Тепловые методы неразрушающего контроля основаны на исследовании темпе­ратурного поля дефектов поверхности сварного шва и прилегающих к нему обла­стей в процессе сварки или при последующем нагреве участка контроля. Их успешно используют для контроля тонкостенных изделий как при двустороннем подходе к контролируемой поверхности, так и при одностороннем.

Наиболее широко применяют метод контроля температуры сварочной ванны, коррелирующей с основными параметрами сварочного процесса (напряжением и током сварки, глубиной проплавления и т. д.), который позволяет вводить обрат­ную связь для автоматического регулирования процесса сварки. При нормальном течении сварочного процесса температура ванны должна быть в строго установ­ленных пределах и, наоборот, нарушение сварочного режима приводит к появле­нию дефектов сварных соединений и изменению температуры сварочной ванны,

В качестве датчика температуры используют либо термопары, либо инфра­красные приемники. Достоинством термопар является их простота, малые габа­риты, помехоустойчивость, дешевизна. Однако они являются контактными пре­образователями и поэтому уступают бесконтактным приемникам инфракрасного излучения — фотосопротивлениям. Другие контактные преобразователи тепло­вого поля, такие, как термоиндикаторы, изменяющие свой цвет или агрегатное состояние при нагреве, люминофоры, жидкие кристаллы и другие могут получить более широкое применение для контроля сварных соединений в будущем.

Качество контактной электросварки также можно оценить по измерению температуры в непосредственной близости от места сварки. В этих случаях при­емник инфракрасного излучения устанавливают непосредственно после ролико­вого электрода и его показания сравнивают с сигналом второго аналогичного приемника, удаленного на расстояние 50 см и более. Таким образом удается выяв­лять дефекты типа непроваров. Качество сварки гарантируется тогда, когда пер­вый приемник показывает установленный диапазон температур, а второй — допустимую разность температур.

Тепловое излучение контролируемого участка фокусируется оптической системой и модулируется для удобства его преобразования в электрический сигнал приемником излучения. В качестве приемников излучения применяют неохлаж­денные и охлажденные жидким азотом фотосопротивления: сернисто-свинцовые, индий-с гибиум, германиевые и др. Недостатком применения приемников теплового излучения является зависимость их выходного сигнала от коэффициента излуче­ния поверхности образца. Всевозможные неровности, а также наличие окислов, копоти и других загрязнений поверхности приводят к помехе, для уменьшения которой поверхность свариваемых деталей следует подвергать химической обра­ботке (обезжириванию и последующей кислотной и щелочной очистке).

Излучательную способность поверхности можно выравнивать, нанеся спе­циальную краску с высоким коэффициентом излучения на некотором расстоянии от места сварки (во избежание загрязнения места сварки), что уменьшает относи­тельные помехи дуги.

При размещении преобразователя со стороны электрода излучение дуги также является помехой. Эту помеху уменьшают установкой экрана между дугой и преобразователем теплового излучения, а также использованием инфра­красных фильтров (например, из PbS), которые не пропускают излучение с длиной волны менее 2,5 мкм.

Перспективным представляется способ получения информации о температуре поверхности с помощью стекловолоконной оптики. В этом случае устраняется влияние посторонних источников тепла. Стекловолокно размещается в электроде. Оплавление электрода при сварке сопровождается оплавлением стекловолокна с той же скоростью, обеспечивая тем самым постоянный контакт стекловолокна с поверхностью изделия в месте сварки. Так как температура места сварки обычно достаточно высокая, то информацию получают в видимой и ближней инфракрасной области спектра. При таком способе вывода информации к приемнику радикаль­ным образом решается проблема, связанная с изменением коэффициента излучения поверхности.

При тепловом контроле готовых сварных соединений используют нагрев движущимся относительно участка контроля точечным источником тепла и стати­ческий нагрев. Источником нагрева служат лампы накаливания, плазмотроны, оптические квантовые генераторы. Исследуемый локальный участок сварного шва нагревается плазмотроном, а тепловое излучение регистрируется радиометром.

Более полную информацию о распределении температур по поверхности сварного соединения дают тепловизоры. Оптическая система тепловизора пред­ставляет собой линзовый объектив, который формирует оптическое изображение объекта по его инфракрасному излучению и фокусирует тепловой поток на поверх­ность приемника излучения. Приемник излучения преобразует падающий на его поверхность лучистый поток в электрический сигнал, который после усиления подается в блок индикации. В целях снижения шумов и влияния температуры окружающей среды на результаты измерений в тепловизорах, как правило, при­меняют охлаждение приемника жидким азотом. Наиболее сложными устройствами в тепловизоре являются системы разверток изображения теплового излучения объекта с помощью вращающейся призмы и колеблющегося зеркала оптико-меха­нической системы.

5. Техническая характеристика тепловизоров

Параметр

ИФ-10ТВ

БТ-1

АГА-750

(Швеция)

Диапазон регистрируемых темпера-

От +30

От +30

От —20

тур. °С

до +200

до +200

до +900

Чувствительность, °С

0,5

0,4

0,2

Поле обзора, градусы

10X5

4,5X4,5

20Х 20

Число кадров в 1 с

12,5

16

25

Мгновенный угол зрения, мрад

3

4

3

Число строк

75

100

280

Рабочая температура приемника из­лучения, °С

— 196

— 196

— 196

Примечание. Питание — сеть переменного частота 50 Гц.

тока: напряжение 220 В;

Видимое изображение теплового рельефа градиента температур получают на экране электронно-лучевой трубки блока индикации. Рабочий диапазон длин волн приемной камеры тепловизора 2,0—5 мкм. Линии одинаковой энергии инфракрас­ного излучения (изотермы) можно анализировать раздельно. Техническая харак­теристика тепловизоров приведена в табл. 5.

Для бесконтактного дистанционного контроля температурных перепадов различных объектов применяются приборы-радиометры. Их принцип работы основан на регистрации потока теплового излучения с площадки поверхности контролируемого объекта, размеры которой определяются мгновенным углом поля зрения радиометра и расстоянием до объекта. Вывод информации производится в аналоговой форме на самописец или цифровой вольтметр. В состав прибора входят: оптический блок с объективом, модулятор, приемник излучения, охлаж­даемый жидким азотом, измерительный усилитель, индикатор.

Диапазон регистрируемых температур для радиометров типа И К-ЮР, ИК.-20Р — 30—700° С, температурная чувствительность 0,5±2° С на уровне 30° С, максимальная погрешность измерения температуры 5%.