Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние аппаратурного и теоретического обеспечения теплового метода неразрушащего контроля и задачи исследований 9
1.1. Характерные особенности структуры и физических свойств объекта исследования 9
1.2. Общая характеристика тепловых методов неразрушащего контроля 12
1.3. Современный уровень развития способов нагрева материалов и изделий, применяемых при тепловом неразрушающем контроле 16
1.4. Специфика аппаратуры теплового неразрушащего контроля и пути ее совершенствования 22
1.5. Анализ результатов теоретических исследований теплового неразрушащего контроля 28
1.6. Постановка задачи исследований 33
2. Исследование основных способов активного теплового контроля пленочных покрытий на основе их математического моделирования 36
2.1. Аналитический расчет установившегося температурного поля пленочных покрытий для двустороннего способа активного теплового контроля 36
2.2. Критерий выявляемости дефекта для активного теплового контроля пленочных покрытий 40
2.3. Условия рационального применения двустороннего способа активного теплового контроля пленочных покрытий со стационарным нагревом подложки 42
2.4. Моделирование нестационарных температурных полей для двустороннего способа активного теплового контроля пленочных покрытий 47
2.5. Оценка предельной чувствительности двустороннего способа активного теплового контроля пленочных покрытий 51
2.6. Математическая модель одностороннего способа активного теплового контроля пленочных покрытий с нагревом движущимся тепловым пучком 59
2.7. Критерий оптимального режима работы аппаратуры одностороннего активного теплового контроля с нагревом движущимся тепловым пучком 65
2.8. Влияние микрорасслоений на локальную температуру катодно-подогревательного устройства 71
2.9. Краткие выводы по главе 75
3. Разработка и исследование комгоіжса аппаратуры для активного теплового контроля пленочных покрытий 78
3.1. Портативная тепловизионная установка для активного теплового контроля выеокотемпературных пленочных покрытий 78
3.2. Портативная тепловизионная установка для активного теплового контроля катодно-подогревательных устройств 84
3.3. Технические характеристики портативных тепловизионных установок и методика их определения 86
3.4. Сканирующая установка высокого разрешения для активного теплового контроля пленочных покрытий малогабаритных аксиально-симметричных изделий 92
3.5. Технические характеристики сканирующей установки высокого разрешения для активного теплового контроля пленочных покрытий малогабаритных аксиально-симметричных изделий 104
3.6. Краткие выводы по главе 110
4. Практическое осуществление активного теплового контроля пленочных покрытий 112
4.1. Оценка требований к аппаратуре экспресс-контроля пленочных покрытий конкретных изделий при двусторон нем способе активного теплового контроля 112
4.2. Методика и результаты пршленения двустороннего способа активного теплового контроля со стационарным нагревом подложки для экспресс-контроля карбид-кремние вых и пирографитовых покрытий 117
4.3. Метрологические основы применения двустороннего способа активного теплового контроля со стационарным нагревом подложки для контроля качества карбид-кремниевых покрытий 122
4.4. Активный тепловой экспресс-контроль изотермичности эмиссионных покрытий катодно-подогревательных устройств 126
4.5. Документированный активный тепловой контроль температурного режима эмиссионных покрытий катодно-подогревательных устройств 130
4.6. Инфракрасный нагреватель для одностороннего способа активного теплового контроля пленочных покрытий 134
4.7. Односторонний активный тепловой контроль карбид-кремниевых покрытий на металле 137
4.8. Краткие выводы по главе 141
5. Выводы по работе 146
6. Литература 149
Приложения 168
- Современный уровень развития способов нагрева материалов и изделий, применяемых при тепловом неразрушающем контроле
- Критерий выявляемости дефекта для активного теплового контроля пленочных покрытий
- Портативная тепловизионная установка для активного теплового контроля катодно-подогревательных устройств
- Методика и результаты пршленения двустороннего способа активного теплового контроля со стационарным нагревом подложки для экспресс-контроля карбид-кремние вых и пирографитовых покрытий
Современный уровень развития способов нагрева материалов и изделий, применяемых при тепловом неразрушающем контроле
Во всех тепловых методах неразрушащего контроля важную роль играет используемый источник тепловой энергии. Этот факт на-шел свое отражение в том, что принятое разделение тепловых методов на активные и пассивные осуществлено с учетом особенностей известных способов нагрева.
