Инженерные основы теплового контроля. Опыт практического применения

            З.Г. Салихов, О.Н. Будадин, Е.Н. Ишметьев, А.П. Щетинин,  
              Т.Е. Троицкий-Марков, Е.В. Абрамова  
      
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                ИНЖЕНЕРНЫЕ ОСНОВЫ 
                ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ. 
               ОПЫТ ПРОМЫШЛЕННОГО 
                    ПРИМЕНЕНИЯ 
                           
                         
      
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                           
                      Москва, 2008 г. 
      
      

      УДК 62-52:519.122 
      С16 
                             Рецензенты: 
                  член-корреспондент   РАН     Н.А. МАХУТОВ,  
                                  член-корреспондент   РАН  Э.С. ГОРКУНОВ 
                                
          Инженерные основы теплового контроля. Опыт практического примене      ния:       Монография    /   З.Г. Салихов,   О.Н. Будадин,     Е.Н. Ишметьев,  
      А.П.  Щетинин,  Т.Е.  Троицкий-Марков  и  Е.В.  Абрамова, - М.:  ИД 
      МИСиС, 2008, - 476 с. 
       
          В монографии обобщены и систематизированы современные достижения 
      в области метода и средств теплового неразрушающего контроля с точки зре      ния его широкого практического применения в различных отраслях промыш      ленности.  
          Представлен комплексный инженерный подход к созданию технологий 
      теплового контроля: от теоретических основ, включающих теорию инфракрас      ного излучения, инженерный расчет параметров теплового контроля и опти      мальное построение систем, аппаратуры и методик, до нормативно-правового 
      обеспечения и методической базы  с учетом последних нормативных докумен      тов. 
          Приведены примеры разработки основ методик теплового контроля тех      нического состояния и энергоэффективности и опыт практического применения 
      в  различных  отраслях  промышленности:  металлургии,  строительстве,  ЖКХ, 
      электроэнергетике,  теплоэнергетике,  контроля  потенциально  опасных  специ      альных объектов и т.п.  
          Монография предназначена для  специалистов, аспирантов и студентов, 
      разрабатывающих методики, изучающих и применяющих на практике   метод и 
      средства теплового неразрушающего контроля в различных отраслях промыш      ленности для оценки технического состояния материалов, изделий и конструк      ций.  
                                
      Без объявления 
       
      ISBN 978-5-87623-207-6             © З.Г. Салихов, О.Н.Будадин,  
                                                                 Е.Н. Ишметьев, А.П.Щетинин, 
                                                                 Т.Е. Троицкий-Марков, 
                                                                 Е.В. Абрамова 
                                                           © Издательский Дом МИСиС, оформление, 2008 
       
                                
      2 

                                         Вступительное слово  
                                                      
                  В последние пятнадцать лет в России наметилась тенденция увеличения 
          числа техногенных аварий и катастроф. 
                  Одна из основных причин этого явления - большая изношенность основ          ных фондов (на некоторых предприятиях уровень износа составляет до 80%). 
          По различным оценкам стоимость восстановления основных фондов в России в 
          настоящее время составляет  сумму более 800 млрд. долларов США. 
                  Единственным способом снижения роста техногенных аварий и катаст          роф является 100% контроль и диагностика технического состояния с опреде          лением остаточного ресурса  изделий и конструкций  на всех стадиях их произ          водства и эксплуатации. Своевременно обнаружить и распознать потенциально 
          опасные зоны, узлы, детали – значит  принять превентивные меры по ремонту 
          не всего объекта в целом, а его конкретной части. 
                  Инвестиционная привлекательность, а, следовательно, и высокий инно          вационный потенциал этой сферы обеспечивается тем, что общественное зна          чение диагностики и неразрушающего контроля будет интенсивно возрастать 
          по мере старения основных фондов, устойчивого роста тарифов и цен на энер          гоносители. 
                  В настоящее время акцент делается на создание компьютеризированной 
          аппаратуры контроля и методов первичной обработки информации, и практи          чески отсутствуют разработки методов анализа внутренней структуры материа          лов и изделий на основе данных неразрушающего контроля. 
                  В настоящей монографии даны инженерные основы принципиально но          вых технологий и программно-аппаратных средств для решения широкого кру          га задач по комплексной диагностике состояния городского хозяйства и про          мышленных объектов со сложными эксплуатационными характеристиками, в 
          т.ч. с обнаружением и распознаванием параметров внутренних дефектов на ос          нове  прогрессивного  метода  тепловой  дефектометрии,  с  численной  оценкой 
          фактического состояния зданий, сооружений, технических устройств и их оста          точного эксплуатационного ресурса. 
                  Безусловно данная монография выходит в  печати своевременно и будет 
          с пользой служить для обучения и аттестации широкого круга специалистов в 
          области диагностики эксплуатационного состояния строительных, энергетиче          ских и промышленных объектов. 
                   
