紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在美國(guó)的應(yīng)用

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1、第28卷第5期無(wú)損探傷Vol.28No.52004年10月NDTOctober.2004綜　　述紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在美國(guó)的應(yīng)用王金峰(北京維泰凱信新技術(shù)有限公司,北京　100083)摘　要:簡(jiǎn)要介紹了紅外熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在美國(guó)的若干典型應(yīng)用案例。關(guān)鍵詞:紅外熱波;無(wú)損檢測(cè);熱波檢測(cè)中圖分類號(hào):115.28　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A　文章編號(hào):167124423(2004)052012041　引言測(cè)結(jié)果圖可看清鋁蒙皮內(nèi)部的加強(qiáng)筋開(kāi)裂和銹蝕損傷。全部檢測(cè)僅用時(shí)20min,這對(duì)于飛機(jī)在役檢測(cè)本文試圖簡(jiǎn)要描述紅外熱波技術(shù)在美國(guó)比較典十分有意義。型的

2、成功應(yīng)用,主要是美國(guó)韋恩州立大學(xué)和TWI公司的應(yīng)用案例。其中部分圖片取自美國(guó)韋恩州立大學(xué)和TWI公司的公開(kāi)資料。2　應(yīng)用實(shí)例舉要2.1　飛機(jī)檢測(cè)紅外熱波檢測(cè)技術(shù)用于飛機(jī)探傷主要是探測(cè)其蒙皮損傷。飛機(jī)蒙皮損傷大致有五類:一是起降過(guò)程中受異物撞擊(如冰雹、飛沙、飛鳥(niǎo)等)后引起的損圖1　波音737飛機(jī)被測(cè)區(qū)的照片傷,特別是采用復(fù)合材料的部分,受撞擊后表面完好,而強(qiáng)度和密封性已被破壞;二是因高低空壓力變化產(chǎn)生的“吹氣球”效應(yīng),從而導(dǎo)致應(yīng)力集中外(鉚釘附近)的金屬因疲勞而產(chǎn)生裂紋;三是各種化學(xué)原因造成的銹蝕,特別是內(nèi)表面銹蝕;四是各種原因引起

3、的結(jié)構(gòu)損傷,如各種失效的粘接、焊接、鉚接;五是密封不好引起的機(jī)身蜂窩結(jié)構(gòu)件和泡沫材料件的積水。紅外熱波檢測(cè)技術(shù)對(duì)于所有這五類損傷的檢測(cè)都得到了實(shí)用和有效的結(jié)果,而且,還可以對(duì)損傷做定量分析。如探測(cè)損傷深度、銹蝕程度以及能區(qū)別是積水還是滲漏的液壓油等。這些結(jié)果都是經(jīng)過(guò)大量圖2　波音737飛機(jī)蒙皮的紅外熱波檢測(cè)結(jié)果拼圖實(shí)驗(yàn)室和實(shí)地、外場(chǎng)試驗(yàn),不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)設(shè)備　　圖3是熱波檢測(cè)技術(shù)用于對(duì)飛機(jī)表面下蜂窩結(jié)才得到的[1][2]。[3]構(gòu)材料的損傷識(shí)別和表征。對(duì)飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)材料圖1為波音737飛機(jī)某一局部的可見(jiàn)光照片。進(jìn)行脈沖加熱后,應(yīng)用

4、紅外熱波檢測(cè)技術(shù)可繪出表被測(cè)區(qū)4×5大小,可看清鋁蒙皮上的鉚釘和面不同區(qū)域的冷卻曲線,用于飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)材料的一塊修補(bǔ)。探傷檢測(cè)與損傷特性識(shí)別。圖3中用不同顏色深淺圖2與圖1為相同區(qū)域,4×5面積,是波對(duì)照顯示了不同損傷區(qū)域與其相應(yīng)的表面冷卻曲音737飛機(jī)蒙皮的紅外熱波檢測(cè)結(jié)果拼圖。熱波檢線,其結(jié)果可以識(shí)別出表面下正常狀況、多層蒙皮材?1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2　　　　　　　　

