CN103383358A

CN103383358A - 点阵式热传导测温无损裂纹检测法

Info

Publication number: CN103383358A
Application number: CN2013102934942A
Authority: CN
Inventors: 孔令超; 张威; 田艳红; 王春青; 李海龙
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2013-11-06

Abstract

点阵式热传导测温无损裂纹检测法，涉及一种裂纹检测方法。所述方法步骤如下：在待测工件上方设置激光器和红外热像仪，将激光束设定功率照射在待测工件表面，同时用红外热像仪实时检测距离激光光斑1-10mm位置处待测工件表面的温升曲线，检测其最高值，根据温升最高值对比判断待测工件表面该处是否有裂纹缺陷。将整块工件表面依据X-Y坐标划分为n个待测点阵，经逐点检测后，将记录好的异常低温点坐标经绘图，即可直观地得知待测工件上的裂纹位置和形状。本方法应用面广阔；不仅对工件上的浅表微裂纹有较高的检出率，更可描绘出其位置、形状、深浅等三维信息；简便直观，无损，检测过程无需中间介质，对工件无不良影响，检测结果直观准确。

Description

点阵式热传导测温无损裂纹检测法

技术领域

本发明涉及一种裂纹检测方法，尤其涉及一种无损裂纹检测方法。

背景技术

机器零部件中最严重的缺陷是出现裂纹。裂纹产生的原因是多种多样的，主要有以下几种：

第一，在制造阶段由原材料产生的裂纹；

第二，加工制造阶段产生的裂纹；

第三，设备在使用中发生的裂纹。

检查这些裂纹通常使用无损检测法，可是，要想判断这些裂纹是有害还是无害都相当困难。一旦产生漏判，运行的机件上产生裂纹的扩展就会对生产安全运行造成很大威胁和严重后果。

现有表面检测裂纹技术主要有如下几种方法：

1、渗透法：

渗透探伤是在金属表面涂上具有浸透性的某种有色液体，擦拭以后，由于在裂纹中残留有液体，故能显示出裂纹。

2、磁粉法：

此法是利用磁粉的细粒，在进入由于裂纹而引起的漏磁场时，就会被吸住留下，由于漏磁场比裂纹宽，故积聚的磁粉用肉眼容易看出。

3、涡流检测法：

此法是利用涡流裂纹探测器进行的。其原理是探测器接触裂纹时，使探测器线圈的阻抗减弱而取得电压上的变化，即在仪器刻度盘上显示出相应数值或发出报警声。同样还能利用涡流法来测量裂纹的深度值。

4、射线探测法：

在设备监测中，常用易于穿透物质的χ、γ射线。当射线在穿透物体过程中，由于受到吸收和散射，使强度减弱，其衰减的程度与物体厚度、材料的性质及射线的种类有关，因此当物体有气孔等体积缺陷时，射线就容易通过。反之，若混有吸收射线的异物夹杂时，射线就难以通过。用强度均匀的射线照射所检测的物体，使透过的射线在照像底片上感光，通过对底片的观察来确定缺陷种类、大小和分布状况，按照相应的标准来评价缺陷的危害程度。但此法费用较高。

5、超声波探伤法：

此法是利用发射的高频超声波（1～10MHz）射入到被检测物的内部，如遇到内部缺陷则一部分入射的超声波在缺陷处被反射或衰减，然后经探头接收后再放大，由显示的波形来确定缺陷的部位及其大小，再根据相应的标准来评定缺陷的危害程度。

上述几种方法各有优缺点，其主要缺点是对浅表微裂纹难以准确检测。

发明内容

针对现有表面检测裂纹技术存在对浅表微裂纹难以准确检测的缺陷，本发明提供一种点阵式热传导测温无损裂纹检测法。

本发明的点阵式热传导测温无损裂纹检测法步骤如下：

在待测工件上方设置激光器和红外热像仪，将激光束设定功率照射在待测工件表面0.1-2秒，令工件照射点温度快速升高，同时用红外热像仪实时检测距离激光光点1-10mm位置处待测工件表面的温升曲线，检测其最高值，根据温升最高值判断在激光光点与检测区之间是否存在裂纹。

工作原理如下：

当以一定功率的激光光点照射在工件表面时，其光点照射处吸收能量温度会急剧上升并向四周和下方传导，由于在均匀材质中其热导率是一致的，当激光加热时间也一致时，在激光照射点附近其温升必然也一个定量，其检测原理参见图1。

当在激光光点照射处有一裂纹时，热传导路径被部分或全部截断，处于裂纹的另一侧其温升必然低于无裂纹处，其温升大小与裂纹深浅也有一对应关系，其检测原理参见图2。

本方法具有以下优点：

1、x光一般检测气孔、夹渣等，裂纹难检测，非金属不适用；超声需借助介质，即将工件浸入水或油中，给检测带来不便，且检测结果不直观，非专业人员无法操作；涡流法首先对非金属不适用，其次对非铁磁性材料也无能为力。而本方法应用面广阔，金属、非金属、复合材料等皆适用，只需调整相应的激光和测量参数。

2、现有检测法皆对微裂纹检测困难，定性已难，定量更难。而本检测方法不仅对工件上的浅表微裂纹有较高的检出率，更可描绘出其位置、形状、深浅等三维信息。

3、本检测方法简便直观，无损，检测过程无需中间介质，对工件无不良影响，检测结果直观准确。

附图说明

图1为无缺陷位置检测原理示意图；

图2为有裂纹位置检测原理示意图；

图3为温升曲线图，其中：T0为室温，T1为正常温升曲线，T2为有裂纹温升曲线；

图4为工件裂纹检测过程示意图；

图5为实际有裂纹工件图；

图6为根据检测结果绘制的工件图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进一步解释说明，但并不限定本发明的保护范围，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式的点阵式热传导测温无损裂纹检测方法包括如下步骤:

