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红外无损检测技术研究现状与发展趋势学院：机械电气工程学院专业：农业机械化及其自动化专业班级：12农机2班姓名：阿不都热合曼·艾山学号：2012509191时间：2015-11-15红外无损检测技术研究现状与发展趋势(国家质技木监怪局锅炉压刀容器检测研究中心北京1001摘要介绍红外无损检测技术的原理丶特点丶有关仪器设备以及国内外红外无损检测的研究现状指了存在的问题和发展趋势。关键词：红外无损检侧研究现状发展趋势引言航空丶航天、锅炉压力容器和核动力中一些灾难性事故往往都和材料本身或材料的结合部位的焊接情况有关。虽然发展和改进了传统的无损检测方法,但人们仍不能对材料的某些特性进行充分的研究。因此,还在不断探寻新的技术和新的方法,以解决一系列新问题。由于红外无损检测技术具有独特的优点,能补充传统检测手段的不足,正日益受到人们的重视和应用。红外无损检测的原理和特点外无损检测的原理是基于物体的热辐射特性,扫描记录或观察试件表面,由于缺陷和材料不同的热特性引起的温度变化。通过表面温度场分布就可获取工件的缺陷信息。因此,被称为热无损检测测过程与被检物体的热扩散过程紧密相关。当热量加在试件表面时,热流注人试件并在其内部扩散。如果工件内部有缺陷存在时,热流就被缺陷阻挡,经过一定时间,就会在缺陷附近发生热量堆积,引起工件表面温度梯度的变化,表现为温度异常。用红外测温仪器扫描试件表面,测量试件表面的温度分布情况,检测到温度异常点时,就可以断定该点面或内部存在缺陷外无损检测技术按其检测方式可分为两大被动式检测和主动式检测。主动式检测是在人工加热工件的同时或在加热后,经一段时间的延迟再扫描记录或观察试件表面的温度分布。被动式检测是利用工件自身与周围环境的温差,在被检测试件与周围环境热交换的过程中确定工件内部是否有缺陷存在。被动式检测多用于运行中的设备丶工件或工作中的电子元器件的检测式检测又可分为稳态检测和暂态检测两稳态检测是将待测工件加热到内部温度均恒定状态;暂态检测是在加热时工件处于非均匀恒定状态,有热传导存在。稳态检测时试件表面温度梯度值较小,不利于检测微小缺陷,因此当检测微小缺陷时,一般选用暂态检测。暂态检测又根据热注人的方式不同,分别被叫做热波无损检测技术T,脉冲电视热成像检测技术和光热辐射检测技术与其它无损检测方法相,红外无损检测技术有以下特点:(1)能实现非接触测量,检测距离可近可远;(2)精度比较高;(3)空间分辨率较高;(4)反应快;()5检测时操作简单丶安全可靠,易于实现自动化和实时观察;(6)采用周期性热源加热时,加热频率不同可探测不同深度的缺陷。当频率高时,有利于探测表面微裂纹。频率低时,可探测较深缺陷,但灵敏度降低;(7)采用热像仪检测能显示缺陷的大小丶形状和缺陷深度。2红外无损检测设备2.1红外检测仪(l)红外热象仪这种检测设备精度最高,使用最广泛。它是一种采用光机扫描丶视频显示,而达到快速测量显示目标表面温度场的专用设备,国内许多单位引进了瑞典AGAMA系的仪器,其温度分辨力在0.1℃,日本丶美国也有同类产品。但该仪器工作时,须对探测器进行制冷。()2红外热电视这种仪器主要采用电子束扫描,采用热释电材料构成显象管的靶面,例如美国瑞达公司XS系列,其温度分辨力在0.5一0.2℃,英国也有类似设备。(3)红外测温仪该仪器主要用来遥测红外线能量总和,例如美WEHL公司HsA系列丶DHs系列,其温度分辨力0.52一0.5℃,日本也有同类仪器。(4)红外照相机这种仪器是将被检物体上每一点的红外辐射换成电信号,然后记录在红外软片上进时显。2.2红外探测器常分为热敏类探测器和光电类探测器两大。前者是利用红外辐射的热效应原理,后者利用红外辐射的光电效应原理制成。波。研究热波与缺陷的关系,可得出物体表面温度场随时间而发生的变化。采用这种方法,建模比较容,而且增加了对缺陷探测的信息量,使缺陷的检测与识别更加可靠,目前仍待进一步的发展。另外,在红外无损检测技术的发展的过程中,值得注意的是C..KeHihs和K.C.Su的工作〔,〕,他们从研究热传导的逆问题出发,提出了一套确定缺陷定量尺寸的算法。这些算法目前还不够完善,检测试样类型有限但它提供了一种新的思路,国内有人据此提出了热断学的概念`“〕。我国于1968年开始红外无损检测技术的研究,先后研制成功了HT一1型和HT一2型红外探伤仪。1891年前后,我国广泛开展了红外无损检测技术的研究,陆续开展了利用红外无损检测技术检测混凝土内部缺陷丶轴承滚子裂纹丶钎焊质量丶复合材料内部缺陷丶金属内部近表缺陷等研究。从研究结果看,大多数研究只局限于利用热像仪进行扫描丶观察缺陷热图,并作相应的试验统计分析。(l)热敏类探测器可分为三种,即热敏电阻型探测器丶温差电偶探测器和热释电型探测器。