Как активные, так и пассивные методы подразделяются в зависимости от того, основаны они на принципах стационарного или нестационарного теплового режима [б2] . В результате такой систематизации вся совокупность тепловых методов неразрушающего контроля разбивается на четыре группы. Каждая группа объединяет методы, использующие один из нижеперечисленных способов нагрева: а) пассивный стационарный; б) пассивный нестационарный; в) активный стационарный; г) активный нестационарный. Дополнительно к перечисленным, авторы работы [181] выделяют квазистационарный способ создания теплового поля.
Изделия, испытывающие пассивный стационарный нагрев, оказались первыми объектами, на которых опробовали ТНК. Были созданы устройства, обнаруживающие неисправные буксы движущихся железнодорожных вагонов по их перегреву за счет усиленного выделения диссипативного тепла [5-19] . Впоследствии выделение диссипативного тепла под нагрузкой в покрышках автомобильных и авиационных колес было использовано для выявления внутренних трещин и отслоений прядей корда [63-66].
Весьма типичен случай пассивного стационарного нагрева изделия джоулевым теплом. Анализ температурных полей работающих кон тактных соединений высоковольтных линий электропередачи [20-21 , устройств тягового электроснабжения железных дорог [159] , силовых полупроводниковых приборов [ібб] , электроакустических преобразователей [182] , малогабаритных проволочных и пленочных резисторов [б7-68, 50] , радиоэлектронных и интегральных схем [46-49] позволяет выделить составные элементы контролируемого объекта, которые изменили характеристику под нагрузкой, работают в отличном от нормального тепловом режиме или вышли из строя.
Наконец, тепловые методы, применяемые для оценки состояния , футеровки печей, степени ржавления бойлерных труб [69] и для контроля изотермических вагонов [157-158] также следует отнести к группе пассивных стационарных методов ТНК.
В отличие от пассивного стационарного нагрева, пассивный нестационарный нагрев контролируемых изделий и материалов не получил в тепловой интроскопии сколько-нибудь широкого использования, і В настоящее время область его применения ограничивается решением задач о контроле качества конструкционных материалов по темпера- , турным полям при изучении процессов нагружения и разрыва [18б] , о непосредственном контроле сварных соединений [183] и процесса микросварки выводов интегральных схем [70] , об определении качества точечной сварки в условиях производства [71-73] , о выявлении внутренних дефектов отливок и горячекатанных материалов при их изготовлении [74, 184] , а также усталостных трещин в образцах при стендовых испытаниях без выключения циклической нагрузки [І85]. Возможность включения ТНК в производственный процесс является несомненным достоинством пассивных тепловых методов нагрева. Однако характер публикуемых работ показывает, что эта группа методов ТНК на современном этапе своего развития используется в основном для установления факта дефектности контролируемого объекта и лишь изредка с их помощью судят о качестве и надежности послед него.
Наряду с естественными, для целей интроскопии широко используются искусственные температурные поля. Они возбуждаются путем I активного нагрева специальным источником, принцип действия,режим работы и место приложения которого варьируют в зависимости от особенностей контролируемого изделия.
Активный стационарный нагрев внешним источником применяется, к изделиям, имеющим как односторонний, так и многосторонний доступ. Последние позволяют расположить нагреватель и регистрирующее устройство в соответствии с условиями, при которых наблюдается "теневое изображение" дефекта. Такой способ контроля получил название двустороннего АТК [181] .
С помощью двустороннего АТК был проведен контроль охлаждающих панелей [59] , термоизолирующих.покрытий носовых конусов ракет [75] и паяных соединений титановых листов [187] . Во всех случаях регистрировалось температурное поле наружной поверхности изделия, при этом активный стационарный нагрев осуществлялся за счет циркуляции горячей жидкости или газа по его внутренним полостям. Удобными источниками тепла оказались термоплиты, на которых укреплялись механические детали в виде пластин [7б] и слоистые структуры из листовых металлов [77] , имеющие дефекты типа нарушения сплошности. Как и в предыдущих работах, контроль образцов производился со стороны, противоположной нагретой поверхности.
