CN113567500A - 脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法，包括以下步骤：步骤S1：在被检测金属试件不含裂缝的一面使用粘贴剂贴上不同于金属材料的贴件；步骤S2：红外热像仪连接好计算机，调整红外热像仪位置，使得贴件表面正好处于红外热像仪图像的中央，然后调整红外热像仪焦距，使计算机获取最清楚的图像；步骤S3：电脉冲开始放电，在金属试件内部，有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差，最终传至贴件表面，贴件表面的温度变化被红外热像仪获取，并传输到计算机被计算机记录；步骤S4：通过红外热像仪和计算机实时判断缺陷的存在及其位置。本发明给被检测金属表面增加贴件，达到延迟热传播的效果。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲红外热像无损检测技术领域，特别是一种脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法。
背景技术
近年来随着红外热成像的技术的日趋成熟，利用红外热像的无损检测技术也在逐步发展，红外无损检测技术的优点明显，具有非接触、检测面积大、精度高、效率快等特点。红外无损检测技术根据激励施加方式的不同，主要分为脉冲法和锁相法，激励源主要有闪光灯、超声波、激光、电流、THz波、热风等。
电脉冲加热是通过瞬时高压的电流通过金属试件，利用焦耳热效应和电流绕流现象，导致有损区域和无损区域之间产生温差，用红外热像仪记录，从而达到检测金属试件是否有裂纹存在的目的，这种检测方法检测速度快，效果好，操作便捷。但是，由于金属试件的热传导率高，试件内部和表面的热传播速度快，在动态实时分析有无裂纹的有效时间较短，目前只停留在对红外热像图像经过处理后，进行有损区域和无损区域之间对比来分析裂纹的存在。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法，可以在线实时分析裂纹。
本发明采用以下方案实现：一种脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法，包括以下步骤：
步骤S1：在电脉冲装置和被检测金属试件准备就绪后，在被检测金属试件不含裂缝的一面使用粘贴剂贴上不同于金属材料的贴件；
步骤S2：红外热像仪连接好计算机，调整红外热像仪位置，使得贴件表面正好处于红外热像仪图像的中央，然后调整红外热像仪焦距，用以使计算机获取最清楚的图像；
步骤S3：电脉冲开始放电，在金属试件内部，由于电流绕流现象和焦耳热效应，有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差，最终传至贴件表面，贴件表面的温度变化被红外热像仪获取，并传输到计算机被计算机记录；
步骤S4：通过红外热像仪和计算机实时判断缺陷的存在及其位置。
进一步地，步骤S1中所述被检测金属试件采用的是304不锈钢；所述贴件能够选择橡胶板或塑料板；粘贴剂能够选择502、硅胶或胶水。
进一步地，所述红外热像仪采用的是Optris PI200红外热像仪。
进一步地，所述步骤S4的具体内容为：将短时高压的脉冲电流施加在粘有贴件的被检测金属试件上，利用焦耳热效应，在金属试件上将电能转化为热能，并且由于电流的绕流现象，含有裂缝的区域的温度高于试件的其他区域；试件内部产生热量后，开始向表面扩散，最终扩散至贴件的表面，由红外热像仪记录下贴件表面的温度变化情况并传输到计算机搭载的Optris PIX connect软件中用以记录贴件表面温度的有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差变化过程，读取和导出任意一点的有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差变化有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差变化时间曲线。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过贴件的方式，减缓被检测表面的热传播，含有裂纹的地方温度最先升高，然后逐渐向周围的无损区域扩散，并且在整个过程中，含有裂纹的区域温度高于周围的无损区域，以此可以有效地实时观察到裂纹的存在。