          Президент      Российского         Общества     
          Неразрушающего    Контроля  (РОНКТД),   
          Президент 10 ECND, член  Европейской   
          академии,     директор     ЗАО «НИИИН   
          МНПО «Спектр»,  академик  РАН,  д.т.н.,                      В.В.Клюев 
          проф. 
           
                   
                                                                                              3 

                            ОГЛАВЛЕНИЕ 
         ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................8 
         Глава 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ 
         ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ 
       1.1 Понятия теплового контроля (ТК). Классификация и задачи. 
         Неразрушающий контроль и безопасность эксплуатации..............................11 
       1.2 Термины и определения.....................................................................................23 
       1.3 Организация контроля........................................................................................27 
       1.4 Квалификация персонала...................................................................................28 
       1.5 Требования безопасности...................................................................................29 
         Глава 2 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.....................30 
       2.1 Спектр электромагнитных колебаний и энергетические величины..............30 
       2.2 Законы теплового излучения.............................................................................31 
       2.3 Схема теплового контроля объектов ................................................................36 
       2.4 Коэффициент излучения....................................................................................37 
       2.5 Двухканальный способ регистрации теплового излучения............................48 
       2.6 Прохождение теплового излучения через атмосферу.....................................51 
         Глава 3 ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ  
         ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ............................................................................52 
       3.1 Моделирование процесса теплового контроля................................................52 
       3.1.1 Моделирование процесса обнаружения внутренних дефектов 
         многослойных объектов по анализу температурных полей...........................52 
       3.1.2 Моделирование процесса  тепло- и влагопереноса во время 
         фазовых переходов  жидкость - твердое тело в многослойных 
         объектах...............................................................................................................62 
       3.2 Метод обнаружения дефектов на фоне структурных 
         неоднородностей и помех..................................................................................68 
       3.2.1 Быстрый алгоритм обнаружения аномалий..................................................68 
       3.2.2  Построчная и матричная обработка измерений...........................................70 
       3.2.3  Разработка алгоритмов выделения аномальных участков..........................72 
       3.2.4  Разработка алгоритмов оценки индивидуальных характеристик 
         аномалий..............................................................................................................73 
       3.3 Исследование и разработка метода обнаружения плоских контуров 
         аномальных участков при тепловом контроле.................................................73 
                                     точкам и воспроизведения 
       3.3.1 Математические модели построения по 
         кривых..................................................................................................................73 
       3.3.2  Интерполирование с помощью многочленов...............................................74 
       3.3.3  Построение контуров с применением многочленов Безье .........................75 
       3.3.4  Определение контуров с применением дуг окружности............................76 
       3.4  Основные закономерности ТК..........................................................................77 
       4 