Расположение контролируемого объекта между нагревателем и регистрирующей аппаратурой обеспечивает наилучшую выявляемость дефекта [148, 187-188] . Поэтому, когда при контроле стального проката, многослойных структур из углепластика, клееных и паяных соединений и сотовых структур был применен лучистый стационарный нагрев [78, 165, 187-189] , лампы накаливания и тепловизор также устанавливались по разные стороны контролируемого изделия.
Для решения ряда задач, связанных с выявлением внутренних дефектов металлических изделий, применяются методы АТК, предусма- тривающие внутренний стационарный нагрев за счет джоулева тепла, выделяемого током [190] .
На этом принципе разработаны установки, позволяющие опреде-: лять качество многослойных печатных плат [79] , тонкой проволоки и микропровода [28-30, 80-81] путем индикации теплового излучения. Здесь для нагрева неизолированных изделий используется контактный подвод постоянного или переменного тока постоянной амплитуды, а при наличии изоляции применяется емкостной подвод к проволоке токов высокой частоты [30] . Наличие в металле подповерхностных дефектов типа пустот, раковин, непроводящих включений контролируется "электротермическим" методом [82, 191,192] . К поверхности турбинной лопатки, стального бруска или сваренного стального листа надежно прикрепляют электроды, между которыми пропускают переменный ток, либо осуществляют нагрев токами высокой частоты. Из-за скин-эффекта происходит преимущественное выделение тепла в поверхностном слое металла, при этом подповерхностный дефект вызывает локальное уве-личение плотности тока и повышенный нагрев прилегающего участка поверхности, что легко обнаруживается обычными приемами регистрации температурных полей.
Активные стационарные методы ТНК основаны на сообщении изделию теплового воздействия, распределенного по объему или поверхности [193] . Эта особенность сохраняется в родственной группе нестационарных методов, когда для увеличения чувствительности от установившегося режима работы нагревателя переходят к импульсному. В этом случае традиционным оказывается применение электри ческого тока, который подается или на само изделие [51, 167, 194-196] , или на термочувствительные элементы, плотно прижимаемые к наружной поверхности последнего [60, 83, 197] . Обладая малой теплоемкостью, такие термопреобразователи при выключении тока быстро отдают тепло испытуемому образцу и в дальнейшем воспроизво дят изменение температуры на его поверхности [75] . Импульсный контактный нагрев термопреобразователями полезен, когда важно исключить влияние излучательной способности, и теряет свои преимущества при контроле изделий с однородными поверхностями. В подобной ситуации более рациональным становится кратковременный нагрев излучением ламп накаливания [84-85] .
Рассмотренные способы активного нестационарного нагрева самостоятельной области применения не имеют. Как и способы, обеспечивающие активный стационарный нагрев, они используются для выявления дефектов микросхем, при исследовании керамических и композитных материалов типа вискозного войлока, пропитанного углеродом (CVD ), а также для неразрушающего контроля клеевых соединений в плоскослоистых стекло-металлических и металлических структурах.
Активные тепловые методы неразрушающего контроля, основанные на принципе нагрева-охлаждения всего изделия или одной из его поверхностей, фактически не приемлемы при контроле изделий больших габаритов и сложной формы. Поэтому на практике получили широкое применение нестационарные методы, использующие сосредоточенное тепловое воздействие непрерывно работающего источника, место приложения которого непрерывно смещается по поверхности детали.
Критерий выявляемости дефекта для активного теплового контроля пленочных покрытий
Скрытые протяженные дефекты пленочных покрытий "проявляются" стационарными тепловыми потоками, идущими от нагретой подложки, в виде нарушений однородности температурного поля его поверхности. Нашей задачей является анализ условий, при которых происходит разогрев покрытия, с целью определения оптимума, обеспечивающего наилучшее "проявление" дефекта. Распределение температуры по поверхности контролируемого изделия фиксируется аппаратурой ИК радиационного контроля. Эффективность обнаружения "проявленного" дефекта зависит от температурной чувствительности аппаратуры, т.е. от величины минимальной обнаруживаемой разности температур поверхности. Поскольку температурная чувствительность радиационной ИК аппаратуры зависит от степени разогрева визируемого объекта , для описания температурных полей удобно пользоваться понятием относительной температуры, введенном нами в работе [122]. Относительная температура поверхности пленочного покрытия где Т - температура поверхности на контролируемом участке покрытия; Tg - температура поверхности на бездефектном участке покрытия. Величина изменения относительной температуры пленочного покрытия при переходе от бездефектного участка на дефект где Тд - температура поверхности на дефектном участке, является количественной характеристикой температурных контрастов, т.е. степени "проявления" дефекта. В задачах АТК данный подход к описанию и последующему анализу температурных полей был впервые предложен нами в работе [122].
