振动红外热成像技术用于不同类型缺陷检测的研究进展

红外检测作为一种新型无损检测技术广泛应用于电力、机械及航空航天等领域,已成为现代工业中必不可少的一部分。相比于传统检测技术,红外检测技术具有非接触、检测速度快、实时监测等优点。振动红外热成像检测技术属于红外无损检测技术的一种,其由于单次激励面积大,检测时不受构件形状的限制且对常规检测技术难以检测的微裂纹具有很好的检测效果,从而得到了广泛研究。然而,振动红外热成像技术在检测时容易受到检测条件(预紧力、耦合材料)和检测参数(激励频率、振幅、时间)的影响,使得检测结果可重复性较差、效果不佳。研究者们除了对检测条件和参数进行了有关探究外,还重点研究了该技术在不同缺陷检测中的适用性。该技术在腐蚀分层、冲击损伤、裂纹、埋藏缺陷等检测中已得到成功应用。该技术最早应用于裂纹缺陷检测,其对形状复杂的部件的微裂纹检测效果好,能检测出裂纹的扩展程度和部件的损伤程度;在复合材料的腐蚀分层、冲击损伤等检测领域应用最多,能探测出分层的位置和大小、冲击损伤的程度;近年来开始应用于埋藏缺陷的检测,其虽然能检测出涂层下和内部的埋藏裂纹,但存在探测深度的局限性,检测效果对图像处理有很大的依赖性。本文首先重点介绍了振动红外热成像技术的原理、发展历程及相关设备和常用的图像处理技术。随后,综述了该技术的生热机理(摩擦、粘弹性效应及塑性变形)及其在腐蚀分层、冲击损伤、疲劳裂纹和埋藏裂纹等缺陷方面的研究现状。最后简要总结了振动红外热成像技术的优缺点,指出降低功率、提高图像处理清晰度和改进算法、多种检测方法的集成化是该技术未来的重点发展方向。

铝合金疲劳裂纹振动红外热成像检测研究

航空铝合金经过多次使用存在紧密闭合型裂纹严重威胁飞行安全,以带有疲劳裂纹的7075铝合金为检测对象,利用超声振动做为振动红外热成像技术的激励源,通过多次调节功率、焊枪与平板之间预紧力和激励位置实现对铝合金板缺陷的识别,实验结果表明,振动热成像技术能检测出紧密闭合裂纹,同时发现检测效果受控于激励功率的影响,功率大振幅显著检测效果好,且功率较大的情况下预紧力对检测效果影响较大,功率较低时预紧力对检测效果小,最后发现在功率一定的情况下合理的调节预紧力和激励位置能使缺陷成像结果更加清晰。

激光红外热成像材料表面裂纹检测的研究进展

表面裂纹缺陷是材料中危险的缺陷形式,及时发现服役过程中产生的表面裂纹至关重要。激光红外热成像不仅具有传统红外检测的优点,还因激光能量密度高等特有优点,可远距离检测材料表面微小裂纹。综述了激光红外成像系统平台组件及其关键参数对激光红外成像检测的影响。从图像处理、优化工艺参数等角度入手,阐述了激光红外热成像检测表面裂纹缺陷的定性识别,进一步介绍了对材料表面裂纹缺陷长度、宽度以及深度特征的定量表征。最后对激光红外热成像检测表面裂纹缺陷进行了总结归纳,以及展望其未来的发展方向。

喷涂层下基体疲劳裂纹的超声红外热成像检测

目的验证一种喷涂层下基体疲劳裂纹红外热成像识别方法。方法综合采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,基于热波传导理论分析超声波激励下基体裂纹产生的热波与喷涂层裂纹产生的同频率热波,在向涂层表面传播过程中发生的叠加干涉效应,以及由此导致的表面热波相位偏移现象。采用数值模拟手段研究涂层裂纹热波与基体裂纹热波之间的叠加干涉规律,开展喷涂层下基体疲劳裂纹的超声红外热成像检测试验验证该方法的有效性。结果受到脉冲超声波激励后,基体裂纹与涂层裂纹产生的热波向表面传导过程中会发生叠加干涉效应,并导致涂层表面热波相位发生偏移,低频热波相位偏移现象比高频热波更加明显。结论采用涂层表面热波相位特征识别涂层下基体中的疲劳裂纹是一种可行且高效的方法。

热障涂层界面脱粘缺陷的脉冲红外热成像检测

针对热障涂层界面脱粘缺陷的无损检测问题,首先制备了一种导热过程更加接近真实缺陷,且尺寸可控的人工模拟脱粘缺陷试样;在此基础上,采用脉冲红外热成像检测技术对人工脱粘缺陷进行检测,分析了涂层界面脱粘区和非脱粘区的表面温度瞬态响应过程;以图像标准差(SD)和归一化对比度(NC)作为评价标准,定量对比了脉冲相位法、主成分分析和表面热信号重构3种典型的热图重构方法在脱粘缺陷识别中的作用。结果表明,对400μm厚的YSZ热障涂层,原始热图中可识别最小直径为4mm的脱粘缺陷,而3种重构热图中均可识别最小直径为2mm的界面脱粘缺陷,3种重构算法均显著提高了界面脱粘缺陷的识别能力,其中以表面热信号重构算法对图像的噪声抑制能力最强。

基于振动红外热像技术的承压材料裂纹检测

为及时发现承压设备裂纹缺陷,采用振动红外热像技术以及ABAQUS有限元模拟软件分别进行实验和模拟研究。实验结果表明,裂纹处能明显看到生热现象,且当激励时间超过2 s时对检测效果影响不大。模拟结果表明:激励振幅越大,检测效果越好,过大的激励振幅会导致样品的损伤,试样的最佳激励振幅为8~10μm;激励时间越长,裂纹温升越高,检测效果越好,过长的激励时间也会导致试件的损伤和能量的浪费,试样的最佳激励时间为1 s左右;激励频率与裂纹的振动生热并不成正相关或负相关,当试件裂纹区域振动最剧烈时生热最多,如共振频率。