基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種金屬構(gòu)件的紅外無(wú)損檢測(cè)方法，特別是基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法。其特征在于：利用強(qiáng)脈沖電流放電裝置將脈沖電流通入金屬構(gòu)件中，電流在金屬構(gòu)件的缺陷處會(huì)產(chǎn)生集中和繞流，形成電磁熱效應(yīng)和歐姆效應(yīng)，在非導(dǎo)電的缺陷附近，電能轉(zhuǎn)化成熱能，從而使缺陷處溫度升高，與金屬構(gòu)件的其他區(qū)域形成溫度差；同時(shí)利用紅外熱像儀對(duì)進(jìn)行檢測(cè)，獲取被測(cè)對(duì)象的表面溫度場(chǎng)分布；最后通過(guò)分析熱像圖，可以確定缺陷的位置和大致尺寸。本發(fā)明系統(tǒng)具有檢測(cè)效率高、操作方便的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種金屬構(gòu)件的紅外無(wú)損檢測(cè)方法，特別是基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是新發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其原理是通過(guò)熱源對(duì)待檢測(cè)試件進(jìn)行加熱，采用紅外熱像儀采集試件表面溫度的實(shí)時(shí)圖像信號(hào)。在熱傳導(dǎo)過(guò)程中，當(dāng)試件內(nèi)部存在斷裂、氣孔、分層等缺陷時(shí)，材料的熱傳導(dǎo)性能會(huì)發(fā)生改變，試件的表面溫度產(chǎn)生不均勻分布。通過(guò)處理采集的溫度信號(hào)，從而可以判斷試件內(nèi)部缺陷信息。紅外檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬、非金屬及復(fù)合材料中存在的裂紋、脫粘等缺陷進(jìn)行檢測(cè)，具有非接觸、檢測(cè)面積大、速度快、在線(xiàn)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]在紅外檢測(cè)過(guò)程中，一般要對(duì)待測(cè)試件進(jìn)行主動(dòng)式加熱。常用的方法有熱風(fēng)法、紅外輻射燈照射法、脈沖閃光法、超聲激勵(lì)法等，但這些主動(dòng)加熱方法均存在各自的缺點(diǎn)。熱風(fēng)法存在加熱不均勻的缺點(diǎn)，脈沖閃光法和超聲激勵(lì)法對(duì)表面缺陷和表層缺陷加熱效果好，有利于缺陷的檢測(cè)，但對(duì)于內(nèi)部缺陷效果并不理想。
[0004]對(duì)金屬試件通入脈沖電流，電流在金屬構(gòu)件的缺陷邊緣處會(huì)產(chǎn)生集中和繞流，電流密度隨之增大。由于電磁熱效應(yīng)和歐姆效應(yīng)，在非導(dǎo)電的缺陷邊緣附近，電能轉(zhuǎn)化成熱能，想到與在缺陷邊緣附近作用了 一周的線(xiàn)熱源，從而使缺陷處溫度升高。缺陷處的溫度與金屬構(gòu)件上其他區(qū)域產(chǎn)生溫度差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)金屬構(gòu)件表面缺陷或內(nèi)部缺陷的檢測(cè)不能同時(shí)達(dá)到良好效果，提出了一種金屬構(gòu)件的紅外無(wú)損檢測(cè)方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法，其特征在于:包括以下步驟，
501:連接脈沖電流發(fā)生裝置與被測(cè)金屬構(gòu)件，并通電；
502:脈沖電流在金屬構(gòu)件的缺陷處產(chǎn)生集中和繞流，使得缺陷邊緣的電流密度增大，發(fā)生電磁熱效應(yīng)和歐姆效應(yīng)；
503:在缺陷邊緣電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而缺陷邊緣溫度升高，與金屬構(gòu)件的其他區(qū)域形成溫度差；
504:采用紅外熱像儀對(duì)待測(cè)金屬構(gòu)件的表面溫度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)紅外圖像采集；
505:將采集到的圖像輸入計(jì)算機(jī)，分析熱像圖中是否存在溫度異常區(qū)域，以及溫度異常區(qū)域的數(shù)量與顏色；
