Введение

Улучшение известных и развитие новых результативных методов и средств контроля востребованы и являются действительными в связи с тонкостью и большим объемом экспериментальных проверок по определению качества, долговечности и надежности как стандартных, так и вновь синтезированных материалов конструкционного, электро- и теплоизоляционного назначения. Тепловые методы неразрушающего контроля (НК) и точного определения позволяют определятьфиксировать качество исследуемых материалов и готовых изделий из них по теплофизическим свойствам (ТФС), к числу которых относятся теплоемкость, тепло- и температуропроводности, тепловая активность.

В случае НК активными тепловыми методами искомые ТФС проявляются через температурный отклик исследуемого образца на тепловое воздействие, которому подвергается образец (или изделие) в специально организованном эксперименте [1].

Известно, что теплофизические измерения отличаются запутанностью проведения эксперимента и трудоемкостью усовершенствования полученных данных.

В настоящее время для обработки данных эксперимента при НК ТФС материалов и изделий тепловыми методами в основном применяются следующие подходы. Во-первых, предполагается получение и использование эмпирических зависимостей на основе проведения большого числа экспериментов в достаточно узком диапазоне контролируемых свойств и материалов. Простота математического обеспечения измерительных систем является достоинством данного подхода. Появляется возможность их реализации дешевыми техническими средствами. Существенный недостаток – достаточную точность можно обеспечить лишь для узкого класса материалов. Во-вторых, предполагается использование аналитических моделей, получаемых решением классических задач теплопроводности. Достоинством таких методов является достаточно высокая точность в широком диапазоне исследуемых свойств. Однако, несмотря на относительно точное и, вместе с тем, громоздкое математическое описание динамики тепловой системы, оно все равно не может учесть всех индивидуальных особенностей конкретных процессов измерения. Более того, сопоставление расчетных и экспериментальных термограмм показывает невозможность их точного совпадения на всем временном интервале. Эти обстоятельства не позволяют гарантировать для методов второго подхода отсутствия значительных погрешностей во всем диапазоне измерения [1].

Осуществление тепловых методов неразрушающего контроля ТФС приводит в затруднение еще и тем, что тепловое воздействие и получение измерительных данных в ходе эксперимента, возможно, осуществлять только на ограниченном участке поверхности исследуемого объекта. Поэтому наиболее затруднительной и важной задачей при создании новейших методов неразрушающего контроля ТФС является разработка физико-математических моделей, соответственно характеризующих тепловые процессы в объектах контроля.

Исследование процессов измерения, их моделей и источников погрешностей показывает, что в пределах временного интервала измерения в тепловой системе могут случаться важные модификации, которые не позволяют описывать весь процесс измерения одной аналитической моделью с неизменными ограничениями и условиями. Пренебрежение данного обстоятельства приводит к существенному приросту погрешностей при определении ТФС неразрушающими методами.

основные источники погрешностей для измерительных средств, использующих тепловые методы, следующие: не учитывается условие соответствия тепловой системы одной из классических моделей теплопереноса, например, модели полупространства; нарушается допущение относительно постоянства плотности теплового потока от нагревателя; не выполняются условия о направлении теплового потока вследствие конечных размеров нагревателя; не соблюдается гипотеза об адекватности аналитической модели процессу теплопереноса.

В корне многомодельных методов лежат следующие предположения. На термограмме имеются участки (рабочие), для которых обеспечивается высокая безошибочность совпадения с результатами вычислительных экспериментов по аналитическим моделям. Причем этим участкам соответствуют тепловые режимы опыта, вышедшие на ступень регуляризации.

Области экспериментальных термограмм, хорошо совпадающие с поссчитанным по аналитическим моделям, имеют место для широкого класса твердых материалов (электро- и теплоизоляционных, полимерных и др.).

Для рабочих участков преобладают удобные вычислительные соотношения, которые позволяют однозначно найти значения теплофизических свойств в зависимости от параметров аналитической функции, соответствующей термограмме на установленном временном интервале. Расчетные уравнения, которые описывают термограмму на рабочих участках, следует искать на основе анализа решений соответствующих краевых задач.

1. Обзор литературных и патентных источников по теме

1. Неразрушающий контроль: классификация, назначение

Вид неразрушающего контроля – группа методов, которые схожи одинаковыми физическими явлениями.

В соответствии с ГОСТ 18353–79 рассматриваются ниже перечисленные виды неразрушающего контроля.

1. Магнитный (магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый);

Магнитные методы неразрушающего контроля используют для определения включений в деталях, состоящих из ферромагнитных материалов (сталь, чугун), т. е. материалов, которые могут значительно поменять свои магнитные характеристики находясь под воздействием внешнего магнитного поля.

Магнитный неразрушающий контроль основывается прежде всего на определении разнообразными методами магнитных полей рассеяния, которые возникают над включениями, или на определении и оценке магнитных характеристик объекта контроля.

Магнитопорошковый метод основывается на выявлении магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами в детали при ее намагничивании, с использованием преимущественно в качестве определителя ферромагнитного порошка или магнитной суспензии . Этот метод по сравнению с другими методами магнитного контроля имеет преимущества а следовательно, он нашел наибольшее применение. Около 80 % всех деталей из ферромагнитных материалов проверяется именно этим магнитопорошковым методом. Высокая чувствительность, универсальность, относительно заниженная трудоемкость контроля и простота - все это помогло ему обеспечить широкое применение в промышленности в целом и в частности – на транспорте. Основным недостатком является запутанность автоматизации.