         Глава 4 ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ И АППАРАТУРЫ 
         ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ....................................................83 
       4.1 Системный подход к проектированию программно-аппаратных 
         комплексов  ТК...................................................................................................83 
       4.2 Промышленные системы ТК.............................................................................84 
       4.3 Системы построения изображений в инфракрасном диапазоне 
         спектра.................................................................................................................87 
       4.4 Приемники ИК излучения..................................................................................89 
       4.5 Оптические системы тепловизоров.................................................................101 
       4.6  Теплогенераторы для активного ТК объектов..............................................107 
       4.7 Основные характеристики тепловизоров.......................................................116 
       4.8 Спектральная передаточная функция оптико- электронного канала 
         тепловизионных технических средств............................................................119 
       4.9 Определение порогового значения сигнала для обнаружения 
         дефектов в процессе ТК...................................................................................122 
       4.10 Период проведения измерений при тепловом контроле.............................127 
       4.11 Методические аспекты выбора аппаратуры для проведения ТК...............130 
       4.12 Средства теплового контроля........................................................................140 
       4.13 Программно-аппаратный мультизадачный мобильный комплекс 
         диагностики технического состояния потенциально опасных 
         объектов.............................................................................................................151 
         Глава 5 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ 
         ДОСТОВЕРНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ 
         ОБЪЕКТОВ И МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ АТТЕСТАЦИЯ 
         МЕТОДИК ТЕПЛОВОГО  КОНТРОЛЯ...................................................156 
       5.1 Методические основы анализа и оценки характеристик реальных 
         дефектов объектов контроля............................................................................156 
       5.3 Определение достоверности результатов контроля в условиях 
         отсутствия эталонного значения искомого параметра..................................165 
       5.4  Методика сопоставительного анализа результатов контроля при 
         метрологической аттестации...........................................................................169 
       5.5  Влияние погрешности коэффициента излучения объекта  и 
         температуры сторонней засветки   на методическую погрешность 
         измерения температуры...................................................................................173 
         Глава 6 ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ 
         ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ, 
         ЭНЕРГЕТИКЕ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ...............................................182 
       6.1 Общие методические рекомендации по проведению ТК..............................182 
       6.2 Тепловой контроль в строительстве ...............................................................188 
       6.2.1 Натурные испытания качества  теплозащиты наружных 
         ограждающих конструкций.............................................................................188 
       6.2.2  Активный тепловой контроль тонкостенных покрытий 
         строительных конструкций..............................................................................197 
                                                             5 

      6.3 Тепловой  контроль теплотехнических инженерных систем и 
        оборудования.....................................................................................................205 
      6.3.1  Перечень диагностируемых  объектов........................................................205 
      6.3.2 Тепловой контроль  дымовых и вентиляционных труб и газоходов........206 
      6.3.3 Проведение ТК теплофикационного оборудования...................................220 
      6.3.4 Контроль  тепловой изоляции оборудования и трубопроводов................227 
      6.4 Тепловой контроль объектов электроэнергетики..........................................237 
      6.4.1 Общие положения контроля электрооборудования...................................237 
      6.4.2 Особенности проведения теплового контроля............................................245 
      6.4.3 Тепловизионный контроль контактных соединений..................................248 
      6.4.4 Тепловой контроль силовых трансформаторов, 
        автотрансформаторов, масляных реакторов..................................................250 
      6.4.5 Тепловой контроль маслонаполненных трансформаторов тока...............254 
      6.4.6 Тепловой контроль маслонаполненных трансформаторов 
        напряжения........................................................................................................256 
      6.4.7 Тепловой контроль электродвигателей  и синхронных генераторов........258 
      6.4.8 Тепловой контроль выключателей масляных, воздушных, 
        вакуумных, элегазовых....................................................................................259 
      6.4.9  Тепловой контроль конденсаторов.............................................................261 
      6.4.10 Тепловой контроль разъединителей  и отделителей................................262 
      6.4.11 Тепловой контроль маслонаполненных вводов........................................263 
      6.4.12 Тепловой контроль вентильных разрядников...........................................263 
      6.4.13 Воздушные линии электропередач............................................................264 
      6.4.14 Тепловой контроль высокочастотных заградителей................................265 
      6.4.15 Тепловой контроль подвесных фарфоровых и полимерных 
        изоляторов.........................................................................................................265 
      6.4.16 Тепловой контроль аппаратов, вторичных цепей и  узлов......................265 
      6.4.17 Тепловой контроль электрических кабелей и  электропроводки............266 
      6.5 Диагностирование технического состояния сосудов и аппаратов 
        хранения жидких химически опасных веществ с использованием 
        метода ТК..........................................................................................................283 
      6.6 Тепловой контроль и мониторинг технического состояния 
        потенциально опасных объектов в условиях ограниченного доступа........286 
      6.7 Тепловой контроль концентраторов напряжений и дефектов 
        металлических конструкций при их нагружении..........................................292 
      6.8 Тепловой контроль технического состояния  нагревательных 
        элементов в реальных условиях с оценкой остаточного ресурса ................300 
      6.9 Тепловой метод диагностики технического состояния и оценки 
        безопасности эксплуатации сосудов, работающих под внутренним 
        давлением..........................................................................................................310 
      6.10 Тепловой  контроль футеровки опасных зон металлургических 
        печей..................................................................................................................319 
      6.11 Компьютерная система автоматического управления процессом 
        тепловой переработки материалов во вращающейся печи и контроль 
        состояния ее футеровки ...................................................................................327 
      6 

