CN212514370U - 用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置 - Google Patents
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Abstract
本新型属于检测装置及方法，具体涉及一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置及方法。一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，包括冷水检测循环系统和热水检测循环系统，其中冷水检测循环系统的出水口语热水检测循环系统的出水口连通，混合后的检测水流经多个平行布置的待测样品，流经待测样品的水分别回流到冷水检测循环系统和热水检测循环系统中循环使用。本新型的显著效果是：本系统分为室外设备和室内设备两部分，液冷源和加热源为室外设备，变频流量控制系统、实验操作台、电气控制柜和数据采集及处理系统为室内设备，两部分的分开能够有效降低设备所处环境对待测样品在检测过程中的干扰，提高可靠性。
Description
技术领域
本新型属于检测装置，具体涉及一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置。
背景技术
面向等离子体部件的加工制造及其性能评估是关系未来核聚变堆能否实现的最为关键的技术之一。而无损检测技术是高热负荷部件加工制造和性能评估中的重要缺陷表征手段。无损检测技术利用材料或部件内部的结构异常或缺陷引起的热、声、光、电和磁等反应的变化而进行检测。其中，红外无损检测是一种具有低成本、可快速检出、受尺寸影响小且样品不需要特殊检测介质的无损检测手段，其根据激励方式的不同可分为外部激励和内部激励两种形式。外激励方式主要采用闪光灯、激光、电磁和超声等，但其检测深度有一定的限制。
核聚变堆的高热负荷部件是将面向等离子体一侧的护甲材料(如低原子序数的石墨、CFC和高原子序数的钨)焊接到铜合金(如CuZrCr)或低活化钢等热沉材料上组成的。其护甲材料需要一定的厚度，比如低原子序数的石墨和CFC要求其厚度约8mm，高原子序数的钨也需要5mm。因此，对于检测深度有限的外激励红外无损检测并不适用于此类焊接部件的检测。
而且核聚变堆用高热负荷部件在服役过程中将通过在热沉材料中的冷却管道，以水或者氦等为冷却介质对其进行冷却。因此，其相应的无损检测也需要与其服役的具体环境相匹配，以为此类高热负荷部件提供可靠的缺陷检测手段。
实用新型内容
本新型的内容是针对现有技术的缺陷，提供一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置。
本新型是这样实现的：一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，包括冷水检测循环系统和热水检测循环系统，其中冷水检测循环系统的出水口语热水检测循环系统的出水口连通，混合后的检测水流经多个平行布置的待测样品，流经待测样品的水分别回流到冷水检测循环系统和热水检测循环系统中循环使用。
如上所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其中，所述的冷水检测循环系统包括液冷源，该液冷源用于收集和储存循环冷水，液冷源通过管道与变频水泵连通，变频水泵与冷水变频流量控制器电连通，并受控于冷水变频流量控制器，变频水泵与冷水分水器通过管道连通，冷水分水器的若干路出口分别通过管道与待测样品连通，变频水泵与冷水分水器连通的管道上设置压力传感器，压力传感器测得的信号传输给PLC控制器，PLC控制器将信号处理后分别发送给用于显示的显示屏和冷水变频流量控制器，PLC控制器还与报警器连接，用于在信号超出阈值时报警。
如上所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其中，所述的热水检测循环系统包括加热源，该加热源用于收集和储存并加热循环水，加热源通过管道与变频水泵连通，变频水泵与热水变频流量控制器电连通，并受控于热水变频流量控制器，变频水泵与热水分水器通过管道连通，热水分水器的若干路出口分别通过管道与待测样品连通，变频水泵与热水分水器连通的管道上设置压力传感器，压力传感器测得的信号传输给PLC控制器，PLC控制器将信号处理后分别发送给用于显示的显示屏和冷水变频流量控制器，PLC控制器还与报警器连接，用于在信号超出阈值时报警。
如上所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其中，冷水分水器出口的水和热水分水器出口的水进行混合。
如上所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其中，所述的待测样品最多同时设置四个。
如上所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其中，该装置包括实验操作台，该实验操作台顶面设置若干卡槽，该卡槽为样品固定卡槽，在实验操作台上设置树立的框架，在框架上设置垂直布置的X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台，全部X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台均通过位移驱动电机控制。
本新型的显著效果是：本系统分为室外设备和室内设备两部分，液冷源和加热源为室外设备，变频流量控制系统、实验操作台、电气控制柜和数据采集及处理系统为室内设备，两部分的分开能够有效降低设备所处环境对待测样品在检测过程中的干扰，提高可靠性。
附图说明
图1为红外无损检测装置的原理示意图。
图2为变频流量控制系统原理示意图。
图3为实验操作台示意图。
其中1-液冷源，2-加热源，3-冷水变频流量控制器，4-热水变频流量控制器，5-冷水分水器，6-热水分水器，7-集水器，8、9、10和11为待测样品，12-冷水分水管，13-热水分水管，14-变频水泵，15-压力传感器，16-显示屏，17-PLC控制器，18-报警器，19-样品固定卡槽，20-实验操作台，21-X轴滑台，22-Y轴滑台，23-Z轴滑台，24-位移驱动电机。
具体实施方式
