Патент недели: как найти трещину с помощью тепла

Патент: 2696933

Авторы: Владимир Вавилов, Владимир Ширяев, Арсений Чулков

Патентообладатель: Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Корпуса космических кораблей, громоздких станков, реакторов и силовых машин часто изготавливаются методом «сплошного литья»: композитный материал или металл заливают в крупную форму, которую потом снимают с уже готового корпуса. Такой метод производства сокращает расходы на изготовление отдельных деталей, их подгонку, позволяет получать цельные крупномасштабные комплектующие, но, одновременно, несет в себе риски неравномерного распределения материала, из которого изготавливается корпус.

Другими словами, при таком способе производства всегда есть риск появления в сплошной структуре корпуса небольших пустот, трещин, микропор, которые невозможно обнаружить с помощью внешнего осмотра. Наличие таких повреждений в сплошной структуре корпуса во время его промышленной эксплуатации может привести к потере герметичности, механическому разрушению корпуса или попаданию опасных компонентов во внешнюю среду. Соответственно, перед началом сборки необходимо провести «диагностику» корпуса, проверить целостность структуры, чтобы обнаружить скрытые дефекты.

Использование тепловизоров в качестве дефектоскопов — так называемый неразрушающий контроль — один из возможных способов поиска таких микротрещин: для того, чтобы найти проблему, не требуется механического вмешательства, а исключительно анализ распространения тепла. Но ранее известные устройства требовали применения сложных математических алгоритмов обработки изображений, что затрудняло интерпретацию результатов контроля. Ранее известные тепловизоры могли показывать, в том числе, ложные дефекты, игнорируя реальные проблемы, что недопустимо в отраслях, связанных с высокой степенью опасности.

Российским физикам удалось создать гораздо более эффективного «контролера. Основа решения — особая конструкция полых шторок, которыми снабжены оптические источники нагрева: разные стороны шторок имеют разные коэффициенты отражения и поглощения. Внутренние стороны шторок отражают остаточное излучение источника нагрева, а внешние — снижают вероятность отражения инфракрасного излучения окружающих предметов от шторок на инспектируемую область поверхности объекта контроля. Передачу тепла между сторонами шторок исключает изолирующий материал в полости шторок.

Такая конструкция дает гораздо более эффективные и достоверные результаты, снижая уровень влияющих на интерпретацию тепловых помех на поверхности исследуемого корпуса, в тот момент, когда он остывает после воздействия источников нагрева.

Подробности изобретения описаны в опубликованном патенте.