       6.12 Диагностика эксплуатационного состояния фурменной или опасной 
         зоны пирометаллургического агрегата тепловым методом..........................330 
         Глава 7 НОРМАТИВНО-ПРАВОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И 
         МЕТОДИЧЕСКАЯ БАЗА ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ...........................337 
       7.1 Законодательные  основы применения теплового контроля........................337 
       7.2 Система нормативного и методического обеспечения ТК...........................339 
       7.3 Организационная структура лабораторий теплового контроля...................339 
       7.4 Система документирования в лаборатории теплового контроля.................344 
       7.5 Независимый и внутренний аудит качества ТК.............................................346 
       7.6 Система аттестации  персонала, лабораторий и методик теплового 
         контроля.............................................................................................................350 
         ПРИЛОЖЕНИЯ 
         1 Справочные данные.......................................................................................361 
         2 Технические характеристики измерительных приборов...........................365 
         3 Техническое задание на выполнение работ по тепловому контролю......380 
         4 Протокол проведения тепловизионного обследования..............................381 
         5 Протокол теплового контроля......................................................................384 
         6 Заключение о состоянии контролируемого объекта по результатам ТК.......386 
         7 Вкладыш к энергетическому паспорту здания...........................................387 
         8 Характерные дефекты ограждающих конструкций зданий.......................388 
         9 Характерные дефекты дымовых труб..........................................................391 
         10 Карта дефектов ствола дымовой трубы.....................................................406 
         11 Карта дефектов кирпичного магистрального газохода............................407 
         12 Термограммы характерных дефектов дымовой трубы............................408 
         13 Дефекты теплофикационного оборудования............................................409 
         14 Термограмма технологического трубопровода (паропровода)...............419 
         15 Термограммы поверхности котлов с характерными дефектами.............420 
         16 Справочные данные и примеры термограмм при тепловом 
         контроле  электрооборудования......................................................................421 
         17 Тепловой контроль резервуаров.................................................................424 
         18 Перечень нормативных и методических документов..............................426 
         19 Цветные рисунки  и термограммы.............................................................437 
         ЛИТЕРАТУРА.................................................................................................457 
        
                                                             7 

                                                             
                             ВВЕДЕНИЕ 
           Современные технологии контроля качества, надежности и энергоэффек       тивности  оборудования и строительных конструкций – это, прежде всего, экс       пресс-обследование с определением точных теплотехнических и др. характери       стик в натурных условиях неразрушающими методами. Без них построить эф       фективную систему мониторинга энергетической, промышленной и экологиче       ской безопасности невозможно. 
           Для получения достоверной информации о параметрах внутренней струк       туры материалов необходимо применять многопараметрический неразрушаю       щий контроль, основанный на анализе взаимодействия различных физических 
       полей с материалами. 
           Значимость диагностики и неразрушающего контроля для народного хо       зяйства будет увеличиваться по мере  постоянного роста тарифов и цен на энер       гоносители, выхода из строя выработавших свой ресурс промышленных объек       тов, обусловливающих в свою очередь рост аварийных ситуаций с человече       скими потерями. 
          Как показывает мировой опыт, в ближайшем будущем основой технологий 
       экспресс - диагностики состояния технических объектов станут методы нераз       рушающего контроля и совместной обработки результатов многопараметриче       ских спектральных и энергетических измерений. 
          Традиционными, наиболее востребованными, методами неразрушающего 
                                                ультразвуковой,  ра       контроля  большинства  материалов  и  объектов  являются
       диационный, СВЧ и др. 
          Одним из перспективных методов неразрушающего контроля и диагности       ки является пока только развивающийся тепловой, где  информацию о характе       ристиках объекта  несет температура его поверхности, значения которой в ос       новном определяются изменением теплофизических, геометрических  характе       ристик  и параметров нагрузки.  
          Тепловой контроль  имеет ряд очевидных преимуществ перед другими ме       тодами дефектоскопии:  
          - широкую область применения – возможность  осуществления контроля 
       как с тепловым нагружением объекта (активный тепловой контроль, например, 
       металлопроката), так и без теплового нагружения (пассивный тепловой кон       троль, например, контроль жилых зданий); 
          - возможность полной автоматизации процесса контроля;  
          - высокую производительность контроля при практически любой величине 
       разрешения  вследствие  его  дистанционности  и  применения  современных 
       средств компьютерной техники, обеспечивающих регистрацию миллионов эле       ментов в секунду; 
          - мобильность  технических средств; 
          - возможность контроля объектов без вывода их из эксплуатации; 
          -  в  большинстве случаев оптимальные соотношения параметров –  стои       мость аппаратуры/окупаемость  при внедрении; 
       8 

