Современные тренды применения термоэлектрического метода в неразрушающем контроле (обзор)
- Авторы: Солдатов А.И.1, Солдатов А.А.1, Костина М.А.1
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский Томский политехнический университет
- Выпуск: № 2 (2024)
- Страницы: 64-83
- Раздел: Общие вопросы дефектоскопии
- URL: https://clinpractice.ru/0130-3082/article/view/649277
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0130308224020061
- ID: 649277
Цитировать
Аннотация
Проведен обзор основных направлений использования термоэлектрического метода контроля в различных сферах народного хозяйства. Наиболее широко он применяется в промышленности. Имеются публикации по применению этого метода для контроля качества токарной обработки и сварки металлов методом трения с перемешиванием. Показано, что термоэлектрический метод позволяет повысить достоверность контроля и на основе данных контроля обеспечивать оптимальные режимы технологического процесса металлообработки и сварки. Ряд работ посвящен применению термоэлектрического метода для контроля пластической деформации, выявлена зависимость термоЭДС от степени пластической деформации. В последнее время появились публикации по применению термоэлектрического метода для контроля теплового сопротивления конструкции «корпус силового полупроводникового прибора—термоинтерфейс—радиатор охлаждения». Такая конструкция очень широко распространена в радиоэлектронной аппаратуре. Кроме того, имеются работы по использованию термоэлектрического метода для контроля переходного сопротивления контактов в сети электроснабжения. Показано, что с увеличением контактного сопротивления пропорционально увеличивается величина термоЭДС, что можно использовать для предотвращения аварийных ситуаций в сети электроснабжения. Термоэлектрический метод успешно применен и для диагностики степени наводораживания титана. Выявлена зависимость величины термоЭДС от степени наводораживания. Использование термоэлектрического метода не ограничивается сферой промышленного производства, он успешно применяется в медицине для безметочного обнаружения последовательностей нуклеиновых кислот, для температурной диагностики состояния зубов человека, а также для диагностики воспалительных процессов в организме человека.
Полный текст

Об авторах
А. И. Солдатов
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: asoldafof@tpu.ru
Россия, 634050 Томск, ул. Ленина, 30
А. А. Солдатов
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Email: soldatov_aa@tpu.ru
Россия, 634050 Томск, ул. Ленина, 30
М. А. Костина
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Email: kostina_ma@tpu.ru
Россия, 634050 Томск, ул. Ленина, 30
Список литературы
- Carreon H. Thermoelectric detection of spherical tin inclusions in copper by magnetic sensing // Journal of Applied Physics. 2000. V. 88. Is. 11. P. 6495. doi: 10.1063/1.1322591
- Carreon H. Thermoelectric Nondestructive Evaluation of Residual Stress in Shot-Peened Metals // Research in Nondestructive Evaluation. 2002. V. 14. Is. 2. P. 59. doi: 10.1080/09349840209409705
- Nagy P.B. Non-destructive methods for materials' state awareness monitoring // Insight: Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2010. V. 52. Is. 2. P. 61. doi: 10.1784/insi.2010.52.2.61
- Soldatov A.A., Seleznev A.I., Fiks I.I., Soldatov A.I., Kröning Kh.M. Nondestructive proximate testing of plastic deformations by differential thermal EMF measurements // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2012. V. 48. Is. 3. P. 184—186. doi: 10.1134/S1061830912030060
- Li J.F., Liu W.S., Zhao L.D., Zhou M. High-performance nanostructured thermoelectric materials // Npg Asia Mater. 2010. V. 2. Is. 4. P. 152. doi: 10.1038/asiamat.2010.138
- Kikuchi M. Dental alloy sorting by the thermoelectric method // European Journal of Dentistry. 2010. V. 4. No. 1. P. 66—70.
- Cooper R.F. Sorting mixed metals by the thermoelectric effect // Physics Education. 1976. V. 11. Is. 4. P. 290—292. doi.org/10.1088/0031-9120/11/4/004
- Stuart C.M. The Seebeck effect as used for the nondestructive evaluation of metals // Int. Adv. Nondestr. Test. 1983. V. 9.
- Stuart C. Thermoelectric Differences Used for Metal Sorting // Journal of Testing and Evaluation. 1987. V. 15. No. 4. P. 224—230. doi.org/10.1520/JTE11013J. ISSN 0090-3973
- Dragunov V.K., Goncharov A.L. New approaches to the rational manufacturing of combined constructions by EBW // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 681. P. 012010. doi: 10.1088/1757-899X/681/1/012010
- Goncharov A., Sliva A., Kharitonov I., Chulkova A., Terentyev E. Research of thermoelectric effects and their influence on electron beam in the process of welding of dissimilar steels // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. February 2020. V. 759 (1). P. 012008. doi: 10.1088/1757-899X/759/1/012008
- Kharitonov I.A., Rodyakina R.V., Goncharov A.L. Investigation of magnetic properties of various structural classes steels in weak magnetic fields characteristic for generation of thermoelectric currents in electron beam welding // Solid State Phenomena. 2020. V. 299. P. 1201—1207.