506:確定缺陷位置、缺陷數(shù)量和損傷程度。
[0007]進(jìn)一步的，所述脈沖電流發(fā)生裝置包括依次連接的交流電源、調(diào)壓器、升壓器、整流器、儲(chǔ)能電容組和放電開(kāi)關(guān)；所述脈沖電流發(fā)生裝置還包括一控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)分別與調(diào)壓器、升壓器、整流器、儲(chǔ)能電容組和放電開(kāi)關(guān)連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述脈沖電流發(fā)生裝置的放電開(kāi)關(guān)依次連接被測(cè)金屬構(gòu)件、紅外熱像儀和計(jì)算機(jī)；所述放電開(kāi)關(guān)還連接有觸發(fā)單元。
[0009]進(jìn)一步的，由于電流方向與缺陷走向相垂直時(shí)，電磁熱效應(yīng)最明顯，故需根據(jù)檢測(cè)過(guò)程中的實(shí)時(shí)熱像圖，不斷調(diào)整直流放電電極位置，以便于準(zhǔn)確檢測(cè)出金屬構(gòu)件缺陷。
[0010]進(jìn)一步的，根據(jù)被測(cè)金屬構(gòu)件的厚度和尺寸，可以通過(guò)脈沖電流發(fā)生裝置的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電流通路和電流強(qiáng)度。
[0011]進(jìn)一步的，所述脈沖電流發(fā)生裝置由低壓交流電源引入，經(jīng)調(diào)壓器送到變壓器，輸出電壓經(jīng)過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流，并給儲(chǔ)能電容組充電，當(dāng)觸發(fā)單元送來(lái)高壓觸發(fā)脈沖時(shí)，放電開(kāi)關(guān)擊穿，電容器組對(duì)被測(cè)金屬構(gòu)件放電，使得金屬構(gòu)件的缺陷處發(fā)生電磁熱效應(yīng)和歐姆效應(yīng)，溫度升高，與與金屬構(gòu)件的其他區(qū)域形成溫度差。
[0012]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明利用脈沖電流的在金屬構(gòu)件的缺陷處產(chǎn)生的電磁熱效應(yīng)，并結(jié)合紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果精度較高；
2、檢測(cè)過(guò)程不會(huì)對(duì)待測(cè)金屬構(gòu)件造成損傷；
3、檢測(cè)速度快、效率高、操作便捷。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法的流程圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)拓?fù)鋱D。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明的基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法，其特征在于:包括以下步驟，
501:連接脈沖電流發(fā)生裝置與被測(cè)金屬構(gòu)件，并通電；
502:脈沖電流在金屬構(gòu)件的缺陷處產(chǎn)生集中和繞流，使得缺陷邊緣的電流密度增大，發(fā)生電磁熱效應(yīng)和歐姆效應(yīng)；
503:在缺陷邊緣電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而缺陷邊緣溫度升高，與金屬構(gòu)件的其他區(qū)域形成溫度差；
504:采用紅外熱像儀對(duì)待測(cè)金屬構(gòu)件的表面溫度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)紅外圖像采集；
505:將采集到的圖像輸入計(jì)算機(jī)，分析熱像圖中是否存在溫度異常區(qū)域，以及溫度異常區(qū)域的數(shù)量與顏色；
506:確定缺陷位置、缺陷數(shù)量和損傷程度。
