基于电脉冲加热的红外热像无损检测

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无损检测是在不损伤结构材料的条件下确定其内部和表面有无缺陷的手段,是现代工业的基础技术之一。红外热像检测法是基于构件中缺陷部位和无缺陷部位的热状态不同,通过测量构件表面的温度差异而实现对缺陷的无损检测方法。该方法具有全场、快速、直观、适合大面积扫测的优点,在工农业生产和国防等众多领域得到广泛应用,但该方法的检测灵敏度及对缺陷的检出率,与对构件的热激励方法密切相关,而已有热激励方法还只适合表面或近表面缺陷的检测,难以满足离表面较远处埋藏缺陷的检测。脉冲电流作用下金属材料内部裂纹尖端会产生显著的电磁热效应,为此,本文以脉冲电流为热激励源,并与红外热像法有机结合,实现对构件内部缺陷的高效可靠检测,这对保证设备安全经济运行无疑具有重要意义。(1)构建了以脉冲电流感应热为热源的红外热像检测装置。该装置具有加热速度快、效率高,可全场清晰地显现裂纹尖端位置及温度场。(2)探讨了以电脉冲为激励源的红外热像检测技术的具体过程、影响因素和注意事项,为该项检测技术的推广提供了基础性方法和经验。(3)利用大型通用有限元分析软件ABAQUS模拟了导电薄板及半圆管状试件在电脉冲激励下的红外热像无损检测过程,通过热电耦合分析,建立了施加电载荷与试件表面温度的关系,明确了加载电压和埋藏缺陷深度与试件表面温度分布及变化规律的关系及其对检测效果的影响情况。(4)开展了基于电脉冲加热的红外热像无损检测技术的试验研究。试验中针对304不锈钢板和半圆管试件,研究了试件形状、尺寸、埋藏缺陷深度和性质(裂纹或缺口)以及试件测温表面状态对检测结果的影响情况。对比分析结果表明,实际检测结果和有限元模拟结果比较接近,证明了检测方法的有效性和稳定性。
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