник наиболее целесообразен для предлагаемого устройства, так как не требует источников питания, отли-чается высокой чувствительностью, стабильностью в работе и механической прочностью.

Методика определения глубины залегания дефектов предлагаемым устро йством, заключается в следующем.

Устройство после подачи сжатого воздуха некоторое время выдерживают при выбранных расходах горячего и холодного воздуха с целью стабилизации температурного режима. Затем основа45 кием 16 устройство прижимают х поверхности изделия 13 над местом расположения предварительного обнаруженного дефекта и начинают отсчет времени с одновременной регистрацией термоэдс, 50 вырабатываемой преобразователем 10.

Возбуждаемый в изделии горячим воздуш - ным потоком теплового потока в виде ступеньки, распространяется радиально . в пределах полупространства. Так как де55 фект является термическим сопротивле- нием на пути теплового потока, над де- фектным участком аккумулируется дополнйтельное по отношению к бездефектному

39 6 . участку тепло. От величины и скорости прироста тепла, зависящего от толщины слоя материала пад дефектом, зависит крутизна и амплитуда кривых, получаемых в результате записи на вторичном приборе сигнала, вырабатываемого. теплометричесхим преобразователем. Сопоставляя полученные кривые с градуировочными кривыми, снятыми при измерениях на эталонных образцах, находят глубину залегайня дефекта, Методика обнаружения дефектов с помощью предлагаемого устройства отличается от описанного процесса тем, что устройство с заданной скоростью сканирует вдоль изделия по заданной траектории. При этом вторичном приборе получают записи в виде,,теплограмм, выбросы на которых относительно среднего уровня флуктуаций характеризуют наличие приповерхностных дефектов.

Основной положительный эффект от применения заявляемого устройства заключается в том, что оно обеспечивает полностью безопасный (с точки зрения норм электрозащиты) контроль изделий из легковосплаыеняющйхся Материков. "

При его использовании нагрев осуществляется тепловой энергией, выделяющейся при завихрении воздушного потока.

Единственным электрическим источником в устройстве является термобатарейный преобразователь, однако, мощность вырабатываемого им электрического сигнала в тысячи раз меньше предельно допустимой, Для приведения в действие заявляемого устройства требуется лишь сжатый воздух, установки для получения которого имеютсч в настоящее время на любом промышленном предприятии.

Исключение кабельных силовых линий и мощных электрических нагревателей существенно упрощает систему контроля.

Повышается экономичность контроля за счет исхлючения затрат электрической энергии на нагрев воздушного потока.

Нормальная. работа термобатарейных преобразователей с вспомогательной còåíкой обеспечивается обычно при наличии системы теплоотвода. Положительньпл эффектом является утилизация в устройстве для теплового неразрушающего контроля холодной составляющей воздушного потока, которая в противном случае рассеива- лась бы впустую.

Предлагаемое решение позволило совместить в одном устройстве функциональные признаки в общем различных по наСоставитель С. Беловодченко

Редактор В. Павлов Техред М. Келемеш Корректор Г. Назарова

Заказ 9831/6Î Тираж 1019 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 7176 значению устройств". источника нагрева и радиометра. Один конец вихревой трубы является источником возбуждения в изделии неравновесного теМпературного состояния, а другой — средством контроля эффектов, создаваемых этим температурным состоянием. Этим обеспечена простота и компактность предлагаемого устройства, что является немаловажным фактором для обеспечения производственного контроля разнообразной продукции.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного теплового неразрушающего контроля, включающее источник теплового возбуждения в виде нагревателя, устайовленйого на выходном участке магистрали со сжатым воздухом, и приемник излучения, о тличающееся тем,что,сцелью повышения безопасности контроля, упрощения, повышения экономичности и уменьшения габаритов устройства, оно выполнено в виде вихревой трубы, горячий конец которой служит источником локаль- ° ного теплового возбуждения контролируемого объекта, а холодный конец — теплоотводом для укрепленного на нем приемника излучения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе—

1. Патент США № 3555879, кл. 73-15, опублик, 1971.

2. Патент США ¹ 3678276, кл. 250-83, ЗН, опублик. 1972.