         - высокая востребованность  метода и средств дистанционной, высокоин      формативной экспресс - диагностики  в различных отраслях; 
          - существенными практическими достижениями в данной области  в пла      не предложения новой аппаратуры и технологий контроля; 
          - необходимостью устойчивого развития экономики при наличии требо      ваний экономии топливно-энергетических ресурсов, что невозможно на совре      менном технологическом уровне без развития средств и технологий теплового  
      контроля, диагностики и мониторинга. 
          Привлекательна инвестиционная деятельность в области развития и при      менения теплового контроля в силу  высокого инновационного потенциала этой 
      сферы в современных условиях, о чем свидетельствует  бурно развивающийся 
      рынок средств контроля и предложений услуг. 
          Благодаря трудам российских ученых, в т.ч. Технологического института 
      энергетических  обследований,  диагностики  и  неразрушающего  контроля 
      «ВЕМО» – научный руководитель, д.т.н. Будадин О.Н., Государственного тех      нологического Университета "Московский институт стали и сплавов" – науч      ный руководитель «Заслуженный деятель науки РФ», д.т.н., профессор Салихов 
      З.Г. и др., российская школа по диагностике и неразрушающему контролю за      нимает достойное место в мире (что признано на международных конференци      ях по ТНК в Канаде, США), а в России получила признание на государствен      ном уровне присуждением Государственной премии РФ в области науки и тех      ники (указ Президента РФ от 09.09.2004. № 1154). 
         В целях мобилизации потенциала современных методов диагностики и не      разрушающего контроля для решения острейших проблем безопасности (тех      нической, энергетической, эксплуатационной) целесообразно использовать те      пловой (тепловизионный) контроль как наиболее эффективный метод  оценки  
      качества и диагностики технического состояния инженерных систем, оборудо      вания, ограждающих конструкций и других объектов  различных отраслей про      мышленности. 
          Технические  средства  теплового  контроля  строятся  по  принципу  мо      бильной  модульной  программно-аппаратной  структуры  с  унифицированной 
      системой сбора и обработки многоканальной информации в едином информа      ционно-аналитическом концентраторе  по мультизадачной технологии. 
          В такой постановке тепловой контроль  ориентирован на применение 
      в различных отраслях промышленности, имеет широкий спектр функцио      нальных возможностей, который зависит от области применения. 
          Реализация технологий теплового контроля  позволит в частности обес      печить: 
          - независимую  техническую оценку качества различных объектов;  
          - повышение эффективности контроля за пожарной безопасностью элек      троустановок, в первую очередь на объектах жилого фонда и социальной сфе      ры;  
          - предупреждение возникновения аварий и чрезвычайных ситуаций в сис      темах энергоснабжения; 
                                                      9 