（1）将整块待测工件表面依据X-Y坐标划分为n个待测点阵。

（2）在待测点阵上方设置激光器和红外热像仪，将激光束设定功率照射在待测工件表面，同时用红外热像仪实时检测距离激光光斑1-10mm位置处待测工件表面的温升曲线，检测其最高值。

工件材质和表面粗糙度影响着对激光的吸收率，本检测方法关键需要令工件照射点温度快速升高几十度到一两百度，即一般照射时间（脉宽）最大不能超过2秒，脉宽在0.1-2秒之间。激光功率过小，照射时间过长，都会导致热量绕过裂纹传导至检测区，导致漏检。因此激光功率一般在几十瓦到几百瓦之间，主要根据工件的吸收率，如果工件吸收率较低，就需激光器大功率。在实际应用中，温度升高绝对值和升温速率都很重要，高的温度绝对值和升温速率，可获得较高的辩识度，相反过低的温度绝对值和升温速率，可能会出现漏检，误判。

非金属的吸收率较高，一般都在0.6以上，例如光滑陶瓷为0.92，印刷电路板为0.94；而金属较低，铝抛光表面为0.04-0.06；不锈钢抛光表面为0.16。粗糙度也影响吸收率，同样表面粗化的铝为0.28，阳极化处理、浅灰、暗哑光的铝表面为0.97。

例如：同样欲使铝材表面在0.5秒内升温50度，抛光铝需500瓦，而粗化铝则需70瓦左右，阳极化处理、浅灰、暗哑光的铝表面只需20瓦左右。

当激光功率合适的时候，检测区与激光观点之间的距离最大可以到10mm，这时检测效率高，当发现异常温度点，且需判断裂纹详细位置和深度等信息时，需将两点距离拉近，最小1mm，这样的系统检测结果分辨率最高。

（3）按照步骤（2）进行逐点检测，将记录好的异常低温点坐标经绘图，即可判断整块待测工件表面是否有裂纹缺陷，具体判断方法为：

当工件完好无裂纹时，将激光束照射在其表面一点，令其瞬间升温到合适的温度，对于金属材质，由于其导热率高，在距离光点1-10mm的位置上其温度与光点处相差不多，一般在1-10度以内，经实验即可得到数值。

当在光点和测量区之间存在裂纹时，由于热传导受阻，此时测得的温度值要大大低于无裂纹处，两相比较就可知在光点和测量区之间存在着裂纹。例如，假设无裂纹处测得的温度值都是70度左右，而整个工件上有20个低温点，温度在25-50度之间，则可依据这20个点各自坐标，绘制出工件的裂纹位置，形状及深度三维图。

具体实施方式二：本实施方式的点阵式热传导测温无损裂纹检测方法包括如下步骤:

如图1所示，在待测试件上方，分别设置有一激光器和红外热像仪；将一束激光设定功率照射在试件上t1秒；同时用红外热像仪检测距离激光光斑L=1mm位置处一设定测温区（一般在几平方mm，在整个检测过程中，需保持L距离和设定区面积不变）温升曲线，检测最高值。

当激光光点与检测区之间无裂纹时，其热传导良好，其温升很高；当激光光点与检测区之间存在裂纹时，由于热传导受阻，因此所测温升最高值较低，见图3。两相比较就可知道在激光光点与检测区之间存在裂纹。假设无裂纹处所测温度都为70±5度，而测到有的点温度值在25-50度时即可判断，在此之间存在裂纹，其深度与70度的温度差相关，即差值越大，裂纹越深。

在实际应用中，需将整块工件表面依据X-Y坐标划分为n个待测点阵，经逐点检测后，将记录好的异常低温点坐标经绘图，即可直观地得知待测工件上的裂纹位置和形状。在实验数据库的支持下，通过计算还可知道裂纹的深度，见图4-6。

如图5所示，将工件划分为40×30的点阵，工件上的裂纹起点坐标x=15、y=9，终点坐标为x=7、y=28。在对整个工件检测了这40×30=120个点后，得到12个低温点，依据各点的x、y坐标，即绘制出图6，它基本与工件实际裂纹位置、形状是一致的，其各点的裂纹深度可经与实验数据库比较得出。

Claims

1.点阵式热传导测温无损裂纹检测法，其特征在于所述方法步骤如下：

在待测工件上方设置激光器和红外热像仪，将激光束设定功率照射在待测工件表面0.1-2秒，同时用红外热像仪实时检测距离激光光点1-10mm位置处待测工件表面的温升曲线，检测其最高值，根据温升最高值判断在激光光点与检测区之间是否存在裂纹。

2.根据权利要求1所述的点阵式热传导测温无损裂纹检测法，其特征在于所述方法步骤如下：

（1）将整块待测工件表面依据X-Y坐标划分为n个待测点阵；

（2）在待测点阵上方设置激光器和红外热像仪，将激光束设定功率照射在待测工件表面，同时用红外热像仪实时检测距离激光光点1-10mm位置处待测工件表面的温升曲线，检测其最高值；

（3）按照步骤（2）进行逐点检测，将记录好的异常低温点坐标经绘图，即可判断整块待测工件表面是否有裂纹缺陷。