5、　　　　　　　　　　無(wú)　損　探　傷　　　　　　　　　　　　　　　第28卷料開(kāi)裂、蒙皮下蜂窩結(jié)構(gòu)材料缺損、液壓油滲漏、蜂附著情況。所有已知可用的探傷辦法都無(wú)法做到即窩結(jié)構(gòu)儲(chǔ)水等各種情況。不損傷又不接觸樣品。而采用熱波探傷的方法后,每個(gè)試件只需幾十秒鐘,便可將絕熱層的附著情況清晰地顯示出來(lái)。類似的試驗(yàn)還有某汽車公司鑄鋁缸體內(nèi)襯附著問(wèn)題、其公司渦輪發(fā)電機(jī)葉片絕熱層附著問(wèn)題等等。與這些情況類似,航天器的液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的噴口絕熱層附著問(wèn)題、各種鍍膜、涂層的探傷問(wèn)題、粘接質(zhì)量問(wèn)題等都[4][5]可用同樣方法進(jìn)行探測(cè)。圖5為渦

6、輪葉片檢測(cè)熱圖。圖3　用于飛機(jī)蜂窩結(jié)構(gòu)材料表面下?lián)p傷識(shí)別和表征2.2　碳纖維增強(qiáng)多層復(fù)合材料受單點(diǎn)撞擊后的層析探傷　　　　　　　圖4為受撞擊后的碳纖維增強(qiáng)多層復(fù)合材料試件在應(yīng)用紅外熱波檢測(cè)技術(shù)后得到的一組熱圖,材料厚度約4mm,共32層。受單點(diǎn)撞擊后表面無(wú)明圖5　渦輪葉片檢測(cè)熱圖顯可見(jiàn)損傷。脈沖加熱后,如圖4所示,不同時(shí)間的2.4　裂紋探測(cè)熱圖顯現(xiàn)了不同深度層的損傷狀況。各層損傷沿該對(duì)于各種各樣的裂紋進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)一直是無(wú)損層纖維方向擴(kuò)展。受撞面1、2層無(wú)傷?！盎ā毙臑槭軝z測(cè)界的難題。特別對(duì)那些與表面垂直并完全閉合[3]撞點(diǎn)。的裂紋,

7、曾長(zhǎng)期沒(méi)有快速、非接觸、不污染試件的可靠檢測(cè)辦法。而采用熱波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)卻可以得到令人滿意的結(jié)果。利用超聲加熱和熱波探測(cè)技術(shù)(熱超聲法),就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)機(jī)身疲勞裂紋的快速、大面積檢測(cè)及對(duì)多種工業(yè)零件的裂紋和焊接質(zhì)量的快速檢測(cè)。該技術(shù)是熱波探傷的最新領(lǐng)域,其應(yīng)用前景已引起廣泛關(guān)注。從目前情況看,對(duì)所有已知的各種表面裂紋進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果都很成功。其中包括探測(cè)到了飛機(jī)蒙皮的疲勞裂紋、鑄鋁引擎外殼的裂紋、鋼曲軸的圖4　碳纖維增強(qiáng)多層復(fù)合材料受單點(diǎn)撞擊后不同時(shí)間的熱圖裂紋、銅焊裂紋、陶瓷茶杯裂紋、牙齒上的裂紋、核桃2.3　絕熱層的檢測(cè)皮上的裂

8、紋等等。各種各樣的熱機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)都有兩個(gè)基本問(wèn)題:提高效率和防止過(guò)熱燒毀。流行的辦法是在其燃燒腔內(nèi)金屬部件上涂陶瓷或合金材料的絕熱層。而絕熱層在金屬上的附著性能常常決定了熱機(jī)的壽命。世界一家最大的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商就曾在研制一種大型發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)遇