Позднее в работах [ИЗ, 117] величина д0 была названа критерием выявляемости дефекта. Критерий выявляемости дефекта Д0 по установившемуся температурному полю поверхности покрытия для двустороннего способа АТК пленочных покрытий согласно (2.II) - (2.13) представляет собой функцию обобщенных переменных ( В і , ) Область значений д0 0 соответствует значениям 0 I и, как следует из (2.10), связана с дефектами, имеющими теплопроводность меньше теплопроводности основного материала А2 .Эти дефекты "проявляются" как относительно холодные пятна на разогре- той поверхности покрытия. В свою очередь для дефектов, теплопроводность которых больше теплопроводности покрытия, дО 0, т.к. в этом случае I . Такие дефекты "проявляются" как относительно горячие пятна. Отсутствие дефекта, когда Х0 =0, \= \А » = I, приводит к исчезновению температурных рельефов, чему соответствует Д0 =0. Основное внимание при контроле качества пленочных покрытий уделяют обнаружению дефектов, значительно влияющих на их механическую прочность - посторонних включений и отслоений от основы. Температурные рельефы покрытий с отслоениями характеризуются значениями д0 0 (тепловое сопротивление отслоения больше теплового сопротивления покрытия). Имея в виду тот факт, что отслоения характерны для любой пленки, а для таких плохо адгезирующих покрытий, как карбид кремния на металле, они вообще являются типичными дефектами, ограничимся рассмотрением случая 0 Є I. Графики зависимости д 6 (BL , Є ), описывающей температурные рельефы покрытий с отслоениями, приводятся на рис.2.2 и 2.3. Поскольку численные значения коэффициента теплопроводности л и коэффициента теплоотдачи меняются в широких пределах [127],се-мейство кривых построено для значения критерия Био 10 ч ВС 10 . Чувствительность тепловых контрастов к величине дефекта при постоянном можно охарактеризовать отношением [123] дв(В.,/гО/д0(В!.,) , где n = (l-K)+K .
Оно показывает, во сколько раз меняется величина д9 при изменении величины дефекта в К раз. Численные значения этого отношения для случая 50% увели- \ чения дефекта (К= 1,5) представлены графически на рис.2.4 [123]. Анализ полученных результатов выявляет характерную особен- . ность рассматриваемых температурных рельефов: чувствительность і контрастов к изменению величины дефекта ничтожна в области "больших" дефектов, определяемых условием Є« Bi- , и сравнительно велика в области "малых" дефектов, когда е Ы . Таким образом, если теплопроводность дефекта и покрытия, а также толщина и теплоотдача последнего известны, выполнение требования Є Ы позволяет выделить область значений XQ , для которых количественные измерения будут достаточно эффективными: Практически это означает, что двусторонний способ АТК пленочных покрытий при стационарном нагреве подложки может использоваться с целью определения величины дефекта покрытия лишь при условии предварительной оценки интервала значений Х0 на основе (2.17). Степень "проявления" дефекта зависит от величины критерия Био. При контроле конкретного покрытия, согласно (2.9) , возможно изменить значения Ы , изменив теплоотдачу покрытия (например , за счет обдува). Увеличение степени "проявления" дефекта, связанное с увеличением ск в m раз при фиксированном , охарактеризуем отношением д0(т8і.,)/д0(В,) , показывающим, во сколько раз меняется при этом величина д8 .