为使本新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本新型的具体实施方式做详细的说明。本领域技术人员可以在不违背本新型内涵的情况下做类似改进，因此本新型不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1：平板型CFC/Cu高热负荷模块焊接缺陷的红外无损检测。本实例中的待测模块是通过特殊钎焊工艺焊接而成，需承受7MW/m2的稳态高热负荷。制备过程中需要对每个一个模块进行无损检测，而且要避免让CFC接触水、油脂等可能影响装置真空度的物质。其检测任务量大，需要利用操作性强，检出率高，检测速度快的无损检测方法。
一种主动式内激励源红外无损检测装置，用于聚变堆高热负荷焊接部件在制备过程中和高热负荷实验后焊接缺陷的快速检测，其整体包括液冷源、加热源、变频流量控制系统、实验操作台、电气控制柜和数据采集及处理系统等六部分；其中，所述液冷源和加热源系统采用闭环控制方式实现恒温稳定供水；变频流量控制系统实现冷水和热水的流量控制，并通过快速电磁阀实现冷水和热水的快速切换；实验操作台用于固定测试产品，并配有三自由度的红外摄像机固定座；电气控制柜对装置的运行进行自动控制；数据采集及处理系统用于数据的采集和处理。
所述液冷源和加热源采用闭环控制方式实现恒温控水，液冷源提供冷水的温度范围为2-5℃，加热源提供热水的温度范围为93-97℃；变频流量控制系统的水泵采用变频控制，供水压力可调，冷水流量和热水流量可分别达到130L/min和80L/min；配备的电磁阀为快速电磁阀，其相应时间小于1s，实现热水和冷水的快速切换。
所述实验操作台配有测试样品的固定卡槽，卡槽方向分为X和Y两个方向，能够实现样品的有效固定；所述实验操作台配置有三自由度红外无损摄像机固定座，可实现X、Y和Z轴的移动。
所述数据采集系统与处理系统通过采集器对温度、压力和流量等传感器数值进行实时采集；数据处理系统可将红外热像仪采集的数据进行实时处理，并以图像的形式给出缺陷的大小和形貌特征。
所有与水和工件接触部分材质均采用不锈钢、铝合金或者黄铜等耐水材质。
步骤1、准备待测试模块，将待测试模块通过砂纸打磨、绒布抛光、冷风干燥等工艺处理好，保证模块CFC表面具有均一的红外发射系数。
步骤2、将处理好的待测模块固定到实验操作台的样品固定卡槽内，然后利用世伟洛克的VCR接头将待测试模块与红外无损检测装置的冷、热水供水管道连接好。
步骤3、打开红外无损检测装置的控制电脑，打开红外无损热像仪，调节待测模块在实验操作台卡槽内的位置，调节高速红外摄像仪在固定座的位置。
步骤4、将液冷源和加热源的温度分别设定为2-5℃和93-97℃，等待其达到设定温度。
步骤5、将冷水和热水流量分别调节到100L/min和50L/min，打开热水供水控制阀并等待样件表面温度达到热平衡，然后通过快速电磁阀将通道内的介质迅速切换成冷水，整个过程中红外热像仪对样品表面的红外热图进行记录。
步骤6、红外热像仪获得待测样品在冷却过程中的红外热图后导入后处理软件进行数值处理，然后获得被测样品焊接界面缺陷的大小和形貌特征。
步骤7、关闭冷水供水控制阀，关闭液冷源和加热源，关闭红外热像仪，打开气源开关对已测样品的供水管道进行吹气，去除残留在已测样品管道内的水，关闭红外无损检测装置控制电脑，取下待测样品样品并妥善保管。
Claims (6)
1.一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其特征在于：包括冷水检测循环系统和热水检测循环系统，其中冷水检测循环系统的出水口语热水检测循环系统的出水口连通，混合后的检测水流经多个平行布置的待测样品，流经待测样品的水分别回流到冷水检测循环系统和热水检测循环系统中循环使用。
2.如权利要求1所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其特征在于：所述的冷水检测循环系统包括液冷源(1)，该液冷源(1)用于收集和储存循环冷水，液冷源(1)通过管道与变频水泵(14)连通，变频水泵(14)与冷水变频流量控制器(3)电连通，并受控于冷水变频流量控制器(3)，变频水泵(14)与冷水分水器(5)通过管道连通，冷水分水器(5)的若干路出口分别通过管道与待测样品连通，变频水泵(14)与冷水分水器(5)连通的管道上设置压力传感器(15)，压力传感器(15)测得的信号传输给PLC控制器(17)，PLC控制器(17)将信号处理后分别发送给用于显示的显示屏(16)和冷水变频流量控制器(3)，PLC控制器(17)还与报警器(18)连接，用于在信号超出阈值时报警。
3.如权利要求1所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其特征在于：所述的热水检测循环系统包括加热源(2)，该加热源(2)用于收集和储存并加热循环水，加热源(2)通过管道与变频水泵连通，变频水泵与热水变频流量控制器电连通，并受控于热水变频流量控制器，变频水泵与热水分水器(6)通过管道连通，热水分水器(6)的若干路出口分别通过管道与待测样品连通，变频水泵与热水分水器(6)连通的管道上设置压力传感器，压力传感器测得的信号传输给PLC控制器，PLC控制器将信号处理后分别发送给用于显示的显示屏和冷水变频流量控制器，PLC控制器还与报警器连接，用于在信号超出阈值时报警。
4.如权利要求1或2或3所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其特征在于：冷水分水器(5)出口的水和热水分水器(6)出口的水进行混合。
5.如权利要求4所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其特征在于：所述的待测样品最多同时设置四个。
6.如权利要求5所述的一种用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置，其特征在于：该装置包括实验操作台(20)，该实验操作台(20)顶面设置若干卡槽，该卡槽为样品固定卡槽(19)，在实验操作台(20)上设置树立的框架，在框架上设置垂直布置的X轴滑台(21)、Y轴滑台(22)和Z轴滑台(23)，全部X轴滑台(21)、Y轴滑台(22)和Z轴滑台(23)均通过位移驱动电机(24)控制。
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|---|---|---|---|---|
| CN113916936A (zh) * | 2020-07-08 | 2022-01-11 | 核工业西南物理研究院 | 用于高热负荷部件缺陷检测的红外无损检测装置及方法 |
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