Мощность нагрева и интенсивность поверхностного теплообмена

Вследствие линейности исследуемых задач теплопроводности как избыточная температура нагрева, так и температурный сигнал над дефектом, прямо пропорциональны поглощенной энергии W, или мощности Q, в то время как температурные контрасты (текущий и нормализованный) не зависят от W(Q).

Во многих случаях, более интенсивный нагрев обеспечивает более качественные изображения дефектов за счет большего отношения сигнал/шум s = ΔT / ΔT_res, или, в более общем случае, отношения сигнал/помеха s = ΔT / ΔT_noise, где ΔT_noise - эквивалентный сигнал помех различного рода, включая собственные шумы приемника излучения, которые определяют величину ΔT_res. Шум ΔT_res является аддитивным, в то время как поверхностные шумы объектов контроля могут в первом приближении считаться мультипликативными. Такими являются шумы, вызванные флуктуациями коэффициента излучения ε, который выступает в качестве сомножителя в соответствующем выражении для выходного сигнала теплового дефектоскопа. В случае строго мультипликативных помех, контраст помехи во времени не изменяется, поэтому он может служить хорошей характеристикой конкретного материала. Однако, в общем случае, уровень помехи изменяется в ходе нагрева, в частности, из-за наличия отраженного излучения и других нелинейных эффектов.

Для тонких или высокотеплопроводных материалов, температурные контрасты слабо зависят от интенсивности теплоотдачи в широком диапазоне значений коэффициента теплообмена. При контроле толстых или низкотеплопроводных материалов более интенсивная теплоотдача на передней поверхности снижает температурные контрасты на этой поверхности. В двухсторонних процедурах сигналы от дефектов слабо зависят от коэффициента теплообмена

Разберем влияние глубины залегания дефекта на оптимальные параметры теплового контроля на примере пластины из углепластика.

Влияние глубины залегания дефекта на оптимальные параметры теплового контроля

На передней поверхности (график выше) температурный сигнал резко спадает с ростом глубины залегания дефекта l. Если принять типичное температурное разрешение ИК прибора равным 0.1°C, предельная глубина обнаружения составит около 3 мм. Этот вывод справедлив для избыточной температуре поверхности в конце нагрева около 110°C, так как при дальнейшем нагреве изделие из углепластика может разрушиться,

Что касается оптимального времени наблюдения τ_m, то оно возрастает с увеличением глубины залегания дефекта l.

Толщина дефекта d в направлении распространения основного теплового потока является всего лишь одним из размеров дефекта, которые в целом существенно влияют на максимум температурного сигнала ΔTm и оптимальное время контроля τ_m.

Дефекты достаточно больших поперечных размеров могут приводить к одномерному течению тепла через дефект. В литературе по тепловому контролю известно приближенное правило, согласно которому с помощью теплового метода можно обнаружить дефекты, поперечный размер которых по крайней мере вдвое превышает глубину их залегания, т.е. 2r_d / l > 2.

Рисунок ниже иллюстрируют этот вывод, поскольку именно со значений 2r_d / l ≤ 2 начинается резкий спад максимум температурного сигнала ΔT_m.

Влияние ширины дефекта на параметры теплового контроля