          -  экономию топливно-энергетических ресурсов и снижение потерь при 
      хранении и транспортировке энергоносителей, продукции и отходов; 
          - сокращение бюджетных дотаций на ремонтно-восстановительные рабо      ты и расходов на ликвидацию последствий аварийных ситуаций и т.д. 
          Актуальность применения технологий теплового контроля определяется 
      необходимостью: 
          –  повышения  безопасности,  технической  надежности,  энергетической 
      эффективности объектов промышленности и энергетики, ЖКХ и др; 
          – техническим обеспечением  деятельности органов власти и субъектов 
      предпринимательства при организации технического мониторинга предупреж      дения аварий, систем сертификации и надзора  высокоэффективными средства      ми диагностики и неразрушающего контроля, надежного энергетического сер      виса; 
          – закрепления и развития достигнутого российского приоритета в мето      дологическом, программном и системном обеспечении технологий диагностики 
      и неразрушающего контроля, задачами поддержки и использования потенциала 
      российских разработчиков и исследователей;  
          – более полного удовлетворения потребностей общества, органов госу      дарственной власти в объективной информации о безопасности, техническом 
      состоянии и энергоэффективности жизненно важных, потенциально опасных и 
      энергоемких объектов;  
          –  снижения экологической нагрузки и реализации возможностей, зало      женных в Киотском протоколе.  
          Материалы  монографии  позволят  активизировать  научно-инженерные 
      разработки, обучение, сертификацию, аттестацию и ускоренное внедрение теп      лового контроля в различные отрасли народного хозяйства. 
           
          Авторы выражают благодарность за участие в подготовке настоящей 
      монографии   д.т.н. Вавилову В.П., к.т.н. Сергееву С.С.,  Сучкову В.И.,      
      Дубовкиной Н.В., Щигреву С.А., Артемову Д.А., Федорову А., Смирнову 
      Ю.В., Малаю В.А., Слиткову М.Н. 
      10 

                Глава 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ 
                        ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ 
          1.1 Понятия теплового контроля (ТК). Классификация и задачи. 
          Неразрушающий контроль и безопасность эксплуатации 
          Исследования современного состояния уровня развития и востребованно       сти неразрушающего контроля показали, что  определение и оценку качества, 
       безопасности, надёжности эксплуатации большого класса материалов, изделий 
       и конструкций в различных отраслях промышленности эффективно проводить 
       по анализу их температурных полей. Это обусловлено тем, что для многих объ       ектов  функционирование связано с температурными нагрузками, при этом, их 
       внутренняя структура  оказывает заметное воздействие на характер излучаемо       го теплового  поля, что позволяет по анализу его аномалий судить об изменени       ях  свойств материала, его теплотехнических характеристик (ТТХ) в целом, ли       бо его отдельных зон. 
          Температурное поле поверхности объекта, используемое в тепловом мето       де контроля, является источником информации об особенностях процесса теп       лопередачи,  который, в свою очередь, зависит от конструкции и материалов 
       объекта, технологии его функционирования и наличия  дефектов.  Под  дефек       том  понимается  каждое  отдельное  несоответствие  продукции  требованиям  
       нормативной  технической документации,  влияющее  на  характер  образова       ния температурного поля поверхности (в виде локального температурного пе       репада)  контролируемого объекта  из-за различных теплофизических свойств 
       «хороших» (качественных) и дефектных участков объекта.  
          Это обстоятельство  позволяет применять тепловые методы для контроля 
       широкого спектра изделий  и  материалов,  как  металлических, так и неметал       лов или включающих и те и другие слои.  
          Объектами ТК являются  изделия и конструкции, в которых необходимо 
       выявление дефектов:  трещин, пустот,  пор, раковин, мест непровара, непро       клея, плохой тепло-, гидро- и электроизоляции,  неоднородности состава, нали       чия посторонних примесей,  изменения геометрических  размеров,  места  тер       мического и усталостного перенапряжения и т.п. 
          Согласно нормативных  документов  [1,2] различают  активный  и  пассив       ный способы ТК в зависимости от  наличия  или  отсутствия  воздействия 
       внешнего источника энергии. Считается, что активные способы предназначены 
       для обнаружения дефектов    и  изменений  в структуре  и  физико-химических  
       свойствах  объектов,  тогда как пассивные способы более пригодны для кон       троля тепловых режимов и обнаружения отклонений от заданной  формы, от 
       заданных теплофизических характеристик материалов и геометрических разме       ров.  В ГОСТ 23483 [1] вводятся также следующие понятия: односторонний,  
       двухсторонний,  комбинированннный,  синхронный и несинхронный способы 
       теплового контроля в зависимости от взаимного  расположения  источника  на       грева,  термочувствительного элемента и объекта контроля и последовательно       сти контрольных  операций. Ссылки в тексте на ГОСТы не противоречат Феде                                                            11 