- Soldatov A.I., Soldatov A.A., Kostina M.A., Kozhemyak O.A. Experimental studies of thermoelectric characteristics of plastically deformed steels ST3, 08KP and 12H18N10T // Key Engineering Materials. 2016. V. 685. P. 310—314.
- Soldatov A.I., Soldatov A.A., Sorokin P.V., Abouellail A.A., Obach I.I., Bortalevich V.Y., Shinyakov Y.A., Sukhorukov M.P. An experimental setup for studying electric characteristics of thermocouples // SIBCON 2017 — Proceedings. 2017. P. 79985342017.
- Fulton J.P., Wincheski B., Namkung M. Automated weld characterization using the thermoelectric method // Materials Science. August 1993. ID: 262902.
- Carreon H., Medina A. Nondestructive characterization of the level of plastic deformation by thermoelectric power measurements in cold-rolled Ti–6Al–4V samples // Materials Science, Nondestructive Testing and Evaluation. 2007. Corpus ID: 136854526. doi: 10.1080/10589750701546960
- Carreon H. Detection of fretting damage in aerospace materials by thermoelectric means // Smart Structures, Engineering, Physics. 16 April 2013. Corpus ID: 123131770. doi: 10.1117/12.2009448
- Lakshminarayan B., Carreon H., Nagy P. Monitoring of the Level of Residual Stress in Surface Treated Specimens by a Noncontacting Thermoelectric Technique // Materials Science. 9 April 2003. Corpus ID: 135856050. doi: 10.1063/1.1570311
- Carreon H. Thermoelectric detection of fretting damage in aerospace materials // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2014. V. 11. Corpus ID: 137248032. doi: 10.1134/S1061830914110102
- Carreon H. Evaluation of Thermoelectric Methods for the Detection of Fretting Damage in 7075‒T6 and Ti‒6A1‒4V Alloys // Materials Science. 2015. V. 2. Corpus ID: 137547354. doi: 10.1007/978-3-319-48191-3_53
- Hu J., Nagy P.B. On the Thermoelectric Effect of Interface Imperfections // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. 1999. V. 188. P. 1487—1494. doi.org/10.1007/978-1-4615-4791-4_191
- Goncharov A.L. Investigation of the thermal electromotive force of steels and alloys of different structural grades in electron beam welding // Welding International. 2011. V. 25. Is. 9. P. 703—709.
- Goncharov A.L., Chulkova A.V., Rodyakina R.V., Dragunov V.K., Chulkov I.S. Investigation of thermo-EMF temperature dependences for construction materials of various structural classes // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 681. P. 012017. doi: 10.1088/1757-899X/681/1/012017
- Корндорф С.Ф., Мельник Е.Е. Термоэлектрический метод диагностики режущего инструмента // Контроль. Диагностика. 2003. № 1. С. 44—46.
- Magalhães Ana, De Backer Jeroen, Bolmsjö Gunnar. Thermal Dissipation Effect on Temperature-controlled Friction Stir Welding // Soldagem & Inspeção. 2019. V. 24. P. e2428. https://doi.org/10.1590/0104-9224/SI24.28
- Silva Ana C.F., De Backer J., Bolmsjö G. TWT method for temperature measurement during FSW process / The 4th international conference on scientific and technical advances on friction stir welding & processing — FSWP16” in San Sebastian, Spain, 1-2 October 2015. P. 95—98.
- De Backer J., Bolmsjö G., Christiansson A.-K. Temperature control of robotic friction stir welding using the thermoelectric effect // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. V. 70. P. 375—383.
- Silva Ana C.F., De Backer J., Bolmsjö G. Cooling rate effect on temperature controlled FSW process / IIW International Conference High-Strength Materials — Challenges and Applications, Helsinki, Finland, 2-3 July 2015.
- Silva Ana C.F., De Backer J., Bolmsjö G. Analysis of plunge and dwell parameters of robotic FSW using TWT temperature feedback control // 11th International Symposium on FSW — 11ISFSW, Cambridge, UK, 17-19 May 2016.
- De Backer J., Bolmsjö G. Thermoelectric method for temperature measurement in friction stir welding // Science and Technology of Welding and Joining. 2013. V. 18.
- Silva Ana C.F., De Backer J., Bolmsjö G. Temperature measurements during friction stir welding // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2017. V. 88. P. 2899—2908. doi: 10.1007/s00170-016-9007-4
- Beguiristain Aldanondo, Mendizabal Arruti, Zubiria Echeverría. System for measuring temperatures generated during the friction stir welding process / Patent EP 3 725 451 A1. Application number: 17842322.4. 21.10.2020. Bulletin 2020/43.
