1.3. Выводы по главе 1

1. Совершенствование известных и создание новых эффективных методов и средств контроля качества теплоизоляционных покрытий на металлических подложках являются актуальными.

2. Теплостойкие полимерные покрытия характеризуются широким диапазоном различных свойств и областями применения.

3. Среди методов контроля качества покрытий интерес вызывают неразрушающие методы теплового анализа. При этом перспективными являются методы и средства, основанные на определение параметров нестационарного теплопереноса на начальной стадии его развития.

4. При тепловом неразрушающем методе контроля качества искомое теплофизическое свойство определяется через температурный отклик образца.

2. Теоретическое обоснование теплового метода неразрушающего контроля толщины защитных покрытий в двухслойных полимерно-металлических изделиях

2.1. Физическая модель метода

На металлической пластине с низкотеплопроводным покрытием толщиной h₁ расположен измерительный зонд (ИЗ), включающий в себя плоский круглый нагреватель, теплоизолирующую подложку и термоприёмники, рисунок 2.1 [37, 39].

Рисунок 2.1 – Измерительная схема

Исследуемое тело представляет собой конструкцию, состоящую из двух слоев: первый – термостойкий с теплофизическими свойствами λ₁, с₁, ρ₁; второй – высокотеплопроводный с теплофизическими свойствами λ₂, с₂, ρ₂. Толщина первого слоя – h₁, второго – h₂. Температура в точках контроля измеряется с помощью термоприёмника (ТП) [40].

Тепловое воздействие на систему с равномерным начальным температурным распределением осуществляется с помощью нагревателя постоянной мощности, выполненного в виде тонкого диска радиусом R_Н, встроенного в подложку измерительного зонда, выполненную из рипора, радиусом R_ИЗ.

Размеры подложки измерительного зонда и металлической пластины (L₁ , L₂ , h₂) подобраны так, что их можно считать полуограниченными. Для упрощения тепловой схемы и расчётов пренебрегаем теплоёмкостью и оттоками тепла по проводам теплоприёмников. Тепловая схема многослойной системы, включающей в себя теплоизолирующий слой (подложка измерительного зонда), нагреватель, термостойкое покрытие толщиной h₁ и металлическое основание, представлена на рисунке 2.2 [38, 39].

Рисунок 2.2 – Тепловая схема метода

2.2. Математическая модель нестационарного теплопереноса для двухслойной системы

Применение в методах неразрушающего контроля толщины двухслойных полимерно-металлических изделий теплового воздействия постоянной мощности от круглого плоского нагревателя в виде диска, встроенного в подложку измерительного зонда, достаточно обосновано и полно представлено в работах [2, 30, 31].

С целью повышения точности определения толщины полимерного покрытия двухслойного полимерно-металлического изделия при неразрушающем тепловом контроле двухслойных материалов в данной работе рассматривается система, состоящая из ограниченного и полуограниченного тел (рисунок 2.3).

Ограниченный стержень толщиной h₁ приведен в соприкосновение с полуограни­ченным стержнем. Теплофизические свойства стержней различны. В начальный момент времени на свободном конце ограниченного стержня начинает действовать источник тепла постоянной мощности q, который действует на протяжении всего процесса нагрева.

Рисунок 2.3 – Тепловая схема метода при воздействии

плоского бесконечного источника тепла на двухслойное изделие

Требуется найти распределение температуры по длине стержней (по глубине пластины и тела) в любой момент времени [32].

(1)

(2)

(3,4)

(5)

(6,7)

После ряда преобразований и упрощений при больших τ [32].

(8)

Решение (8) представляет собой линейную зависимость и может быть применено при регуляризации теплового процесса в определенной области тела:

(9)

где (10, 11)

Полученное решение (8) в форме, пригодной для использования на рабочем участке термограммы (при регуляризации тепловых потоков), было использовано для получения математических выражений для расчета толщины защитных покрытий на металлических основаниях.

Так как первый слой объекта (рисунок 2.3) низкотеплопроводный, а второй – высокотеплопроводный, т.е. , тогда . Следовательно,

и . (12, 13)

Данное решение возможно использовать для нахождения ТФС первого тела, если известна толщина h₁ и ТФС подложки зонда (ε_п) или для нахождения толщины первого тела при известных ТФС.