Termowizja aktywna w kontroli jakości kompozytów

Materiały kompozytowe są lekkie, wytrzymałe oraz mają niejednorodną strukturę. Składają się z dwóch albo więcej komponentów, a każdy z nich ma różne właściwości. Zazwyczaj jeden ze składników pełni funkcję lepiszcza, zapewniając materiałowi odpowiednią spójność, elastyczność i twardość, a drugi zapewnia wymaganą odporność na ściskanie i rozciąganie. Kompozyty są wykorzystywane jako materiały konstrukcyjne w wielu gałęziach przemysłu – budownictwie, technice lotniczej, motoryzacji, medycynie, a także przy produkcji maszyn i urządzeń. Powstają z nich różne elementy, które muszą być wolne od wad, aby powstające z nich konstrukcje oraz urządzenia były bezawaryjne i bezpieczne. Jedną z metod wykorzystywanych w inżynierii materiałowej do badania ich jakości jest termowizja aktywna.

Czym charakteryzuje się termowizja aktywna?

Termowizja aktywna to nieniszcząca metoda badawcza wykorzystująca kamery termowizyjne, które umożliwiają zobrazowanie termicznych właściwości badanego obiektu. Termowizja to technika zajmująca się detekcją, rejestrowaniem, przetwarzaniem i wizualizacją niewidocznego dla ludzkich oczu promieniowania podczerwonego, które jest emitowane przez wszystkie obiekty o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego.

Termowizja aktywna, do której niezbędny sprzęt można nabyć np. w firmie EC Test Systems, umożliwia wykrycie defektów i nieciągłości różnego rodzaju konstrukcji oraz materiałów, dzięki czemu znacznie wzrasta ich bezpieczeństwo. Można dzięki niej odnaleźć wszelkie uszkodzenia badanego materiału, a także ocenić stopień jego zużycia. Nieinwazyjna forma tego badania jest jego wielką zaletą, gdyż nie wpływa ono na sposób działania urządzeń. Można je więc przeprowadzić bez konieczności demontażu konstrukcji  nawet podczas pracy.

Badanie tego typu polega na nagrzaniu badanego materiału przy użyciu zewnętrznego źródła ciepła (np. przez naświetlanie go lampami halogenowymi o dużej mocy). Materiał pochłania tę dodatkową energię, a następnie powoli stygnie. Dokładna analiza rozkładu temperatur na badanym materiale przeprowadzana przy użyciu kamer termowizyjnych o wysokiej rozdzielczości i czułości temperaturowej pozwala wykryć wszelkie nieciągłości i zmiany jego struktury.

Dlaczego bada się kompozyty?

Materiały kompozytowe są wykorzystywane w dzisiejszym świecie na szeroką skalę. Niestety żadna ze stosowanych do ich produkcji metod nie pozwala na uzyskanie wyrobów o idealnej strukturze, bez żadnych nieprawidłowości. Ze względu na to, że materiały te są wykorzystywane w bardzo wielu gałęziach przemysłu, a wymagania przed nimi stawiane są coraz bardziej restrykcyjne, muszą być one coraz wyższej jakości. 

Aby zagwarantować im możliwie najwyższą jakość, konieczne jest wprowadzenie wysokich wymagań dotyczących ich produkcji oraz stosowanie efektywnej metody oceny ich stanu technicznego. W przypadku kompozytów najskuteczniejszym sposobem ich diagnostyki są badania z użyciem termografii w podczerwieni. Wynika to z ich cech, czyli małej przewodności cieplnej, wysokiej emisyjności oraz różnic w parametrach termofizycznych między ich poszczególnymi składnikami.

Jakie defekty materiałów kompozytowych mogą zostać wykryte dzięki termowizji aktywnej?

Badania z zakresu termowizji aktywnej w przypadku oceny jakości materiałów kompozytowych przeprowadzane są w warunkach laboratoryjnych. Można dzięki nim wykryć różne ich wady oraz defekty takie jak: pory, pęknięcia, rozwarstwienia, nieciągłości czy delaminacje. Mogą one powstać np. na skutek błędów technologicznych w procesie produkcji. Obecnie badania nieniszczące wykorzystujące termografię aktywną są najefektywniejszymi i najskuteczniejszymi narzędziami służącymi do wykrywania oraz lokalizacji defektów podpowierzchniowych występujących w materiałach kompozytowych.