- Плотников А.Л., Тихонова Ж.С., Еплов П.Е., Павлов А.С. Физические основы использования величины термоэ.д.с. естественной термопары для оперативной оценки свойств контактных пар «быстрорежущий инструмент — стальная заготовка» // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2017. № 12 (207). С. 79—83.
- Плотников А.Л., Кристаль М.Г., Сергеев А.С., Тихонова Ж.С., Уварова Т.В. Устройство для измерения температуры резца естественной термопарой / Патент на изобретение RU 2650827 C1. 17.04.2018.
- Chigirinskiy Y., Tikhonova Z., Kraynev D. Method for assessing the thermophysical properties of the contact pair «tool — steel workpiece» // Journal of Physics: Conference Series. "Intelligent Information Technology and Mathematical Modeling 2021, IITMM 2021— Mathematical Modeling and Computational Methods in Problems of Electromagnetism, Electronics and Physics of Welding". 2021. С. 052012.
- Tikhonova Z., Kraynev D., Frolov E., Bondarev A., Kozhevnikova A. The ThermoEMF as a Tool for Increasing the Autonomy of Technological Machines // Communications in Computer and Information Science. 2023. 1909 CCIS. P. 143—154.
- Tikhonova Z., Kraynev D., Frolov E. Thermo-Emf as Method for Testing Properties of Replaceable Contact Pairs // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2020. P. 1097—1105.
- Tikhonova Z., Kraiynev D., Frolov E. Efficiency improvement for assigning of cutting conditions on the basis of the thermo-EMF signal // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 224. P. 0106.
- Sergeev A.S., Tikhonova Z.S., Uvarova T.V. Method for measuring thermo-emf of a «tool-workpiece» natural thermocouple in chip forming machining // MATEC Web of Conferences. 2017. P. 01044.
- Плотников А.Л., Сергеев А.С., Тихонова Ж.С. Особенности использования сигнала эдс резания в условиях автоматизированного станочного производства // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2016. № 6 (60). С. 21—28.
- Абоуеллаиль A., Чан Ц., Солдатов А.И., Солдатов А.A., Костина M.A., Борталевич С.И., Солдатов Д.A. Characterization of the influence of destabilizing factors ontest results of thermoelectric inspection // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2022. V. 58. Is. 3. P. 607—616.
- Soldatov A.I., Soldatov A.A., Sorokin P.V., Abouellail A.A., Kozhemyak O.A., Loginov E.L., Bortalevich S.I. Control system for device thermotest / В сб. 2016 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2016 — Proceedings. 2016. P. 7491869.
- Сорокин П.В., Солдатов А.А., Солдатова М.А. Программно-аппаратный комплекс для исследования переходного процесса при экспресс-контроле методом термоэдс // Контроль. Диагностика. 2013. № 13. С. 22—25.
- Абуллаель А.А., Солдатов Д.А., Солдатов А.А. Анализ электрических характеристик датчика термоэлектрического дефектоскопа / Сборник материалов Всероссийской научно-методической конференции Современные технологии, экономика и образование. 2019. С. 17—19.
- Milićević I., Popović M., Dučić N., Slavković R., Dragićević S., Maričić A. Experimental Identification of the Degree of Deformation of a Wire Subjected to Bending // Science of Sintering. 2018. V. 50. P. 183—191. DOI: https://doi.org/10.2298/SOS1802183M
- Soldatov A.I., Soldatov A.A., Sorokin P.V., Abouellail A.A., Kostina M.A. Thermoelectric method of plastic deformation detection // Materials Science Forum. 2018. V. 938. P. 112—118.
- Vasiliev I., Soldatov A., Abouellail A., Soldatov D., Bortalevich S. Thermoelectric Quality Control of the Application of Heat-Conducting Compound // Studies in Systems, Decision and Control. 2021. V. 351. P. 59—68.
- Солдатов А.А., Дементьев А.А., Солдатов А.И., Васильев И.М. Контроль качества нанесения теплопроводящего компаунда // Дефектоскопия. 2020. № 3. С. 65—71.
- Васильев И.М., Дементьев А.А., Солдатов А.А., Солдатов А.И. Термоэлектрический метод контроля качества нанесения теплопроводящего компаунда // Дефектоскопия. 2020. № 5. С. 28—34.
- Солдатов А.И., Солдатов А.А., Васильев И.М., Шульгина Ю.В., Костина М.А., Сорокин П.В. Способ измерения теплового сопротивления между корпусом полупроводникового прибора и радиатором охлаждения / Патент на изобретение RU 2686859 C1. 06.05.2019.
- Vasiliev I.M., Soldatov A.I., Dementiev A.A., Soldatov A.A., Abouellaill A. Automatic device for testing thermal resistance with thermoelectric effect / В сб. Journal of Physics: Conference Series. International Conference "Actual Trends in Radiophysics". 2020. P. 012047.