Результаты соответствующих расчетов для случая пятикратного увеличения теплоотдачи покрытия (т =5), представлены графически на рис.2.5 [l23]. Здесь выявляется вторая особенность исследуемых температурных рельефов: наибольшие значения отношения д0(тВі,)/д0(ВІ,) достигаются в области BL и не превышают m ; в области Bi эти значения близки к I. Следовательно, использование устроств, I увеличивающих теплоотдачу покрытия с целью увеличения тепловых контрастов, является наиболее целесообразным, пока выполняется условие BL « . Таким образом, для двустороннего способа АТК пленочных покрытий со стационарным нагревом подложки и интенсивным обдувом поверхности представляется оправданной последующая разработка мето-) дики измерения сравнительно малых отслоений. Имеющийся опыт применения АТК показывает, что одним из основных направлений повышения чувствительности способа является развитие специализированной аппаратуры, предназначенной для контроля однотипных изделий. В отличие от тепловизионных устройств, такая аппаратура регистрирует температурные рельефы в переходном режиме нагрева или охлаждения объекта контроля. Оценим требования, предъявляемые к специализированной аппаратуре АТК изделий с пленочными покрытиями. Поскольку основные закономерности переходных процессов, характерных для данной физической системы, наиболее выпукло проявляются в ее реакции на резкое изменение значений соответствующих параметров, рассмотрим нестационарную задачу теплопроводности для двустороннего способа АТК пленочных покрытий со ступенчатым нагревом подложки. Пусть плоское термическое пленочное покрытие нанесено на массивную подложку из материала с большой температуропроводностью тогда в любой момент времени температуру подложки можно считать всюду одинаковой. Ограничимся рассмотрением плоской модели слоисто-однородно- . го покрытия, по-прежнему придерживаясь обозначений 0 , Х09 I для границ подложка - покрытие, дефект - покрытие и покрытие - окружающая среда соответственно (рис.2.1) [147]. Нахождение температуры поверхности покрытия для бездефектного и дефектного участков сводится тогда к построению решения одномерного уравнения теплопроводности
Портативная тепловизионная установка для активного теплового контроля катодно-подогревательных устройств
Особое место среди изделий с пленочными покрытиями занимают КПУ современных электронно-вакуумных приборов. На конечных этапах активировки и в рабочем режиме, когда катод разогрет выше 300С для визуализации его теплового изображения наиболее целесообразно использовать приемники изображения работающие в ближней ИК области. Ввиду относительно малых размеров объектов контроля основным критерием, определяющим выбор приемника, является его разрешающая способность. Учитывая также, что портативная тепловизионная установка, будучи надежной и простой в эксплуатации, не должна требовать длительной подготовки к рабоче ка му режиму, мы остановили свой выбор на одномерном ЭОП с электростатической фокусировкой и соответствующим образом модернизировали вышеописанную конструкцию [I4l] . Блок-схема портативной тепловизионной установки для АТК КПУ приводится на рис.3.5. Изображение нагретой эмиссионной поверхности КПУ І в собственном ИК-излучении зеркальным объективом типа Кассегрена проектируется на фотокатод ЭОПа 3. Видимое на эк- ране ЭОПа изображение наблюдается через выдвижную окулярную сие- \ тему 4 и при необходимости фотографируется камерой 5. Зеркальный объектив имеет переменное фокусное расстояние и обеспечивает разрешение не хуже 85 лин/мм [іЗб]. Фокусировка изображения осуществляется перемещением зеркала 26. Конструктивно установка выполнена в виде двух блоков. Опти- , ческая головка с вмонтированными в нее ЭОПом подвижно укреплена і на переносном штативе и подсоединена кабелем к высоковольтному блоку. Общий вид портативной тепловизионной установки для АТК КПУ приводится на рис.3.б. Высоковольтный выпрямитель установки, предназначенный для питания ЭОПа, обеспечивает напряжение 30 кВ при токе не менее 1,5 мкА. Исключительно малый ток, потребляемый нагрузкой (доли микроампера) , позволил предельно упростить схему выпрямителя без заметного увеличения пульсаций выходного напряжения: он состоит из высоковольтного трннсформатора 220/3000