（2）脉冲电压瞬间放电后，金属因为焦耳热效应，温度瞬间升高，裂缝所在的地方因为电流绕流，温度会高于其他地方，在金属表面观察的话，放电瞬间，有损区域的表面温度高于无损区域的表面，但是因为金属的热导率较高，有损区域和无损区域的温度瞬间也会趋于一致。本发明在加上贴件后，脉冲电压放电瞬间，因为贴件电导率狠低，贴件表面无损区域和有损区域的温差会逐渐达到最大，并且这个温差可以保留较多时间。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图。
图2为本发明实施例的金属试件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1、2所示，本实施例提供一种脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法，包括以下步骤：
步骤S1：在电脉冲装置和被检测金属试件准备就绪后，在被检测金属试件不含裂缝的一面使用粘贴剂贴上不同于金属材料的贴件；
步骤S2：红外热像仪连接好计算机，调整红外热像仪位置，使得贴件表面正好处于红外热像仪图像的中央，然后调整红外热像仪焦距，用以使计算机获取最清楚的图像；在本实施例中，可调整的红外热像仪焦距的范围在50cm左右，即红外热像仪和被测试件之间的距离。
步骤S3：电脉冲开始放电，在金属试件内部，由于电流绕流现象和焦耳热效应，有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差，最终传至贴件表面，贴件表面的温度变化被红外热像仪获取，并传输到计算机被计算机记录；
步骤S4：通过红外热像仪和计算机实时判断缺陷的存在及其位置。
在本实施例中，步骤S1中所述被检测金属试件采用的是304不锈钢；所述贴件能够选择橡胶板或塑料板；粘贴剂能够选择502、硅胶或胶水。
在本实施例中，所述红外热像仪采用的是Optris PI200红外热像仪。
在本实施例中，所述步骤S4的具体内容为：将短时高压的脉冲电流施加在粘有贴件的被检测金属试件上，利用焦耳热效应，在金属试件上将电能转化为热能，并且由于电流的绕流现象，含有裂缝的区域的温度高于试件的其他区域；试件内部产生热量后，开始向表面扩散，最终扩散至贴件的表面，由红外热像仪记录下贴件表面的温度变化情况并传输到计算机搭载的Optris PIX connect软件中用以记录贴件表面温度的有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差变化过程，读取和导出任意一点的有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差变化有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差变化时间曲线。其中，在本实施例中，裂缝位置是通过裂缝所在位置的表面温度高进行判断。
在本实施例中，当被检测金属试件中有埋藏裂纹时，在金属试件的表面贴上不同于金属材料的贴件，通过红外热像仪和计算机在贴件表面观察到明显的热扩散现象。
在本实施例中，不同的粘贴剂，会影响金属试件与表面贴件之间的传热效果。
在本实施例中，在电脉冲装置放电后，由于电流绕流现象和焦耳热效应，有损区域和无损区域形成温度差，然后将温度传至金属表面，形成金属表面的温度差，贴上贴件后温差再次传至贴件表面，由于贴件的热传导率较低，热传播较慢，通过红外热像仪和计算机可以明显观察到热在贴件表面的扩散现象，含有裂纹的区域温度最先升高，然后逐渐向周围的无损区域扩散，并且在整个过程中，含有裂纹的区域温度高于周围的无损区域，以此来判断被检测金属试件是否存在裂纹。
较佳的，在本实施例中，所述的电脉冲装置包括高压电源、调压器、升压器、整流器、储能电容组和放电开关。所述电脉冲装置是连接低压交流的电源，经过变压器，电压升高，然后经过整流桥，将交流电转换为直流电给储能电容充电，当触发单元送来高压触发脉冲时，放电开关击穿，电流通过被检测试件，温度升高，有损区域和无损区域形成温差，这些缺陷信息最终传播至贴件表面，被热像仪捕捉。先是交流电源给高压电源充电，然后高压电源连接试验的试件，进行放电，即高压脉冲电流是长时间以小电流对高压脉冲电容器充电，然后让电容器短路放电而获得的。
较佳的，在本实施例中，在不含裂缝的一面贴上贴件并用红外热像仪记录试验过程中的贴件表面的温度随时间变化情况，以此来模拟实际中埋藏裂纹的检测过程，红外热像仪连接计算机，试验的过程中可以在计算机上观看。