(2)光电类探测器可分为四种,即光电导型探测器丶光生伏特型探测器丶光磁电探测器和红外电荷祸合国外红外无损检测技术研究现状美国ASME于1989年把其列为常规无损检测技术发展趋势之一川。红外无损检测技术的展大致可以分为三个阶段:06年代到07年代初为第一阶段;07年代到80年代初为第二阶段;08年代到现在为第三阶段。最早开展应用研究的是美国。1906,美国利用该技术检测了火箭发动机界面脱粘的问题,之后又相继应用于对多层结构丶蜂窝结构以及航天飞机零部件的优选。早期的这些工作仅局限于缺陷进行定性的分析和鉴别。进人70年代,人们开始研究缺陷与红外信号之间的定量关系,由于缺陷存在的复杂性,这些结论是人们利用数值算法,通过制一定的计算机程序来实现的。虽然这些结论具有普遍性,但对研究缺陷信号的特征还是很有意义的。进人80年代,人们的研究兴趣开始转向采用周期性热源和脉冲热源加热的热波检测红外无损检测问题与展望目前国内红外无损检测技术发展很快,已广泛应用于电力部门和石油化学工业部门,但与常规无损检测的方法相比,还有相当大的差距,主要表现在:(1)没有建立起比较完善的缺陷模型,因此不能精确地测定缺陷的大小,形状和位置;(z)缺乏红外无损检测操作人员的考核丶评定和定级标准;(3)缺乏试验方法的实施标准;(4)国内现有红外测温仪器针对性不强,缺乏专门用于无损检测的系列品;()5红外热成象还没有成文的标准。外热象无损检测是检测技术发展方向之一,其发展趋势有:(1)检测方法融合化红外检测技术具有独特的优点,但也有自身的局限性,例如,它局限于结构表层和浅层的检测,未涉及结构材料的深层内部。因此它需要与其它检测方法互补融合,方能比较全面地鉴构的质量。图象分析仪在图象分析处理方面有独特优势用以对红外热象进行分析处理,将有助于红外检测技术。(2)检测技术定量化目前红外检测技术多停留在定性水平,其研究裂是由于长期过热在外壁形成蠕变裂纹。之在转弯处有较大的应力集中产生,在循环热应力的影响,再加上有焊接缺陷存在,当裂纹扩展到一定程度时,导致炉管开裂及鳍片脱落,即引起失效。结合运行3万多小时的冷灰斗部位的鳍片的显微组织,可以推知:该鳍片的原始组织状态为铁素体+条带状珠光体,而且组织的不均匀性很明显。这种原始组织珠光体很快球化,仅适合于501℃以下的工况条件。如果将其工作温度升至504℃,将大大降低其使用寿命。对于1C2r1MoV钢来讲,通过计算若超温10℃,其工作寿命将减少一半以上。从冷灰斗处的水冷壁管(中60xsmm)侧的鳍片的显微组织中可知,珠光体已完全球化。12Cr1MOV钢的完全球化组织会显著降低钢的热强性。在循环热应力和转弯处集中应力的影响下,加速了蠕变裂纹的形成。同时,水冷壁管与鳍片间的焊接部位还在着焊接缺陷,从而导致了鳍片的撕裂。从鳍片撕裂可以推知:冷灰斗部位的水冷壁管的开裂也是在长期过热条件下形成的蠕变开裂。4结论炉膛水冷壁管(中60x4mm)的爆裂是属于短期过热局部瞬时超温。过热温度在650一870℃之间。冷灰斗转弯处的水冷壁管(中60xsmm)开裂是属于长期过热,过热温度超过570℃。鳍片的烧损是由于鳍片的传热没有水冷壁管的好,从而烧损更加严重。5改进措施一般来讲,锅炉的失效原因是多方面的。主要现状和工程检测经验尚不足以建立比较成熟的定模型,各国的研究者都在致力于红外检测技术定化的研究和探索。(3)检测仪器智能化现代计算机技术不仅有助于红外热象的存储处理,而且为仪器的智能化奠定了基础,高测技术的精度,使红外检测技术获得普及应用。实现检测仪器智能化有赖于建立红外检测技术专家系统。有:设计不当丶选材不当和运行不当(包括过热)等。从以上的分析可知:在选材和运行方面应注意以下几点:1.水冷壁管最好不要使用有材质缺陷的,如重的带状组织。2.材质为12rc1Mov的鳍片的原始组织若为铁素体十条带状珠光体,就不适合在540℃以上的况条件下长期运行。原始组织若为贝氏体(或贝体+铁素体)的钢材,其组织稳定性好,可以在450一750℃下长期运行。3.严把焊接质量关,避免焊接缺陷。4.严格按照锅炉操作规程操作,不超过炉管材料最高安全工作温度。5.定期检查水冷壁管的外径及硬度,尤其是冷灰斗处的水冷壁管。6.应用红外热像技术定期监测水冷壁管外壁及鳍片的温度。7.还要进一步在运行中对该锅炉进行满负荷行下的标定和考查。从设计丶选材丶维修等方面着手,才能从根本上解决壁管的失效问题。参考文献1上海市机械制造工艺研究所,金相分析技术,上海科学文献出版社,9178.12高汉文丶任颂赞.工厂理化测试手册.上海科学文献出版社19913本书编写组,金相图谱,水利电力出版社19684理化检验一物理分册,1998(l一12)张家骏.无损检测技术发展及其对国民经济发展的影无损检测宋利明,王红,杨泽宽,程永铭.电子计算机辅助红外面无损检测技术vol.巧,N。丶3,1993陈衡.红外扫描测温与热诊断学.激光与红外VIO02,No.3,1989