          ральному закону «О техническом регулировании» от 27.12.02г. № 184-ФЗ [203] 
          ввиду того, что они действуют вплоть до их замены соответствующими техни          ческими регламентами либо национальными стандартами. 
           
                 
                                   Контролируе              Q(X,t)               мый объект 
                                           Нарушение сплошности в кон                                           тролируемом объекте  (дефект) 
                                                                       Результаты 
                                                                       контрол 
                  Тепловой 
                  поток 
                           
                                                                                             
               Рис. 1.1. Общая структурная схема теплового 
               неразрушающего контроля. 
                
                Рассмотрим  основные  понятия  и  обобщенную  схему  проведения  ТК 
          (рис 1.1). Обобщенная схема проведения ТК включает в себя следующие ос          новные элементы: теплогенератор (охлаждающее устройство), систему регист          рации температурного поля поверхности контролируемого объекта (TV), ком          пьютер для сбора, регистрации и обработки информации (РС), специальное, 
          стандартное и системное программное обеспечение (ПО) и технологию контро          ля (методическое обеспечение).  
                Основное назначение теплогенератора (охлаждающего устройства) – воз          будить в контролируемом объекте процесс нестационарной теплопередачи, как 
          по всей площади поверхности, так и на определенном локальном участке.  В 
          ряде случаев внешние теплогенераторы (как отдельного блока) могут отсутст          вовать, в этом случае в качестве  внутренних источников могут выступать эле          менты контролируемой конструкции, которые имеют повышенную температу          ру в процессе функционирования контролируемого объекта.  
                Полученное  температурное поле на поверхности контролируемого объ          екта регистрируется тепловизионной системой, формируется панорамная тер          12 

      мограмма (если поверхность охватывается несколькими кадрами) и обрабаты      вается с использованием специального программного обеспечения. 
          Строго говоря, системное и прикладное программное, и связанное с ним 
      методическое обеспечение, являются главными компонентами системы тепло      вого контроля, т.к. дают возможность решать три основные задачи: 
          1.  Регистрацию  температурного поля с определенными, оптимальными 
      для решаемой задачи, технологическими режимами контроля и  регистрации 
      температурного поля. 
          2. Обнаружение заданных нарушений сплошности (дефектов) в контро      лируемых объектах с необходимой достоверностью. 
          3.  Определение характеристик объектов контроля, в т.ч. характеристик 
      материалов и дефектов с необходимой погрешностью, т.е. решение задачи де      фектометрии. 
         Необходимым компонентом программного и методического обеспечения 
      является математическое моделирование процесса теплового контроля, позво      ляющее теоретически описывать зависимости результатов контроля от его тех      нологических режимов, параметров аппаратуры и т.п. 
         Это необходимо четко понимать всем специалистам, которые изучают теп      ловой метод, разрабатывают и эксплуатируют системы проведения контроля.  
      Существует ошибочное мнение, что достаточно иметь  тепловизор (тепловизи      онную  систему), направить на объект контроля, получить  хорошие термо      граммы, и – тепловой контроль проведен. Затем провести визуальный анализ 
      зон аномальных температур на термограмме и идентифицировать их как дефек      ты, а где нет аномалий – как качественную область. Однако, такая технология 
      далека от  реального  теплового контроля, элементы которого представлены на 
      рис.1.1. 
          Следует понимать, что термограмма - это всего лишь видеоизображение 
      температурного поля поверхности контроля в псевдоцветах. По термограмме 
      возможно выявить лишь участки с той или иной температурой. Однако невоз      можно определить качество контролируемого материала: имеет ли дефекты,  
      соответствуют ли его характеристики требованиям нормативных документов и 
      т.д. В основном можно лишь сказать, что контролируемые участки отличаются 
      по температуре, а где есть качество или дефект  без определения  причин на ба      зе расчетных схем и  результатов  измерений невозможно. 
          Для того, чтобы определить количественные показатели качества контро      лируемого объекта (например, теплотехнические (ТТХ), необходимо не просто 
      получить  термограммы,  а  провести  тепловой  контроль  по  соответствующей 
      специально разработанной   технологии (методике) контроля, в которой этап 
      регистрации термограмм является лишь одним из многих. Эти задачи и решает 
      методическое обеспечение, реализованное, как правило, в методике проведения 
      контроля и специальном программном обеспечении. 
         Перед внедрением методики теплового контроля, включающей техниче      ские  и  программные  средства  контроля  и  технологию  его  проведения,  она 
      должна в обязательном порядке пройти  аттестацию  на предмет установления 
      соответствия заявленным в ней показателям их фактическим значениям. Ре                                                      13 