较佳的，在本实施例中，所述贴件选择可以明显地减缓热在表面的扩散速度的材料。
较佳的，在本实施例中，所述粘贴剂不仅需要具备粘贴功能，也要具备传热功能。
特别的，在本实施例中，所述的金属试件为304不锈钢，在试件一侧使用线切割方法制作裂缝，试件两端有为了固定所用的圆孔。
特别的，在本实施例中，所述的电脉冲激励装置为泰思曼TD2202系列高压电源，该电源是熔喷无纺布行业静电驻极设备专用的高压电源，采用数字化控制方式，全异常缓启，纳秒级拉弧响应能力，确保熔喷产线无故障，全天候运行，高稳定性可使电离效果更稳定。
特别的，在本实施例中，红外热像仪可以将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热像图，热像图上不同的颜色代表被测物体的不同温度，主要用于研发或工业检测与设备维护中。在本实施例中，装置使用的是Optris PI200红外热像仪，该设备配备了创新的双光谱技术，可实现对实时热成像视频和图像的组合的同步记录。
特别的，本实施例中计算机所使用的是与Optris PI200红外热像仪所配套使用的Optris PIX connect软件，该软件可以记录被检测试件表面的温度变化过程，以及读取和导出任意一点的温度时间曲线。
本实施例中，将短时高压的脉冲电流施加在粘有贴件的被检测金属试件上，利用焦耳热效应，在金属试件上将电能转化为热能，并且由于电流的绕流现象，含有裂缝的区域的温度高于试件的其他区域。试件内部产生热量后，开始向表面扩散，最终扩散至贴件的表面，由红外热像仪可以记录下贴件表面的温度变化情况。试验结果表明，在贴件表面，含有裂缝的区域最先升温，然后向两边扩散，在整个过程中，含有裂缝区域的表面温度高于周围的无损区域表面。本实施例可以有效地减缓热在被检测面上的传播速度，可以通过红外热像仪清楚地看到原本在金属表面不易观察到的热扩散过程，从而达到实时判断是否存在裂纹的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：在电脉冲装置和被检测金属试件准备就绪后，在被检测金属试件不含裂缝的一面使用粘贴剂贴上不同于金属材料的贴件；
步骤S2：红外热像仪连接好计算机，调整红外热像仪位置，使得贴件表面正好处于红外热像仪图像的中央，然后调整红外热像仪焦距，用以使计算机获取最清楚的图像；
步骤S3：电脉冲开始放电，在金属试件内部，由于电流绕流现象和焦耳热效应，有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差，最终传至贴件表面，贴件表面的温度变化被红外热像仪获取，并传输到计算机被计算机记录；
步骤S4：通过红外热像仪和计算机实时判断缺陷的存在及其位置。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法，其特征在于：步骤S1中所述被检测金属试件采用的是304不锈钢；所述贴件能够选择橡胶板或塑料板；粘贴剂能够选择502、硅胶或胶水。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法，其特征在于：所述红外热像仪采用的是Optris PI200红外热像仪。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲电流作用下金属埋藏裂纹尖端瞬态电磁热效应的延迟检测方法，其特征在于：所述步骤S4的具体内容为：将短时高压的脉冲电流施加在粘有贴件的被检测金属试件上，利用焦耳热效应，在金属试件上将电能转化为热能，并且由于电流的绕流现象，含有裂缝的区域的温度高于试件的其他区域；试件内部产生热量后，开始向表面扩散，最终扩散至贴件的表面，由红外热像仪记录下贴件表面的温度变化情况并传输到计算机搭载的Optris PIX connect软件中用以记录贴件表面温度的有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差变化过程，读取和导出任意一点的有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差变化有损区域和无损区域在脉冲电流作用下形成温差变化时间曲线。
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