В и схемы .выпрямления с 12-кратным умножением напряжения. Основными техническими характеристиками тепловизионной установки, определяющими область ее применения, являются геометрическое разрешение, минимальная рабочая температура и температурная чувствительность [132]. Геометрическое разрешение портативных тепловизионных установок для АТК высокотемпературных пленочных покрытий Ry можно оценить по известной формуле Катца [133] где R0 - разрешающая способность объектива; Яэ - разрешающая способность ЭОП. В настоящее время R9 определяется по штриховым мирам 100% контраста [102], т.к. методика измерения частотно-контрастных характеристик ЭОП находится в стадии разработки [134-135]. Для используемого в установках ЭОП П5-І по паспортным данным Кая ШГ В портативной тепловизионной установке для АТК высокотемпературных пленочных покрытий предусмотрено использование серийного объектива 0КП-І с разрешающей способностью R = 34 лин/мм. В свою очередь зеркальный объектив портативной тепловизионной установки для АТК КПУ имеет разрешающую способность RQ = 85 лин/мм. Согласно (3.1) данная элементная база установок ограничивает их геометрическое разрешение Ry значениями: портативная тепловизионная установка для АТК высокотемпературных пленочных покрытий Ry = 20 лин/мм; портативная тепловизионная установка для Для определения минимальной рабочей температуры Tmln и температурной чувствительности портативных тепловизионных установок дТ нами впервые была предложена методика, использующая многоточечный измерительный низкотемпературный ИК-источник [216,122,124]. Это устройство (рис.3.7) состоит из сплошного металлического цилиндра I, имеющего на концах нагреватели 2 и 3 из нихромовой проволоки, намотанной на слюдяные изолирующие прокладки 4. В средней части цилиндра просверлен ряд отверстий 5, в которые вставлены термометры 6. Конические окна 7 просверлены перпендикулярно к отверстиям таким образом, чтобы можно было видеть головки термометров. Коническая форма окон выбрана для того, чтобы исключить і попадание теплового излучения боковых стенок на измерительные го-ловки термометров. Цилиндр вместе с нагревателями покрыт толстой теплоизолирующей (асбестовой) оболочкой 8. Нагреватели имеют наибольшую мощность 300 и 50 Вт соответственно. Это позволяет регулировкой питающего их напряжения получать любые температурные градиенты в диапазоне 200 - 400С. Головки термометров зачернены. Толщина теплоизолирующей оболочки такова, что при разогреве головок термометров вплоть до 400 температура поверхности оболочки остается ниже 180, поэтому ЗОП регистрирует излучение только от нагретых головок термометров, имеющих диаметр 5 мм. Основными режимами эксплуатации портативных тепловизионных установок являются режим визуального наблюдения и фоторегистрационный.
В случае визуального режима эксплуатации определение минимальной рабочей температуры Tm-in Ви5 и температурной чувствительности дТВИз производилось 5 независимыми наблюдателями, которым предлагалось для рассматривания изображение на экране Э0П марок температуры. Наименьшая рабочая температура установки соответствует температуре последней видимой головки термометра, а температурная чувствительность - наименьшей разности температур головок термометров, яркости изображений которых уверенно различаются глазом.
Ниже приведены полученные таким образом усредненные значения искомых характеристик вместе с указанием диапазона рабочих температур Траб Для которого они определялись
Методика и результаты пршленения двустороннего способа активного теплового контроля со стационарным нагревом подложки для экспресс-контроля карбид-кремние вых и пирографитовых покрытий
Метрологические службы не располагают поверочными эталонами для установок неразрушающего АТК [223]. Поэтому испытания и аттестация портативной тепловизионной установки экспрессного АТК высокотемпературных пленочных покрытий были проведены по методике образца-свидетеля. В основе своей это серийное изделие с искусственными дефектами. Характеристики дефектов подбирались так, чтобы можно было - определить реальное значение порога чувствительности портативной тепловизионной установки экспрессного АТК высокотемпературных пленочных покрытий и сравнить его с расчетным; - убедиться в фактической надежности работы портативной тепловизионной установки экспрессного АТК высокотемпературных пленочных покрытий при обнаружении отслоений, соответствующих порогу дискриминации; - проверить справедливость вывода относительно независимости критерия выявляемости отслоения (4.1) от толщины покрытия. Образец-свидетель был изготовлен в ЦНИИМ. Это металлическая трубка диаметром 10 мм с наружным карбид-кремниевым покрытием, толщина которого меняется ступенькой от 300 до 150 мкм (рис.4.4). Покрытие имеет три поперечные полосы отслоения шириной 3 мм. Они были получены в результате выгорания при отжиге слоев органического лака толщиной 10, 20 и 35 мм, нанесенных под покрытие на основу в районе ступеньки. Для нагрева металлической основы был изготовлен понижающий трансформатор. Образец-свидетель разогревался до температуры, близкой 400С, при этом применялся воздушный обдув, увеличивавший теплоотдачу покрытия до 160 Вт/м .К.
