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《利用紅外熱成像技術(shù)檢測金屬內(nèi)部近表缺陷》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第17卷第6期紅外與毫米波學(xué)報(bào)Vol.17,No.61998年12月J.InfraredMillim.WavesDecember,19983X利用紅外熱成像技術(shù)檢測金屬內(nèi)部近表缺陷薛書文宗明成丁鐵英湯慧君(北方交通大學(xué)物理系,北京,100044)摘要介紹了利用脈沖式加熱紅外熱成像無損檢測技術(shù)定量檢測金屬內(nèi)部近表缺陷大小及深度的方法,并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析.關(guān)鍵詞紅外熱成像,無損檢測,金屬.引言紅外熱成像無損檢測技術(shù)是一門新興的學(xué)科,它因具有無損、非接觸、快速實(shí)時(shí)、大面[1,3]積、遠(yuǎn)距離檢測等優(yōu)點(diǎn)而迅速發(fā)展.
2、金屬材料探傷是無損檢測工作的重要內(nèi)容之一,所以探討金屬試件內(nèi)部缺陷的紅外無損檢測方法有著重要的意義.本文介紹利用脈沖加熱紅外熱成像無損檢測技術(shù)對金屬材料進(jìn)行探傷的結(jié)果.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該技術(shù)可以對金屬材料進(jìn)行定量化、非接觸、快速無損探傷.不但可以定量測定金屬材料內(nèi)部缺陷的大小和方位,而且可以定量測量內(nèi)部缺陷的大小及深度.文中介紹了利用脈沖加熱紅外熱成像技術(shù)定量化測量金屬材料內(nèi)部缺陷大小和深度的方法,并給出了部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[2]圖1是我們自行研制的脈沖加熱紅外熱成像無損檢測系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由脈沖熱源,紅
3、外熱像儀和專用軟件三部分組成.脈沖熱源用于瞬時(shí)加熱被測試件,在試件中造成熱傳導(dǎo)過程由兩個(gè)大功率氙燈提供的熱脈沖功率值在兆瓦以上.紅外熱像儀用于記錄熱脈沖作用圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方框圖Fig.1BlockdiagramofexperimentalsystemX國家自然科學(xué)基金(編號59575077)資助項(xiàng)目稿件收到日期1997210213,修改稿收到日期19982042216期薛書文等:利用紅外熱成像技術(shù)檢測金屬內(nèi)部近表缺陷425后試過程,件表面的溫度場變化過程,主要技術(shù)指標(biāo)為,視場角為7°×7°;工作距離為0.4m～
4、∞;測溫范圍為室溫～1500°C;空間分辨率為1.2mrad;溫度分辨率為0.1°C;工作波段為8～12Lm(HgCdTe探測器);圖像(64×64像素)采集速度為每秒25幀.專用軟件用于處理接受到的紅外熱圖像,從而差別被測試件的內(nèi)部缺陷,并定量測量缺陷的大小和深度.我們以鋼試件為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.2實(shí)驗(yàn)研究2.1試件實(shí)驗(yàn)中采用的試件是厚金屬平板,平板中的缺陷是人工制作的平底圓孔.試件有A、B兩種型號(見圖2和圖3),A型中缺陷直徑D均為10mm,缺陷距表面的深度l由大到小分別為1.8mm、1.3mm、1.1m
5、m、0.8mm.B型中缺陷距表面的深度l均為1.1mm,缺陷直徑D分別為10mm、8mm、6mm.圖2A型試件示意圖圖3B型試件示意圖Fig.2Schematicdiagramoftest2pieceAFig.3Schematicdiagramoftest2pieceB2.2缺陷大小的測量檢測中獲得的紅外熱圖像為定量分析缺陷大小及深度提供了豐富的信息.圖4是對試件進(jìn)行脈沖加熱后記錄下來的紅外熱圖像時(shí)間序列.從中可以看到缺陷圖像隨時(shí)間的延長逐漸變?nèi)踝兡：?由于熱的橫行擴(kuò)散作用,使缺陷邊緣變得模糊不清,所以紅外熱
6、像不能直接反映缺陷的真實(shí)大小.我們在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上探索出一種有效測量材料內(nèi)部缺陷大小的方法.缺陷的每幅紅外熱成像反映了缺陷對應(yīng)表面的溫度場分布.圖5是沿缺陷熱像直徑的溫度分布曲線,橫向代表像素,縱軸代表缺陷對應(yīng)表面的相對溫度(即相對無缺陷部位對應(yīng)表面溫度的差值),$Tm是極大值,在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)缺陷的邊緣部位落在第n1和n2的像素點(diǎn),也就是說$n($n=n2-n1)個(gè)像素才代表缺陷的真實(shí)大小,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)n1、n2點(diǎn)對應(yīng)的$T的值非常接近$Tm?e.假設(shè)每個(gè)像素代表的實(shí)際大小為L,缺陷的大小可按下式計(jì)算:D=
7、$n?L=(n2-n1)?L(1)圖6和圖7是利用該方法得到的A、B型試件缺陷直徑測量值D隨時(shí)間t的變化曲線.由圖6(●:D=10mm,l=1.1mm;□:D=8mm,l=1.1mm;△:D=6mm,l=1.1mm)可見:(1)隨缺陷直徑減小,測量值隨時(shí)間的波動幅度減小,在D=6mm時(shí)趨于水平;(2)隨[4]缺陷直徑減小,測量值的誤差與非金屬材料相比較小.當(dāng)D=6mm時(shí),測量值與實(shí)際值基本吻合.但是我們在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)缺陷較小時(shí),紅外熱圖像的對比度比較低,而且持續(xù)時(shí)間也很短,這是不利的一面.對大缺陷來說,雖然
8、紅外熱圖像的對比度較高,但測量值隨時(shí)間波紅外與毫米波學(xué)報(bào)17卷426動幅度較大,只有在一定時(shí)間范圍內(nèi)測量誤差較小.圖4缺陷的紅外熱成像時(shí)間序列圖5缺陷橫向熱分布曲線Fig.4TimesequenceofthermalFig.5Temperaturedistributionthroughimagesofdefectsthecenterofthedefect圖6缺陷深度相同大小不同的D2t圖圖7缺陷大小