      зультаты  аттестации  могут  утверждаться  как  службами  главного  метролога 
      конкретных  предприятий,  с  учетом  особенностей  законодательства,  при  ис      пользовании методик для собственных нужд, так и региональными и федераль      ными службами аттестации с соответствующей областью применения. 
         С точки  зрения  теплового   контроля  внутренние   дефекты можно разде      лить на пассивные, то есть не выделяющие тепла, и активные,  являющиеся ис      точником аномального тепловыделения. Обнаружение первого типа дефектов,  
      характерных для многослойных материалов, с помощью традиционных методов 
      неразрушающего контроля (НК) затруднительно из-за  отсутствия  поглощения  
      ионизирующего излучения в неметаллических слоях, сильного затухания ульт      развука  в  рыхлых  материалах,  невозможности  применять  электромагнитные 
      методы и т.д. Тепловой контроль таких дефектов требует использования проце      дуры активного способа. 
          Активный метод теплового контроля целесообразно применять, если от      сутствует температурный  напор,   т.е. разница температур между внутренней и 
      внешней средой  по отношению к  контролируемому объекту лежит в пределах 
      погрешности регистрации температуры.    Это может быть, например, контроль   
      листового  проката,  изделий из полимерных композиционных материалов, ог      раждающих конструкций зданий при отсутствии отопления, отслоений  штука      турки и т.п. В этом случае  изменения температуры поверхности контролируе      мого изделия (материала) создается внешним источником нагрева или охлаж      дения.  Последнее  целесообразно  при  контроле  объектов,  имеющих  высокую 
      температуру. 
         При  нагреве  контролируемого  объекта  дефект  оказывает  сопротивление 
                                                            тепловому потоку,  если его теплопроводность ниже теплопроводности мате
      риала изделия. Распространяясь вглубь изделия тепловой поток  обтекает де      фект по окружающим слоям основного материала.  При этом имеет место нако      пление тепла в слое до  дефекта  и его недостаток в слое за ним,  что проявляет      ся в локальном повышении и понижении температуры, соответственно,  на на      греваемой и противоположной нагреву поверхностях.  Иногда говорят, что де      фект "отражает" тепловой поток на поверхность нагрева и "затеняет" его на 
      противоположной поверхности.  Положительным  температурным перепадом      
      на поверхности     нагрева  называется разность между температурами  дефект      ного и бездефектного (качественного) участков  и отрицательная величина  на  
      противоположной поверхности.  В  случае  использования охлаждения (горяче      катаный прокат) знак     меняется на противоположный.  
         Основные особенности проведения активного ТК:  
         1) локализация температурного перепада в участке  над  дефектом  при  от      сутствии  у  него  резких границ;  
         2) нестационарный характер температурного поля, состоящий в наличии 
      момента времени, когда амплитуда перепада максимальна;   
         3) зависимость    температурного поля  от глубины залегания, раскрытия и 
      площади  дефекта при  контроле  нагреваемой  поверхности. Именно  эти  осо      бенности температурных полей наиболее характерны для процедур ТК.     
      14