[0017]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法，提供了基于本發(fā)明方法的檢測(cè)系統(tǒng)，所述脈沖電流發(fā)生裝置包括依次連接的交流電源、調(diào)壓器、升壓器、整流器、儲(chǔ)能電容組和放電開(kāi)關(guān)；所述脈沖電流發(fā)生裝置還包括一控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)分別與調(diào)壓器、升壓器、整流器、儲(chǔ)能電容組和放電開(kāi)關(guān)連接。
[0018]所述脈沖電流發(fā)生裝置的放電開(kāi)關(guān)依次連接被測(cè)金屬構(gòu)件、紅外熱像儀和計(jì)算機(jī)；所述放電開(kāi)關(guān)還連接有觸發(fā)單元。
[0019]為了達(dá)到最佳的檢測(cè)效果，由于電流方向與缺陷走向相垂直時(shí)，電磁熱效應(yīng)最明顯，故需根據(jù)檢測(cè)過(guò)程中的實(shí)時(shí)熱像圖，不斷調(diào)整直流放電電極位置，以便于準(zhǔn)確檢測(cè)出金屬構(gòu)件缺陷；由于缺陷邊緣的電磁熱效應(yīng)與缺陷的走向有關(guān)，缺陷走向平行于通電電流方向時(shí)，缺陷邊緣處的熱效應(yīng)很小，當(dāng)與通電電流方向垂直的缺陷邊緣的熱效應(yīng)最顯著。
[0020]進(jìn)一步的，根據(jù)被測(cè)金屬構(gòu)件的厚度和尺寸，可以通過(guò)脈沖電流發(fā)生裝置的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電流通路和電流強(qiáng)度。
[0021]所述脈沖電流發(fā)生裝置由低壓交流電源引入，經(jīng)調(diào)壓器送到變壓器，輸出電壓經(jīng)過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流，并給儲(chǔ)能電容組充電，當(dāng)觸發(fā)單元送來(lái)高壓觸發(fā)脈沖時(shí)，放電開(kāi)關(guān)擊穿，電容器組對(duì)被測(cè)金屬構(gòu)件放電，使得金屬構(gòu)件的缺陷處發(fā)生電磁熱效應(yīng)和歐姆效應(yīng)，溫度升高，與與金屬構(gòu)件的其他區(qū)域形成溫度差。
[0022]以下為具體實(shí)施例。
[0023]如圖2所示，脈沖電流發(fā)生裝置包括相連接的交流電源、調(diào)壓器、升壓器、整流器、儲(chǔ)能電容組、放電開(kāi)關(guān)、觸發(fā)單元和控制系統(tǒng)；脈沖電流發(fā)生裝置由交流電源引入，經(jīng)調(diào)壓器送到變壓器，輸出電壓經(jīng)過(guò)橋式整流器轉(zhuǎn)換成直流，直流電壓經(jīng)充電電阻給儲(chǔ)能電容組充電；本實(shí)施例的主放電回路包括儲(chǔ)能電容組、放電開(kāi)關(guān)、和負(fù)載(待測(cè)金屬構(gòu)件)電阻；電容器組充電的過(guò)程，就是電容器存儲(chǔ)電能的過(guò)程；當(dāng)觸發(fā)單元送來(lái)高壓觸發(fā)脈沖時(shí)，放電開(kāi)關(guān)擊穿，電容器組對(duì)負(fù)載(待測(cè)金屬構(gòu)件)電阻放電。
[0024]上述檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)金屬構(gòu)件的檢測(cè)方法，首先將脈沖電流發(fā)生裝置與被測(cè)金屬構(gòu)件相連接，然后接通交流電源，裝置將交流電轉(zhuǎn)化為脈沖電流，脈沖電流在金屬構(gòu)件的缺陷處會(huì)產(chǎn)生集中和繞流，形成歐姆效應(yīng)，在非導(dǎo)電的缺陷附近，電能轉(zhuǎn)化成熱能，使缺陷處溫度升高，同時(shí)采用紅外熱像儀對(duì)待測(cè)金屬構(gòu)件的表面溫度場(chǎng)進(jìn)行紅外圖像采集；將采集到的圖像輸入計(jì)算機(jī)，分析熱像圖中是否存在溫度異常區(qū)域，及其數(shù)量與顏色，可以確定缺陷位置，缺陷數(shù)量和損傷程度。
[0025]實(shí)驗(yàn)證明缺陷邊緣的電磁熱效應(yīng)與缺陷的走向有關(guān)，缺陷走向平行于通電電流方向時(shí)，缺陷邊緣處的熱效應(yīng)很小，當(dāng)與通電電流方向垂直的缺陷邊緣的熱效應(yīng)最顯著；在檢測(cè)過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)時(shí)熱像圖，調(diào)整直流放電電極位置，使通電電流方向垂直于缺陷的走向，同時(shí)控制電流通路和電流強(qiáng)度，即可以達(dá)到最佳的檢測(cè)效果。
