W ostatniej dekadzie zaobserwować można rosnące
zainteresowanie termografią aktywną jako nieniszczącą metodą badań materiałów
inżynierskich. Metoda ta jest obecnie najczęściej stosowana do badań materiałów
kompozytowych o osnowie polimerowej w przemyśle lotniczym, w którym występuje
problem kontroli elementów o dużych gabarytach, gdzie tradycyjne metody (np.
techniki ultradźwiękowe) są wprawdzie skuteczne, ale jednocześnie mało wydajne.
W obszarze badań tych materiałów, termografia aktywna jest najczęściej wykorzystywana
do detekcji rozwarstwień, obcych wtrąceń, uszkodzeń wywołanych uderzeniem.
Termografia aktywna jest również z powodzeniem stosowana do wyznaczania
przewodności/dyfuzyjności cieplnej ciał stałych. Pomimo znacznego
rozpowszechnienia termografii aktywnej jest ona nadal uznawana za
niekonwencjonalną i stosunkowo nowoczesną metodę badań, o nie do końca poznanym
jeszcze obszarze zastosowań. Obecnie w wielu jednostkach naukowo-badawczych
prowadzone są prace nad rozwojem tej metody.
Na potrzeby eksperymentu przeprowadzonego w Instytucie Metali Nieżelaznych wytworzono próbki do badań w postaci złączy blach stalowych na zakładkę, stosując trzy różne technologie łączenia: lutowanie płomieniowe, spawanie laserowe, klejenie. Badania termograficzne wykonano stosując układ pomiarowy dwustronny, w którym próbka usytuowana jest pomiędzy kamerą termowizyjną a źródłem ciepła (rys. 1). Zastosowanie takiego układu pomiarowego miało na celu zapewnienie równomiernego nagrzewania powierzchni próbki i w efekcie otrzymanie obrazów termograficznych, jak najdokładniej odzwierciedlających kształt analizowanej wady w połączeniach zakładkowych. W procedurze tej do nagrzewania czołowej powierzchni próbki badanej stosuje się zewnętrzny impuls cieplny (o czasie trwania znacząco krótszym w porównaniu do czasu propagacji ciepła przez grubość próbki badanej) i rejestruje się sekwencje obrazów termograficznych na powierzchni próbki przeciwległej do jej powierzchni nagrzewanej, poczynając od chwili rozpoczęcia nagrzewania. Analogicznie, w zastosowanej procedurze pomiarowej koordynowano czas rozpoczęcia rejestracji obrazów z czasem rozpoczęcia nagrzewania próbki.
Zastosowane stanowisko pomiarowe (rys. 2) zostało zaprojektowane i wykonane na potrzeby realizacji prac związanych z opracowaniem metodologii badań nieniszczących z zastosowaniem termografii aktywnej. Podstawową funkcją tego stanowiska jest kontrolowane nagrzewanie próbki badanej (możliwość regulacji temperatury i czasu oraz ustawiania odległości źródła ciepła od powierzchni próbki) celem uzyskania rozkładu temperatury na wybranej jej powierzchni. Nagrzewanie czołowej powierzchni próbki realizowano za pomocą ceramicznego promiennika podczerwieni o mocy 800 W. Ze względu na dużą bezwładność cieplną tego promiennika został on posadowiony na platformie przesuwanej, co umożliwia każdorazowe oddalanie go od układu mocowania próbki po zakończeniu procesu nagrzewania.
Badania termograficzne wykonano stosując kamerę termowizyjną ThermaCAMTM SC640 (Flir Systems, USA). W badaniach tych nagrzewanie próbki realizowane było z odległości promiennika od powierzchni próbki wynoszącej 30 mm. Z kolei czas nagrzewania dostosowany był do rodzaju próbki badanej i wynosił od 1,0 s (dla próbek lutowanych) do 3,0 s (dla próbek klejonych). Sekwencje obrazów termograficznych rejestrowano z częstotliwością 15 Hz. Do analizy zarejestrowanych sekwencji obrazów użyto oprogramowania Researcher Professional 2.9 (Flir Systems, USA).
Zastosowany w badaniach układ pomiarowy dwustronny, w którym
próbka usytuowana była pomiędzy źródłem ciepła a kamerą termowizyjną,
umożliwiał jednorodne nagrzewanie całej powierzchni próbki, co w efekcie
zapewniło uzyskanie czytelnych obrazów termograficznych. Dla wybranych obrazów
pokazano chwilowe profile temperatury wzdłuż linii pomiarowej, położonej na osi
analizowanego złącza. W przypadku wszystkich próbek badanych otrzymano zadawalające
wartości kontrastu temperaturowego. Na podstawie przedstawionych wyników
eksperymentalnych stwierdzono, że zaproponowana metodologia badań oparta na
pomiarach termograficznych jest skuteczna w ocenie jakości rozpatrywanych
połączeń nierozłącznych.
Autor: Grzegorz Muzia,Sebastian Pawlak
Komentarze
Prześlij komentarz