Поскольку портативная тепло-визионная установка имеет дТвиі = 25 К, из (2.15) и (4.1) получа-ем тогда расчетное значение порога чувствительности портативной тепловизионной установки экспрессного АТК высокотемпературных пленочных покрытий X0fnih йи3 = 15 мкм. Изображение дефектной зоны карбид-кремниевого покрытия образца - свидетеля, полученное на экране портативной тепловизионной установки экспрессного АТК высокотемпературных пленочных покрытий, приводится на рис.4.5. В полном соответствии с предварительной оценкой порога чувствительности, отслоения с околопороговыми значениями 10 и 20 мкм еще выявляются, хотя и с трудом. Последнее обстоятельство объясняется тем, что коэффициент черноты покрытия из карбида кремния (0,90 - 0,92) несколько меньше коэффициента черноты сажевого покрытия головок термометров (0,95 - 0,96), использованных для определения температурных характеристик портативной тепловизионной установки. В результате за фактический порог чувствительности портативной тепловизионной установки экспрессного АТК высокотемпературных пленочных покрытий принимается величина о win виз = МЕМ» которая совпадает с расчетной. В отличие от околопороговых дефектов, полоса отслоения толщиной 35 мкм регистрируется уверенно. Тем самым безусловно удовлетворяется условие отбора негодных изделий :оэ 30 мкм, что свидетельствует о фактической надежности выявления продукции с недопустимо большими дефектами. Здесь уместно отметить, что в области визуально наблюдаемых отслоений при дальнейших испытаниях образцов в процессе многочисленных циклов нагревания и механических воздействий появляются нарушения целостности покрытия.
Наконец, равномерная по всему полю плотность изображения образца - свидетеля не позволяет определить, где нанесено более і толстое покрытие. Таким образом предварительный теоретический вывод о независимости вызванных отслоениями поверхностных температурных контрастов от толщины покрытия, подтверждается экспериментально. Наряду с карбид-кремниевым, на наличие отслоений контролировалось пирографитовое покрытие графитовых вкладышей (см.рис.4. Создание в объеме вкладыша тепловых потоков, нормальных к плоскости пирографитового покрытия, охлаждаемого естественным образом, обеспечивалось специальной электропечью, которая обогревала поверхности, не покрытые пирографитом. Визуальный экспресс-контроль наличия отслоений осуществлялся по наблюдаемым на экране ЭОПа изображениям поверхности разогретых покрытий в собственном инфракрасном излучении. Ввиду того,что излучательная способность мало меняется по всей площади покрытия, бездефектное изделие дает изображение, имеющее равномерную яркость по всему полю. Если даже на некотором участке имеет место отслоение покрытия или плохой тепловой контакт с основой, на изображении появляются более темные пятна, воспроизводящие форму дефектных областей. Тепловые фотографии бездефектного и дефектного графитовых вкладышей с пирографитовым покрытием приведены на рис.4.6 и 4.7. На обоих снимках яркое внешнее кольцо и центральный круг соответствуют излучению графитовой основы и центрального отверстия изделия. Широкое кольцо, дающее изображение покрытия, имеет одинаковую яркость по всей площади только на фотографии бездефектного вкладыша. Для дефектного вкладыша тепловое изображение выявляет наличие обширных отслоений покрытия, причем прослеживается область отслоения, значительного по толщине (наиболее темный участок изображения). Трещинам покрытия (которые обнаруживаются так- же и при непосредственном осмотре) соответствуют резкие границы , между светлыми и темными участками.