[0026]檢測(cè)時(shí)，根據(jù)被測(cè)金屬構(gòu)件的厚度、尺寸，可以通過(guò)脈沖電流發(fā)生裝置的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電流通路和電流強(qiáng)度；在檢測(cè)過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)時(shí)熱像圖，不斷調(diào)整直流放電電極位置，達(dá)到最佳檢測(cè)效果。
[0027]以上是本發(fā)明基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法，其特征在于:包括以下步驟， 501:連接脈沖電流發(fā)生裝置與被測(cè)金屬構(gòu)件，并通電； 502:脈沖電流在金屬構(gòu)件的缺陷處產(chǎn)生集中和繞流，使得缺陷邊緣的電流密度增大，發(fā)生電磁熱效應(yīng)和歐姆效應(yīng)； 503:在缺陷邊緣電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而缺陷邊緣溫度升高，與金屬構(gòu)件的其他區(qū)域形成溫度差； 504:采用紅外熱像儀對(duì)待測(cè)金屬構(gòu)件的表面溫度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)紅外圖像采集； 505:將采集到的圖像輸入計(jì)算機(jī)，分析熱像圖中是否存在溫度異常區(qū)域，以及溫度異常區(qū)域的數(shù)量與顏色； 506:確定缺陷位置、缺陷數(shù)量和損傷程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法，其特征在于:所述脈沖電流發(fā)生裝置包括依次連接的交流電源、調(diào)壓器、升壓器、整流器、儲(chǔ)能電容組和放電開(kāi)關(guān)；所述脈沖電流發(fā)生裝置還包括一控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)分別與調(diào)壓器、升壓器、整流器、儲(chǔ)能電容組和放電開(kāi)關(guān)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法，其特征在于:所述脈沖電流發(fā)生裝置的放電開(kāi)關(guān)依次連接被測(cè)金屬構(gòu)件、紅外熱像儀和計(jì)算機(jī)；所述放電開(kāi)關(guān)還連接有觸發(fā)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法，其特征在于:由于電流方向與缺陷走向相垂直時(shí)，電磁熱效應(yīng)最明顯，故需根據(jù)檢測(cè)過(guò)程中的實(shí)時(shí)熱像圖，不斷調(diào)整直流放電電極位置，以便于準(zhǔn)確檢測(cè)出金屬構(gòu)件缺陷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法，其特征在于:根據(jù)被測(cè)金屬構(gòu)件的厚度和尺寸，可以通過(guò)脈沖電流發(fā)生裝置的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電流通路和電流強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于脈沖電流電磁熱效應(yīng)的金屬構(gòu)件缺陷紅外檢測(cè)方法，其特征在于:所述脈沖電流發(fā)生裝置由低壓交流電源引入，經(jīng)調(diào)壓器送到變壓器，輸出電壓經(jīng)過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流，并給儲(chǔ)能電容組充電，當(dāng)觸發(fā)單元送來(lái)高壓觸發(fā)脈沖時(shí)，放電開(kāi)關(guān)擊穿，電容器組對(duì)被測(cè)金屬構(gòu)件放電，使得金屬構(gòu)件的缺陷處發(fā)生電磁熱效應(yīng)和歐姆效應(yīng)，溫度升高，與金屬構(gòu)件的其他區(qū)域形成溫度差。
【文檔編號(hào)】G01J5/10GK103558249SQ201310540705
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】劉康林, 周立群, 朱亞昆 申請(qǐng)人:福州大學(xué)