- U.S. Fare Statictics. Available at: https://www.usfa.fema.gov/data/statistics/#causesR/, free. (Accessed: December 16, 2021).
- Чечетина Т.А., Гончаренко В.С., Сибирко В.И., Загуменнова М.В. Обстановка с пожарами в российской федерации в 2021 году // Пожарная безопасность. 2022. № 1 (106). С. 98—115.
- Титков В.В., Бекбаев А.Б., Сарсенбаев Е.А. О возможностях мониторинга нестационарных тепловых процессов в контактах силовых электроустановок // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2017. Т. 23. № 1. С. 168—178.
- Чалый А.М., Дмитриев В.А., Павлейно М.А., Павлейно О.М. Нагрев сильноточных электрических контактов ударными токами короткого замыкания // Электронная обработка материалов. 2013. № 49 (5). С. 81—88.
- Троицкий О.А., Сташенко В.И., Скворцов О.Б. Вибрации проводников при пропускании импульсного электрического тока и неразрушающий контроль // Инженерный журнал: наука и инновации. Электронное научно-техническое издание. 2018. № 3. doi: 10.18698/2308-6033-2018-3-174
- Чупрова Л.В., Ершова О.В., Муллина Э.Р. Химико-технологические аспекты проблемы окисления медных контактов электрооборудования, эксплуатируемого в цехах очистки воды // Молодой ученый. 2013. № 9 (56). С. 77—80.
- Apostolakis G., Kazarians M., Bley D.C. Methodology for assessing the risk from cable fires // Nucl. Saf. 1982. V. 23. Is. 4. ID 5329326.
- Delplace M., Vos E. Electric short circuits help the investigator determine where the fire started // Fire Technology. 1983. V. 19. Is. 3. P. 185—191.
- Wang Zhi, Wang Jian. Comparative thermal decomposition characteristics and fire behaviors of commercial cables // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2020. V. 144. No. 7. P. 1—3. DOI: 10.1007/ s10973-020-10051-z
- Lider A.M., Larionov V.V., Syrtanov M.S. Hydrogen concentration measurements at titanium layers by means of thermo-EMF // Key Engineering Materials. 2016. V. 683.
- Kudiуarov V.N., Lider A.M., Harchenko S.Y. Hydrogen accumulation in technically pure titanium alloy at saturation from gas atmosphere // Adv. Mater. Res. 2014. V. 880. P. 68—74.
- Nestorova Gergana G., Adapa Bindu S., Kopparthy Varun L., Guilbeau Eric J. Lab-on-a-chip thermoelectric DNA biosensor for label-free detection of nucleic acid se-quences // Sensors and Actuators B: Chemical. 31 March 2016. V. 225. P. 174—180.
- Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Рагимова Т.А., Меджидов М.Н., Рагимова Т.А. Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для контрастной термоодонтометрии / Патент RU №2 624 804, от 03.07.2017.
- Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Юсуфов Ш.А., Меджидов М.Н., Казумов Р.Ш. Термоэлектрическое устройство для температурной диагностики и электроодонтометрии состояния зубов / Заявка на изобретение РФ RU №2006 106 008, от 11.09.2006.
- Anatychuk L.I., Kobylianskyi R.R., Cherkez R.G., Konstantynovych I.A., Hoshovskyi V.I., Tiument- sev V.A. Thermoelectric device with electronic control unit for diagnostics of inflammatory processes in the human organism // BIOMEDICAL ELECTRONICS, Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature. 2017. № 6. P. 44—48. doi: 10.15222/TKEA2017.6.44
- Исмаилов Т.А., Гафуров К.А. Прецизионное измерение температурных параметров тканей и полостей человеческого организма / Восьмая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Сб. научн. тр. Москва. 2002. Т. 1. С. 228.
- Исмаилов Т.А., Гафуров К.А. Применение термоэлектрических устройств для измерения теплопроводности тканей человеческого организма / Третья Российская национальная конференция по теплообмену: Сб. научн. тр. Москва. 2002. С. 225—227.
- Гафуров К.А. Термоэлектрические цифровые преобразователи для исследования локальных температурных полей человеческого организма / Дисс. … на соискание ученой степени к.т.н. Махачкала, 2005. 159 с.
- Тукмакова А.С., Асач А.В., Макарова Е.С., Тхоржевский И.Л., Демченко П.С., Сединин А.Д., Новотельнова А.В., Каблукова Н.С., Ходзицкий М.К. Перспективы использования наноразмерных слоев термоэлектриков для детектирования излучения терагерцового диапазона элементов / Материалы VII всероссийской НТК Состояние и перспективы развития термоэлектрического приборостроения. Махачкала, 2020. С. 7—8.
Дополнительные файлы
